ZigBee无线模块在电能管理系统中的应用-通信模块.docx

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ZigBee无线模块在电能管理系统中的应用

通信模块

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论文导读::基于ZigBee技术的本地无线自动抄表系统成为了一个热点。图2ZigBee通信模块。基于ZigBee电能管理系统的应用。

论文关键词:ZigBee,通信模块,无线技术,电能管理系统

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0引言

随着全球范围内智能电网建设正逐步展开,用户端是智能电网重要组成部分,用户端的核心内容包括智能配电与能量管理、智能电器、用电安全、电力计量等多个方面。目前能量管理系统都会考虑采用多种通信技术混合组网的方式,以克服现有技术固有的一些不足,从而达到满足系统性能和投资回报的要求。目前工业以太网、电力线载波及无线短距离通信被认为是AMR自动抄表系统可用的解决方案。其中无线短距离通信是一个很好的本地通信网络的解决方案,工业以太网、GPRS及CDMA等远距离通信可以作为远程通信网络,以这样方式的混合组网被公认为一种很好的解决方案。随着一种新兴的短距离、低速率无线网络技术ZigBee技术的兴起,基于ZigBee技术的本地无线自动抄表系统成为了一个热点。本文主要介绍了一款基于ZigBee技术无线模块的设计及其在ZigBee无线自动抄表系统中的应用。

1ZigBee技术的特点

ZigBee无线技术的特点是低耗电、低成本、低数据速率、短距离、通信可靠性高。它的网络拓扑主要支持3种自组织无线网络类型,即星型结构(Star)、网状结构(Mesh)和树型结构(ClusterTree),特别是网状结构,具有很强的网络健壮性和系统可靠性。这使ZigBee技术在低耗电、低成本、低数据速率、可靠性强的无线抄表系统中发挥巨大的作用。

2ZigBee无线模块的设计

本文设计的ZigBee无线模块采用导轨式安装的安装方式,可以方便地安装在35mm的标准导轨上,这使模块能灵活的安装在各类配电箱、配电柜中发表论文。其外观侧视图如图1所示。ZigBee无线模块的技术指标如表1所示。

表1ZigBee无线模块的技术指标

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ZIGBEE采集器

ZIGBEE网络终端

无线

频率范围

2.41GHz~2.48GHz

RF信道

16

接收灵敏度

-94dbm

发射功率

-27dbm~25dbm

天线

外置SMA天线

网络拓扑

网状

寻址方式

IEEE802.15.4/ZIGBEE标准地址

网络容量

最大255个节点

通信接口

通信接口

RS485

工业以太网

波特率

9600bps(默认)、4800bps、2400bps、1200bps可选;

通信协议

MODBUS-RTU协议

ZigBee无线模块分为两类,其中ZigBee信号转RS485信号的模块称为ZigBee采集模块;而ZigBee信号转以太网信号的模块称为ZigBee网络终端通信模块,它是整个ZigBee网络的组网发起者,即ZigBee网络中的中心节点。

图1ZigBee模块侧视图

2.1硬件设计

ZigBee无线通信模块主要由开关电源部分、ZigBee无线传输部分及接口转换部分组成,其原理框图如图2所示。

图2ZigBee通信模块

开关电源电路部分主要采用美国PI公司TOP221Y(TOPSwitch),使用反激式功率变换电路,把交流电源转换成我们需要的直流电源;无线传输部分主要采用MC13213芯片,它是freescale第二代ZigBee芯片,内部带有MCU芯片和无线收发器,它的原理图如图3所示;功率放大器采用SKY65336,它最大可以支持20dbm的功率放大功能,其原理图如图4所示;信号转换电路分RS485转换电路和以太网转换电路,其中以太网部分采用周立功的IPORT以太网模块。

图3MC13213原理图

图4SKY65336原理图

2.2软件设计

图5为ZigBee模块网络建立的流程图,整个ZigBee网络是由中心节点(即ZigBee网络终端模块)发起组建的,当网络建立成功后,此时在同一个网络频段上,并且拥有和ZigBee相同网络ID的ZigBee采集模块可以自动加入此ZigBee网络,并且每个ZigBee采集模块获得各自独立的网络地址。此时,整个ZigBee网络建立成功,可以准备数据的收发,ZigBee网络终端通过广播的方式传输数据。

图5ZigBee模块网络建立流程图

图6为ZigBee采集模块数据传输的流程图。首先ZigBee采集模块接收来自ZigBee网络终端模块的数据。然后判断是不是传递给自己的数据,如果是自己的数据则上传相关的回复数据,如果不是则按照自己发现的路由表中的地址以广播的方式转发来自ZigBee网络终端模块的数据。最后完成所有工作后进入休眠模式,等待下次的访问。

图6ZigBee采集模块数据传输流程图

ZigBee采集模块及ZigBee网络终端都是采用透明传输,即直接把以太网的数据转换成

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