创羿科技智能无线抄表解决方案_第1页
创羿科技智能无线抄表解决方案_第2页
创羿科技智能无线抄表解决方案_第3页
免费预览已结束,剩余1页可下载查看

下载本文档

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

1、Word文档创羿科技智能无线抄表解决方案系统硬件结构 无线抄表系统是由多个ZigBee节点所构成的网络。ZigBee技术支持3种网络拓扑结构,即星形(Star)、网状(Mesh)和树形分簇(ClusterTree)。星型结构由一个协调器节点(主设备)和一个或多个终端设备(从设备)组成。协调器是一种特别的全功能设备(FullFunctionDevice,FFD)。FFD是具有转发与路由力量的节点。终端设备可以是FFD或简化功能设备(ReducedFunctionDevice,RFD)。RFD是最小且最简洁的ZigBee节点,只发送与接收信号,并不起转发器、路由器的作用。假如某个终端设备需要传输数

2、据到另一个终端设备,它会把数据发送给协调器,然后由协调器依次将数据转发到目标终端设备。 与采纳有线网络通信的楼控产品相比,无线解决方案的优势在于安装布置的敏捷性、低廉的安装费用和对楼宇自动化系统进行重新布置的可移动性。ZigBee技术产品以其低功耗、低成本以及优秀的组网力量,被广泛认为将在将来几年中对楼宇自动化和工业产生重大的影响。本文讨论的远程抄表系统就基于ZigBee技术实现了无线自动抄表功能。 本文设计的ZigBee节点是星型结构中最简洁的双节点网络,即由一个协调器节点和一个RFD节点组成。其中,ZigBee每个节点的硬件均由两部分构成:电能测量与处理部分和无线接收/发送部分。而硬件详细

3、实现的功能则由烧写入单片机的程序来打算。无线抄表系统的硬件结构如图1所示。 1无线抄表系统硬件结构框图 电能测量与处理模块的工作原理 电能数据采集模块的核心是美国ADI公司的一款高精度单相有功电能计量芯片ADE7753。该芯片集成了数字积分、参考电压源和温度传感器。它供应了一个和有功能量成比例的脉冲输出(CF)和数字系统校准误差电路(通道偏置校准、相位校准及能量校准)。该芯片适用于单相电路中有功功率、无功功率和视在功率的测量。 ADE7753有电流和电压两个通道,共两路模拟量输入,分别是电流通道V1P、V1N和电压通道V2P、V2N。电压信号经可编程放大器(PGA)放大和模数转换器进行A/D转

4、换变为数字信号,然后,电流信号经电流通道内的高通滤波器HPF滤除DC重量并数字积分后,与经相位校正后的电压信号相乘,产生瞬时功率;此信号经低通滤波LPF2产生瞬时有功功率信号。利用功率偏差校准寄存器的值对有功功率进行校准,放入采样波形数据寄存器中,然后对采样波形数据寄存器的值进行累加,将功率累加值(电能值)存放在电能寄存器中,经DOUT引脚输出。 电流和电压采集电路把沟通电变为可供ADE7753输入的电压。在电流通道中,通过di/dt微分电流传感器实现电流/电压变换。di/dt微分电流传感器基于Rogowski线圈原理。Rogowski线圈由环绕一根长直导线排列、匝数为N的矩形空芯线圈组成。

5、无线收发模块的工作原理 无线收发模块主要由CC2420芯片和2.4GHz射频天线以及相应的阻抗匹配电路组成。芯片外围电路包括晶振时钟电路、射频输入输出匹配电路和单片机接口电路三个部分。本设计采纳16MHz无源晶振,其负载电容值约为22pF。射频输入/输出匹配电路主要用来匹配芯片的射频输入/输出阻抗,使其输入/输出阻抗为50,同时为芯片内部的功率放大器和低噪声放大器供应直流偏置。CC2420通过线SPI口(SI、SO、SCLK、CSn)设置芯片的工作模式,并实现读/写缓存数据和读/写状态寄存器。 从天线接收到的射频信号首先经过低噪声放大器和正交下变频到MHz的中频信号,此混合I/Q信号经过滤波、

6、放大,再通过ADC转变成数字信号。后经自动增益掌握、数字解调和解扩,最终恢复出传输的正确数据。放射机部分采纳直接上变频。待发送的数据先被送入128字节的发送缓存器中,头帧和起始帧是通过硬件自动产生的。依据IEEE802.15.4标准,所要发送的数据流的每4个比特被32码片的扩频序列扩频后送到DAC。然后,经过低通滤波和上变频的混频后被调制到2.4GHz,并经放大后送到天线放射出去。 系统软件设计 Microchip的ZigBee协议栈 完整的ZigBee协议栈自上而下由应用层、应用汇聚层、网络层、数据链路层和物理层组成。本硬件设计选择的是Microchip公司的PIC18系列单片机,因此在软件

7、设计中应用了Microchip公司供应的ZigBee协议栈。它随着ZigBee无线协议规范的进展而不断更新。该协议栈有如下特点:使用支持2.4GHz频带的ChipconCC2420RF收发器;支持简化功能设备和协调器;在协调器节点中实现对邻接表和绑定表的非易失性存储;支持非时隙的星型网络;可以在大多数PIC18系列单片机之间进行移植;支持MicrochipMPLABC18和Hi-TechPICC-18C编译器;易于添加或删除特定模块的模块化设计。 RFD节点软件设计流程 这里以RFD节点为例,阐述RFD节点加入由协调器节点组建的网络的设计思想及程序流程。图2是RFD节点主应用程序设计的流程框图

8、。其主要功能是实现硬件的初始化,并依据用户指令进入配置模式来完成绑定操作。绑定的目的是让RFD的地址信息消失在协调器的绑定表中,从而使RFD节点与协调器关联起来。对于第一次完成烧写程序的节点,必需接入计算机终端,根据流程进行配置和绑定操作;对于已经完成绑定操作的节点,在进行下一次操作时,可以无需计算机而进行脱机操作。 2RFD节点主应用程序设计流程框图 一个RFD节点从自身配置、绑定完成到加入由协调器组建的网络,然后进入正常工作模式,要经受不同的状态。依据ZigBee协议栈的要求,在主应用程序中定义了6种工作状态。 初始化状态(SM_APP_INIT),即节点进行任何操作前的最初状态;配置状态

9、(SM_APP_CONFIG_START),即让节点进入配置模式的状态,主要通过调用配置函数引导用户完成配置操作; 正常启动状态(SM_APP_NORMAL_START),当已经配置过的节点再次使用时,无须再次进行节点配置,则直接进入正常启动状态,并尝试加入一个由协调器节点组建的网络; 正常启动等待状态(SM_APP_NORMAL_START_WAIT),RFD节点在尝试加入网络的过程中,要经过新网络初始化、网络初始化是否完成、网络初始化是否胜利等问答和回应过程; 正常工作状态(SM_APP_NORMAL_RUN)下,节点能够最终进入正常工作状态才能完成节点的绑定操作;休眠状态(SM_APP_SLEEP)下

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

评论

0/150

提交评论