基于zigbee和3g无线网络的智能电表系统设计

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1、基于Zigbee和3G无线网络的智能电表系统设计【摘要】以智能电表为背景，设计开发了一种基于Zigbee和3G技术的无线智能电表数据采集系统。重点介绍了系统构架、智能电表与集中器网关的软硬件设计。最后采用嵌入式单片机3GInternet接入技术和互联网GAE后台应用技术，设计管理系统服务器网站，实现了Zigbee协议与HTTP协议的数据格式转换，为远程数据采集系统的应用提供了一个新的解决方案。【关键词】Zigbee；3G技术；智能电表；3G集中器网关近年来，随着移动通信网络与物联网技术的不断发展和融合，基于“3G物联网云端平台”的产品方案在不断被提出和实现。其中，使用传感器技术、射频识别技术、

2、网络通信技术、嵌入式开发技术的网络产品，越来越广泛地应用于工业生产、轨道交通、智能家居、环境监控等各个领域中。3G技术（第三代移动通信）是融合了多媒体告诉通信的新一代移动网络系统技术，其升级的软硬件设备支持高速的数据传输，目前存在四种标准：CDMA2000,WCDMA,TD-SCDMA,WiMAXoZigbee是一种短距离、低速率的无线传感器网络技术，基于IEEE802.15.4无线标准，使用免费的2.4GHz通信频段，具有自诊断、自组织网络、自动路由、网络自愈等功能和优点［1］。GAE(GoogleAppEngine)是一个Google管理中心用于Web应用程序开发和托管的云平台，支持Goo

3、gle云计算和互联网服务引擎操作，并具有专有数据库，提供稳定免费的网站空间［2］。为了使得物联网和移动通信网能够结合，发挥信息网络IT技术更大的作用，本文基于“Zigbee传感网”和“3G互联网”技术，以智能仪表无线抄表为背景，设计了一种新型智能电表数据采集系统。并且在上位机服务器中，使用GAE服务引擎开发互联网应用程序，实现服务型网站的基础功能。1.系统概述智能电表数据采集系统总体设计如图1所示。智能电表数据采集系统由三层结构组成，第一层使用Zigbee智能电表作为数据终端；第二层使用3G无线集中器网关作为连接设备，集中器利用3G上网方式进入Internet,访问服务器网站。第三层使用服务器

4、网站作为管理中心平台，对集中器进行远程的响应和操作，方便电力公司和其他专业公司的应用。系统主要实现了电表无线自动抄表和信息管理等功能，核心组件由以下三部分构成。1.1Zigbee智能电表基于Zigbee技术设计的智能电表，兼容了无线抄表的功能。它利用CC2430单片机，接收电能计量模块ADE7755的脉冲量信号，利用Zigbee无线网络通信方式，可将测量数据定时上传，中断响应上位机实时抄表、命令下载执行等功能［3］。1.2无线3G集中器网关集中器网关的功能在于建立电表与管理系统的异构网络互联。网关通过Zigbee网络从智能电表中采集数据，将采集信息通过3G网络上传至网络服务器，同时应答服务器的

5、相关命令。集中器带有SIM卡接口和人机界面，支持网络运营商提供的其他3G相关业务。1.3管理系统网站管理系统网站是上位机服务器管理中心，提供扩展的信息管理业务。它利用Google的软硬件平台，提供良好的运行环境。网站基于SpringMVC框架，使用异步JavaScript和XML技术开发网页，优化用户界面，提高服务器性能。另外，GAE提供丰富的资源如E-Mail接口，方便用户开发扩展功能。1.硬件设计系统硬件设计的核心是Zigbee智能电表和无线3G集中器网关的硬件设计。2.1Zigbee智能电表硬件设计相比于传统的支持DL/T645-2007规约RS-485总线型电表，Zigbee智能电表功

6、耗低、布置方便、克服远程布线带来的缺陷，还兼容抄表器的功能。Zigbee智能电表以CC2430作为核心控制芯片。CC2430作为支持SoC片上系统解决方案的控制芯片，支持Zigbee基础的2.4GHzISM波段应用。内置的8051内核可以方便ADE7755单相表计量芯片与51单片机之间的硬件设计的移植，并支持软件的一致性设计。其中，ADE7755电能计量数据采集电路原理如图2所示。在实现Zigbee基本节点的功能之后，为了使节点能够在多变的环境下稳定通信，需要加大网络节点的通信距离和收发功率。其中，CC2591是一款2.4GHz频段无线应用的高效RF前端，它能够通过功率放大器提升至高达22dB

7、m的输出功率从而增长通信距离以及通信稳定性［4］。由于CC2430与CC2591具有良好的兼容性，两者的连接并不需要复杂的外围电路，电路原理如图3所示。原理图中，RFN，RFP引脚分别与CC2430的对应引脚相连，RXTX引脚与TXRX_SWICTH相连，即实现了传输信号的连接。为了提高高频电路电源的稳定性，在AVDD_PA1,AVDD_PA2,AVDD_LNA放大器的供电电源端口，均并联2个解耦