基于zigbee无线自动抄表系统软件设计

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1、杭州电子科技大学硕士学位论文基于ZigBee无线自动抄表系统软件设计研究生：李野指导教师：程知群教授2012年12月DissertationSubmittedtoHangzhouDianziUniversityfortheDegreeofMasterResearchonsoftwareforwirelesssmartmetermodulebasedonZigbeeCandidate:LiYeSupervisor:Prof.ZhiqunChengDecember,2012杭州电子科技大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独

2、立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。论文作者签名：日期：年月日学位论文使用授权说明本人完全了解杭州电子科技大学关于保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属杭州电子科技大学。本人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为杭州电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩

3、印或其它复制手段保存论文。（保密论文在解密后遵守此规定）论文作者签名：日期：年月日指导教师签名：日期：年月日杭州电子科技大学硕士学位论文摘要随着科学技术的进步和经济发展水平的不断提高，业主对于服务质量的要求越来越高，人工抄表以其工作人员工作条件差，工作效率低，管理和维护费用高，误差大，入室抄表影响社会安全稳定等缺点，已经越来越不能满足人们的要求。无线抄表以其安装和维护费用低，效率高，误差小，不需入户等优点已经越来越成为抄表发展的主要趋势。无线抄表技术在国外起步较早，发展迅速且深入；国内起步较晚，但发展速度很快，并有着逐步取代人工抄表的发展趋势。ZigBee技术以其低速率，低功耗，低

4、复杂度，短距离等特点已经越来越多的被应用在无线定位，智能家居，工业自动化控制，楼宇、汽车自动化等传感器网络，ZigBee技术应用于无线智能抄表系统有着非常广阔的发展前景，对于推动无线抄表自动化发展有重要意义。本文首先阐述现有抄表技术存在的诸多缺陷，提出无线抄表技术在这些方面的优越性。并阐述了诸多无线通信技术的优缺点以及适用行业。ZigBee技术以低速率，低功耗，低复杂度，短距离等特点，应用于无线抄表行业有着其他无线通信技术无可比拟的优势。基于这种优势并鉴于国内外抄表行业的发展状况，最终选择ZigBee无线通信技术作为本无线智能抄表的应用方案。接着介绍了ZigBee技术特点以及路由算

5、法，并深入了解了ZigBee协议，研究了ZigBee协议栈框架，并着重介绍了物理层，MAC层、网络层以及应用层各层的结构特点和主要功能。根据抄表系统的方案需求，分析并设计系统整体框架，又进一步给出具体实现方案。基于系统方案的低功耗、成本低等特点以及单芯片方案应用于本系统的优势，最终选择Ember公司推出的ZigBee片上系统EM250芯片作为开发平台以及网状网的ZigBee网络拓补结构。重点介绍了无线抄表软件系统设计，包括协调器模块、电表模块和显示器模块程序流程以及整个系统的仿真和调试。并分别介绍了开发模块的主要功能实现，主要包括网络安全，主要的API帧格式，几种API帧的功能和结

6、构，数据透传，网络发现以及固件的版本更新等。最后介绍软件测试系统搭建，主要包括对测试需求的分析，测试理论研究，测试方法的选择以及具体测试方案设计。测试对象主要包括AT命令功能测试和系统网络测试，其中系统网络测试设计实现了两种测试方案，分别是实验室组网测试和现场组网测试。并详细介绍了两个测试的具体方案实现，最后对测试结果进行分析。AT命令功能测试覆盖了所有常用命令，经过大量重复实验，结果表明本地AT命令执行准确率为100%。远程AT命令由于网络节点较多，数据通信量较大，执行准确率达到99.61%。网络发现测试(ND命令测试)表明整个网络状况良好，但由于网络发现功能使用广播方式，严重情

7、况下会造成网络阻塞，所以建议用户不要过多使用。实验室组网测试主要进行了模拟电表数据通信，网络节点数140个，经长期大量的数据通信测试，在平均每5秒发送或接255字节条件下，平均丢包或误码率不I杭州电子科技大学硕士学位论文超过2%，最高仅为2.889%，最低为0%。现场组网测试是在海兴电力公司的协助下完成，他们主要提供电表、显示器、实验环境以及相关专业测试工具。测试中根据应用需求模拟了电表的实际工作环境，并使用抄表软件对相关抄表命令以及数据的传输进行实时的跟踪监控。测试