基于CortexM3的智能家居中无线数据的采集与传输—系统整体方案设计与调试（毕业学术论文设计）.doc

w 基于Cortex-M3智能家居中的无线数据采集与传输 —系统整体方案设计与调试 电子与信息工程学院 电子信息工程专业 1引 言 1.1无线抄表系统的发展现状与前景 随着城市居民住宅建设日益发展，独立电能表数量迅速增多，抄表计量也日趋复杂。近年来用电形势越来越紧张，分时电价已势在必行。由于长距离室内外的布线存在着短路、断线隐患，错综复杂的线路使系统调试和维护困难重重，传统的远程集中抄表方式已不能满足电力公司日益增长的业务需求。采用 ZigBee技术可以很好地解决下段信道的供电效益问题，无线抄表技术能够更好地为广大用户提供服务。目前的自动抄表系统，从数据传输角度划分，可分为有线、无线两大类，这两大类抄表系统各有其适用的应用领域，但就抄表系统的投资、建设、维护等几方面而言，无线抄表系统显然具有更大优势。 （1）现有的电力线载波通信的抄表系统已经在不少地方有比较大规模的应用。但是由于有线抄表系统的速度慢，准确率比较低，加上我们国家的电网干扰比较厉害，严重时已经导致电表数据不能正常的抄回。 （2）抄表系统对无线通讯数据的传输和保存有着很高的要求，即数据可靠性要求很高；抄表系统可以摆脱人工抄表的办法，利用数据通讯协议传输数据；基于以上原因，要求设计的自动无线远传抄表系统应该具有计量准确、通信可靠、抄表方便、功耗低等远程抄表系统的优点，以及节省人力、远程监控、远程维护的功能。 1.2 Zigbee概述 蜜蜂在发现花丛后会通过一种特殊的肢体语言来告知同伴新发现的食物源位置等信息，这种肢体语言就是ZigZag行舞蹈，是蜜蜂之间一种简单传达信息的方式。借此意义Zigbee作为新一代无线通讯技术的命名。在此之前Zigbee也被称为“HomeRF Lite”、“RF- EasyLink”或“fireFly”无线电技术，目前统称为Zigbee。 ZigBee是一种无线连接,可工作在2.4GHz、868MHz和915 MHz3个频段上，分别具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的传输速率，它的传输距离在10-75m的范围内，但可以继续增加。作为一种无线通信技术，ZigBee具有如下特点： 　　（1）低功耗：由于ZigBee的传输速率低，发射功率仅为1mW，而且采用了休眠模式，功耗低，因此ZigBee设备非常省电。据估算ZigBee设备仅靠两节5号电池就可以维持长达6个月到2年左右的使用时间，这是其它无线设备望尘莫及的。 　　（2）成本低：ZigBee模块的 HYPERLINK /view/560227.htm \t _blank 初始成本在6美元左右,估计很快就能降到1.5—2.5美元，并且ZigBee协议是免专利费的。低成本对于ZigBee也是一个关键的因素。 　　﹙3）时延短：通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短，典型的有哪些信誉好的足球投注网站设备时延30ms，休眠激活的时延是15ms，活动设备信道接入的时延为15ms。因此ZigBee技术适用于对时延要求苛刻的无线控制(如工业控制场合等)应用。 　　（4）网络容量大：一个星型结构的Zigbee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备，一个区域内可以同时存在最多100个ZigBee网络，而且网络组成灵活。 （5）可靠：采取了碰撞避免策略，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避开了发送数据的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输模式,，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。如果传输过程中出现问题可以进行重发。 （6）安全：ZigBee提供了基于 HYPERLINK /view/1647314.htm \t _blank 循环冗余校验(CRC)的数据包完整性检查功能,支持鉴权和认证，采用了AES-128的加密算法，各个应用可以灵活确定其安全属性。 ZigBee联盟对ZigBee标准的制定：IEEE802.15.4的物理层、MAC层及数据链路层，标准已在2003年5月发布。ZigBee网络层、加密层及应用描述层的制定也取得了较大的进展。V1.0版本已经发布。其他应用领域及其相关的设备描述也会陆续发布。由于ZigBee不仅只是802.15.4的代名词，而且IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议，因此ZigBee联盟对其网络层协议和API进行了标准化。完全协议用于一次可直接连接到一个设备的基本节点的4K字节或者作为Hub或 HYPERLINK /view/1360.htm \t _blank 路由器的协调器的32K字节。每个协调器可连接多达255个节点，而几个协调器则可形成一个网络，对路由传输的数目则没有限制。ZigBee联盟还开发了安全层，以保证这种便携设备不会意外泄漏其标识，而且这种利用网络的远距