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基于无线自组网的热计量自动抄表系统的研究

作　者: 刘成耀
导　师: 宋学瑞
学　校: 中南大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: 热计量 自动抄表 无线自组网 路由协议
分类号: TU995
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 24次
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内容摘要


随着我国供热体制的改革,住宅集中供暖分户供热计量系统已逐步得到推广,通过“分户计量、按需消费”实现用户公平消费热量,进而鼓励用户节约能源,减少热量浪费。热计量自动抄表系统是供热计量中很重要的一部分,它可以自动完成计量数据的采集、存储和分析。论文对已有自动抄表系统的应用进行了深入研究,分析了无线自组网的特点和关键技术,然后根据实际应用,结合经典路由算法,设计了一种基于无线自组网的热计量自动抄表系统。本文对热计量自动抄表系统进行了详细的分析,提出了系统的整体设计方案。掌握了无线路由协议的特点和关键技术,深入研究了AODV路由协议,根据系统特点和应用环境,结合经典路由算法,设计了一种适合无线热计量抄表系统的路由协议。然后研究了系统的硬件和软件设计,详细说明了各个模块的设计流程及要点。硬件设计包括无线模块、温控器、阀和数据采集计算器的电路设计和原理分析。针对无线频段要求,选择了CC1100E作为射频通信芯片,设计了数据传输和路由建立的通信格式。软件设计包括无线通信软件设计、时钟管理、数据存储、电机控制、温度采集、人机交互、无线命令解析与响应和计量数据采集。经过运行测试,系统实现了无线自组织网络,可正常读取用户计量数据集,完成用户采暖费用计算,实现按需消费,达到供热计量改革的目标。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-10
1 绪论  10-18
  1.1 选题背景及意义  10-11
  1.2 国内外自动抄表系统的发展和现状  11-14
    1.2.1 有线自动抄表  12-13
    1.2.2 无线自动抄表  13-14
  1.3 无线自组网概述  14-15
  1.4 热计量自动抄表系统方案  15-16
  1.5 本文的内容和结构  16-18
2 热计量自动抄表系统整体方案分析与设计  18-27
  2.1 系统构架设计  18-19
  2.2 系统通信网络设计  19-20
  2.3 自组织网络的设计  20-21
  2.4 系统功能设计与硬件构架  21-25
    2.4.1 采集器的功能设计与硬件构架  21-23
    2.4.2 温控器功能设计与硬件构架  23-24
    2.4.3 阀的功能设计和硬件构架  24-25
  2.5 用户热量分摊计算算法  25
  2.6 系统工作原理  25-26
  2.7 本章小结  26-27
3 热计量系统的硬件设计及实现  27-40
  3.1 硬件系统总体方案  27
  3.2 无线模块硬件设计  27-33
    3.2.1 CC1100E射频芯片  27-28
    3.2.2 模块主控芯片  28-29
    3.2.3 无线模块电路设计  29-33
  3.3 温控器设计  33-36
    3.3.1 电源转换  34
    3.3.2 电平转换  34-35
    3.3.3 点阵液晶接口设计  35
    3.3.4 测温电路  35-36
    3.3.5 时钟电路  36
  3.4 阀电路设计  36-38
    3.4.1 电源与掉电检测  37
    3.4.2 电机驱动电路  37-38
  3.5 数据采集计算器设计  38-39
  3.6 本章小结  39-40
4 无线网络的路由设计及实现  40-59
  4.1 无线自组网  40
  4.2 无线自组网络路由协议  40-47
    4.2.1 表驱动路由协议  41-42
    4.2.2 按需驱动路由协议  42
    4.2.3 AODV路由协议  42-46
    4.2.4 路由协议的评价指标  46-47
  4.3 热计量无线自组织网络分析  47-48
  4.4 系统无线路由协议设计  48-58
    4.4.1 路由建立流程与数据帧格式  48-50
    4.4.2 信号强度  50
    4.4.3 路由准备  50-52
    4.4.4 一级路由节点建立  52-54
    4.4.5 高级路由节点建立  54-56
    4.4.6 路由备份  56-57
    4.4.7 发送计量数据  57-58
  4.5 本章小结  58-59
5 系统软件设计  59-78
  5.1 无线模块通信接口软件设计  59-68
    5.1.1 寄存器配置  60-63
    5.1.2 往CC1100E的FIFO写入数据  63-66
    5.1.3 读取FIFO寄存器数据  66-68
  5.2 计量数据帧格式设计  68-69
  5.3 温控器软件设计  69-72
    5.3.1 无线数据发送与接收  70-71
    5.3.2 温度采集与阀门控制  71
    5.3.3 时钟程序设计  71-72
    5.3.4 LCD程序设计  72
  5.4 阀软件程序设计  72-74
    5.4.1 计量数据采集  73-74
    5.4.2 电机控制  74
  5.5 数据采集计算器软件程序设计  74-77
    5.5.1 路由建立与管理  75
    5.5.2 上行数据传输  75-76
    5.5.3 计量数据采集  76-77
  5.6 本章小结  77-78
6 热计量抄表系统运行与测试  78-85
  6.1 上位机热计量管理软件  78-79
  6.2 系统运行测试  79-84
    6.2.1 节点计量数据读取  81-82
    6.2.2 节点控制命令  82-83
    6.2.3 历史数据查询  83
    6.2.4 收费数据生成  83-84
  6.3 本章小结  84-85
7 总结与展望  85-87
参考文献  87-91
附录一 无线模块原理图  91-92
附录二 温控器原理图  92-93
附录三 阀原理图  93-94
附录四 数据采集计算器原理图  94-95
附录五 产品实物图  95-96
附录六 计量数据及热费表  96-97
附录七 无线模块程序  97-101
附录八 温控器程  101-104
附录九 阀程序  104-106
附录十 数据采集计算器程序  106-113
攻读学位期间主要的研究成果  113-114
致谢  114

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 市政工程 > 城市集中供热
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