基于zigbee无线自动抄表理论软件设计

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1、基于ZigBee无线自动抄表理论软件设计第1章绪论1.1背景和意义抄表系统被广泛应用于水、电以及煤气等公共管理事业部门中，可谓与人们的生活息息相关。传统的抄表大多采用人工抄表方式，受距离、环境等因素的制约，使得抄表困难或者数据抄录不及时，最终使得集抄中心很难即时获得用户仪表的准确数据，因此迫切需要改进抄表方案，以使得对仪表数据的抄录更为准确便捷，因此研发出这样一套具有高性能，高可靠性，低成本的自动抄表系统对于推动抄表行业的发展有重要意义。自动抄表系统就是在嵌入式系统平台上使用无线网络技术开发出具有自动读取家庭仪表等数据功能的网络设备，对于仪表数据的抄录不需要现场人

2、工作业，它便于把城镇居民使用的仪表数据传输给集抄中心，并最终对数据加以处理[1]。水、电、煤气等管理部门长期以来一直采用人工作业方式对家庭仪表数据进行抄录，即定期派人挨家挨户去抄录用户仪表数据，并以此作为管理部门收缴费用的依据。自动抄表系统的出现使得各管理部门从根本上解决了仪表抄录工作困难以及给用户带来诸多不便的问题，从而消除了很多不必要的纠纷[2]。也基本上解决了传统抄表在实时性、便捷性、高效性以及准确性上的大多数问题。这样的抄表系统，不仅可以大幅提高企业部门的工作效率，也便于实现企业的统一化管理。这也是电力技术的迅速普及、信息化管理水平的不断提高、开发系统小型

3、化趋势推动下抄表技术发展的必然趋势。随着计算机、网络和自动化技术的快速发展，各行各业都朝着智能化和自动化方向发展，与此同时家用仪表的抄录至今还是以传统的人工抄录为主，大部分地区没有实现抄表系统的自动化抄录，少数地区对于自动化抄表系统的应用目前也不成熟。国内现存的自动抄表系统的主要实现方式有：线、光纤、电力线载波以及无线通信等。其中有线自动化抄表系统受到线路复杂、不利于系统的调试和维护、容易引起线路老化、存在短路、断线等安全隐患、能耗大，成本高等条件的制约，难以在现代化管理理念这种环境下生存和发展，这些隐患最终都会成为有线抄表发展道路上无法逾越的鸿沟。甚至政府等管理

4、部门也希望开发出一套具有较低能耗、低成本等性能的自动抄表系统，这样不仅可以解决抄表系统维护难、成本高等问题，更符合科学发展观。基于这几方面的原因，有线抄表在家用以及商用上没有太大的发展空间，开发一种长期稳定可靠、安装维护方便，不仅能够抄录家用仪表数据并且能够实时监控仪表运行状态的无线智能抄表系统已经越来越成为抄表行业急需解决的问题。无线抄表系统就是把用户计量仪表的数据通过无线传输方式传输给集抄控制中心进而进行数据处理。随着科学技术的快速发展，尤其是计算机控制、通信网络、测量等技术以及自动控制方法的不断发展，使得无线技术应用于抄表行业成为可能，也越来越受到重视，开发

5、一种无线抄表系统[3]，不仅可以克服传统抄表系统中的出现的多数困难和弊端，而且能够从根本上解决抄表企业收费困难的问题，甚至可以使系统的可控性和可靠性得到进一步提升，达到方便企业管理、节省人力物力的目的，并且能够获得可观的经济效益。ZigBee技术为近几年来新兴的无线通信网络技术，是一种集近距离、复杂度低、功耗小、速率低、成本低于一体的双向无线通信技术，其结构简单、节能省电、而且提高了网络的可控性以及网络的安全性，广泛地被应用在短距离无线通信行业[4]。较低的功耗是无线传感器网络的显著特点，由于无线传感器网络的节点往往被应用在存储容量受限的嵌入式微处理器和控制器中，

6、因此对协议栈的规模做了较为严格的限制。另外，无线传感网对于诸如网络安全性、网络动态重组、结点自动配置等性能也有相应的要求。对于无线传感器网络应用的特殊性，多数行业对其网络协议也提出了更苛刻的要求。由于近年来ZigBee技术的出现，虽然当今情况下蓝牙通信也是人们谈论的重要焦点，但是，基于厂商支持力度也不够，并且更大的协议栈复杂程度、功耗、芯片价格等反面的因素使人们更加关注ZigBee技术。随着ZigBee联盟在2004年正式发布了ZigBee网络通讯协议，其使用的通讯频段完全免费，并且可以协同监测和维护整个网络节点的工作情况，更重要的是其具有的动态组网、自主路由等功

7、能，都是现今无线抄表行业发展所需求的。ZigBee协议栈框架中物理层和MAC层是基于IEEE802.15.4协议标准的，并在此基础上对协议进行了扩展和完善，其余几层，包括网络层、应用会聚层子层以及应用层是由ZigBee联盟自主制定的[5]，被广泛应用在自动控制领域和远程控制领域，能够嵌入到很多设备中，可以说是专门为了满足小型廉价设备进行无线联网以及控制而制定的。它基于IEEE802.15.4协议标准，能够在几千个ZigBee节点之间进行设备相互协调和通信。主要被应用于楼宇自动化控制、无线自动抄表行业以及工业控制等领域[6]。基于其复杂度比较低的特性，ZigBee无

8、线技术可以