基于BACnet_ZigBee的无线智能温度传感器.pdf

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1、DOI:10.16366/j.cnki.1000-2367.2012.02.015第４０卷第２期河南师范大学学报（自然科学版）Ｖｏｌ．４０Ｎｏ．２２０１２年３月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｅｎａｎＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ｍａｒ．２０１２文章编号：１０００－２３６７（２０１２）０２－０１０４－０４基于ＢＡＣｎｅｔ／ＺｉｇＢｅｅ的无线智能温度传感器李春旺，吴义民，田沛哲，陈福祥（北京联合大学生物化学工程学院，北京１０００２３）摘要：为了实现智能楼宇的ＢＡＣｎ

2、ｅｔ／ＺｉｇＢｅｅ无线传感器网络，设计了ＢＡＣｎｅｔ／ＺｉｇＢｅｅ节点互联机制，并研制出一种ＢＡＣｎｅｔ／ＺｉｇＢｅｅ无线智能温度传感器标准设备．采用微处理电路Ｌｍ３ｓ６９１１＋做为温度传感器的核心控制单元，实现温度数据采集，数据的ＢＡＣｎｅｔ封装与解析以及ＢＡＣｎｅｔ报文在ＺｉｇＢｅｅ无线网络中的传输过程．通过实验测试，验证了该传感器的协议一致性和数据正确性，达到了楼宇自动化系统的性能要求．关键词：ＢＡＣｎｅｔ／ＺｉｇＢｅｅ；互联机制；智能温度传感器；楼宇自动化中图分类号：ＴＰ２１２文献标志码：Ａ

3、目前，将无线传感器网络引入楼宇自控系统已成为智能楼宇的重要发展方向．ＢＡＣｎｅｔ是由美国采暖、制冷和空调工程师协会（ＡＳＨＲＡＥ）制订的完全开放的楼宇自控网络数据通信协议，是该领域唯一的国际标准（ＩＳＯ１６４８４－５），得到了广泛的应用．ＺｉｇＢｅｅ是建立在ＩＥＥＥ８０２．１５．４基础上的一种自组织无线通信网络，支持多跳路由，可以将报文经过多个节点转发传输到其无线电覆盖范围之外的另一个设备，特别是这种自组织网络结构能够保证在某条路由失效的情况下，快速切换到另一条可用路由，根据环境和节点状态的变［１］

4、化动态地调整数据传输路径，能够有效克服多径传输干扰等问题．这些特性使得ＺｉｇＢｅｅ网络非常适合应用于楼宇环境中．因此，研究ＢＡＣｎｅｔ／ＺｉｇＢｅｅ的互联与融合方式，开发无线智能传感器标准设备具有重要的应用价值．１ＢＡＣｎｅｔ／ＺｉｇＢｅｅ节点互联机制１．１ＢＺＬＬ构建在ＢＡＣｎｅｔ网络层和ＺｉｇＢｅｅ协议栈之间，定义虚拟数据链路层ＢＺＬＬ，为ＺｉｇＢｅｅ和ＢＡＣｎｅｔ的互联提供［２］了一个协议接口，实现适配器功能．图１中的Ｃｌｕｓｔｅｒ称为对象，是一系列属性和方法的集合．Ｅｎｄｐｏｉｎｔ是节点中的

5、功能块，由一系列Ｃｌｕｓｔｅｒ组成．ＺｉｇＢｅｅ节点间的信息交互是通过访问节点中某个Ｅｎｄｐｏｉｎｔ上Ｃｌｕｓｔｅｒ的属性值来实现的．当ＢＡＣｎｅｔ／ＺｉｇＢｅｅ节点发送一个广播报文时，ＢＺＬＬ将报文通过ＢＡＣｎｅｔ协议隧道簇（ＢＰ）传输到ＺｉｇＢｅｅ协议栈，然后在绑定表中查找到对应的组ＩＤ，通过无线网络发送到该ＺｉｇＢｅｅ组上．当ＢＡＣｎｅｔ／ＺｉｇＢｅｅ节点接收到一个组播报文时，该节点通过查找组表得到对应的ＢＡＣｎｅｔＥｎｄｐｏｉｎｔ，再将报文通过Ｅｎｄｐｏｉｎｔ传输到ＢＺＬＬ处理．１．２ＶＭＡ

6、Ｃ地址表的管理由于ＢＡＣｎｅｔ标准中的Ｄｅｖｉｃｅ对象实例在每个ＢＡＣｎｅｔ网络中是唯一的，因此，可将Ｄｅｖｉｃｅ对象实例作为ＢＡＣｎｅｔ节点的虚拟ＭＡＣ地址（ＶＭＡＣ），同时ＶＭＡＣ地址又是ＺｉｇＢｅｅ常用隧道簇的协议地址属性．ＶＭＡＣ地址表可将ＶＭＡＣ地址映射为ＺｉｇＢｅｅ无线网络的ＭＡＣ地址和对应的ＢＡＣｎｅｔＥｎｄｐｏｉｎｔ．在网络初始化时，节点向网络上的所有节点的ＢＺＬＬ发送组播告知协议地址命令，告知本节点的协议地址．如果某节点获得了新的协议地址，则该节点也要发送该命令，告知此节１点更新后

7、的协议地址．为了探测网络上加入的新节点，ＢＺＬＬ必须定期向网络上所有的节点发送组播协议地址读请求命令．当节点接收到该收稿日期：２０１１－１０－２０基金项目：北京市教育委员会科技发展项目资助（ＫＭ２０１０１１４１７０１４）作者简介：李春旺（１９７２－），男，天津武清人，北京联合大学副教授，主要从事建筑设备自动化领域研究．第２期李春旺等：基于ＢＡＣｎｅｔ／ＺｉｇＢｅｅ的无线智能温度传感器１０５命令后，发送自己的ＶＭＡＣ地址作为响应．当路由器接收到节点响应后，在ＶＭＡＣ表中为相应的节点创建ＶＭＡＣ条目．１

8、．３ＢＡＣｎｅｔＮＰＤＵ的传输ＺｉｇＢｅｅ协议定义了ＡＰＳＤＥ－ＤＡＴＡ服务原语，为ＺｉｇＢｅｅ网络层和应用层设备对象提供了一系列数据服务，并通过ＡＰＳＤＥ－ＤＡＴＡ的请求、证实和指示３类服务原语实现．ＢＡＣｎｅｔ网络层报文ＮＰＤＵ做为ＺｉｇＢｅｅ应用层报文ＺｉｇＢｅｅＡＳＤＵ通过ＢＡＣｎｅｔ协议隧道簇传输到ＺｉｇＢｅｅ网络中．ＢＡＣｎｅｔＮＰＤＵ单播报文将利用ＡＰＳＤＥ－ＤＡＴＡ．ｒｅｑｕｅｓｔ服务原语，以目标节点的ＺｉｇＢｅｅＭＡＣ地址和ＢＡＣｎｅｔＥｎｄｐｏｉｎ