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基于ZigBee与GPRS的远程无线抄表系统智能终端设计

作　者: 陈鸿飞
导　师: 邓联文
学　校: 中南大学
专　业: 电路与系统
关键词: 远程无线抄表系统 终端 ZigBee GPRS 数据传输协议
分类号: TM764
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 821次
引　用: 16次
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内容摘要


对传统的手工抄表方式进行技术革命具有十分重要的现实意义,如何实时、准确地将用户的用电数据送到供电部门的数据库,且能最大限度减少抄表所需要的人力、物力,已经成为一个急待解决的问题。采用ZigBee双向无线通信技术与GPRS网络技术相结合可以实现远程无线自动抄表,从而有效解决电能表数据的自动采集与远程传输。本文基于ZigBee技术及GPRS技术的基本原理,研究分析了ZigBee物理层、MAC层、网络层、应用层等各层协议、数据传输方式及网络结构,并在802.15.4层组网协议的基础上建立ZigBee网状网络。通过调研分析ZigBee及GPRS的解决方案,并考虑经济实用性、调试方便性及缩短开发周期等要求,选用Jennic的JN5139单芯片模块实现ZigBee网络的数据传输,采用西门子的GPRS模块MC39i实现数据的远程传输。根据的功能不同,将终端分成采集器、中继器(路由器)及集中器三部分来设计。采集器、中继器及集中器的ZigBee收发模块都是在JN5139的基础上通过扩展外围电路而设计的ZigBee模块,共同组成一个网状的ZigBee网络,完成对电能表数据的采集、传输、转发及汇总。集中器作为外界访问ZigBee网络的网关,是抄表系统终端的核心单元。为了提高集中器运行速度及兼容性,选用32位ARM9微处理器作为系统的处理器单元,考虑到集中器处理数据量较大及今后抄表方式的升级更新,集中器模块还专门设计了存储器电路、以太网通信电路、USB接口电路等。根据抄表系统实际需要,设计了一套较完整的数据传输协议,并实现了远程传输对接。利用设计完成的硬件资源、抄表数据协议和各终端模块测试程序测试了在抄表系统的整体功能,结果表明实现了ZigBee网络的组建、电能表数据的采集及远程传输、终端设备参数的修改等功能,达到终端设计要求。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-8
第一章 绪论  8-17
  1.1 课题背景  8-13
    1.1.1 电能自动抄表技术的发展  8-11
    1.1.2 远程无线抄表技术的发展  11-12
    1.1.3 ZigBee与GPRS在无线抄表系统中的应用  12-13
  1.2 国内外无线抄表技术研究概况  13-16
    1.2.1 国内外自动抄表技术研究概况  13-14
    1.2.2 国内外无线自动抄表系统研究现状  14-16
  1.3 论文的主要工作及意义  16-17
第二章 远程无线抄表系统的技术基础  17-29
  2.1 ZigBee技术  17-23
    2.1.1 ZigBee概述  17
    2.1.2 ZigBee协议栈  17-20
    2.1.3 ZigBee数据传输方式  20-21
    2.1.4 ZigBee数据传输中的帧结构  21-23
  2.2 GPRS技术  23-26
    2.2.1 GPRS简介  23-24
    2.2.2 GPRS特点  24
    2.2.3 GPRS系统结构  24-26
    2.2.4 GPRS的安全可靠性和抗干扰能力  26
  2.3 ZigBee与GPRS远程无线抄表系统  26-29
第三章 远程无线抄表系统终端的模块设计  29-47
  3.1 远程无线抄表系统组成  29
  3.2 ZigBee模块及外围电路设计  29-37
    3.2.1 ZigBee解决方案  29-30
    3.2.2 ZigBee无线模块硬件电路设计  30-32
    3.2.3 ZigBee模块网络构建  32-37
  3.3 GPRS模块及外围电路设计  37-41
    3.3.1 GPRS模块解决方案  37-38
    3.3.2 基于MC39i模块的外围电路设计  38-41
  3.4 集中器硬件电路设计  41-47
    3.4.1 主控制器(CPU)电路设计  41-42
    3.4.2 数据存储器电路设计  42-44
    3.4.3 时钟电路设计  44
    3.4.4 外设接口电路设计  44-45
    3.4.5 辅助功能电路设计  45-47
第四章 数据传输协议及主模块程序设计  47-58
  4.1 远程无线抄表数据参数定义  47-50
  4.2 远程无线抄表数据协议格式  50-53
    4.2.1 读命令格式  50-52
    4.2.2 写命令格式  52-53
    4.2.3 数据转发命令格式  53
  4.3 软件开发平台  53-54
  4.4 主模块程序设计  54-58
    4.4.1 采集程序设计  54-55
    4.4.2 集中器程序设计  55-57
    4.4.3 中继器程序流程  57-58
第五章 测试结果及分析  58-62
  5.1 系统连接及组网状态测试  58-59
  5.2 读取节点信息测试  59-60
  5.3 数据采集测试  60-61
  5.4 修改终端参数测试  61-62
第六章 总结及展望  62-64
参考文献  64-69
致谢  69-70
攻读学位期间主要研究成果  70-71
附录: 部分程序源码  71-87

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 输配电工程、电力网及电力系统 > 电力系统的自动化 > 遥远测量与遥远控制
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