基于ZigBee与GPRS的远程无线抄表系统智能终端设计

摘要

对传统的手工抄表方式进行技术革命具有十分重要的现实意义，如何实时、准确地将用户的用电数据送到供电部门的数据库，且能最大限度减少抄表所需要的人力、物力，已经成为一个急待解决的问题。采用ZigBee双向无线通信技术与GPRS网络技术相结合可以实现远程无线自动抄表，从而有效解决电能表数据的自动采集与远程传输。 本文基于ZigBee技术及GPRS技术的基本原理，研究分析了ZigBee物理层、MAC层、网络层、应用层等各层协议、数据传输方式及网络结构，并在802.15.4层组网协议的基础上建立ZigBee网状网络。通过调研分析ZigBee及GPRS的解决方案，并考虑经济实用性、调试方便性及缩短开发周期等要求，选用Jennic的JN5139单芯片模块实现ZigBee网络的数据传输，采用西门子的GPRS模块MC39i实现数据的远程传输。 根据的功能不同，将终端分成采集器、中继器（路由器）及集中器三部分来设计。采集器、中继器及集中器的ZigBee收发模块都是在JN5139的基础上通过扩展外围电路而设计的ZigBee模块，共同组成一个网状的ZigBee网络，完成对电能表数据的采集、传输、转发及汇总。集中器作为外界访问ZigBee网络的网关，是抄表系统终端的核心单元。为了提高集中器运行速度及兼容性，选用32位ARM9微处理器作为系统的处理器单元，考虑到集中器处理数据量较大及今后抄表方式的升级更新，集中器模块还专门设计了存储器电路、以太网通信电路、USB接口电路等。根据抄表系统实际需要，设计了一套较完整的数据传输协议，并实现了远程传输对接。 利用设计完成的硬件资源、抄表数据协议和各终端模块测试程序测试了在抄表系统的整体功能，结果表明实现了ZigBee网络的组建、电能表数据的采集及远程传输、终端设备参数的修改等功能，达到终端设计要求。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1课题背景

1.1.1电能自动抄表技术的发展

1.1.2远程无线抄表技术的发展

1.1.3 ZigBee与GPRS在无线抄表系统中的应用

1.2国内外无线抄表技术研究概况

1.2.1国内外自动抄表技术研究概况

1.2.2国内外无线自动抄表系统研究现状

1.3论文的主要工作及意义

第二章远程无线抄表系统的技术基础

2.1 ZigBee技术

2.1.1 zigBee概述

2.1.2 ZigBee协议栈

2.1.3 ZigBee数据传输方式

2.1.4 ZigBee数据传输中的帧结构

2.2 GPRS技术

2.2.1 GPRS简介

2.2.2 GPRS特点

2.2.3 GPRS系统结构

2.2.4 GPRS的安全可靠性和抗干扰能力

2.3 ZigBee与GPRS远程无线抄表系统

第三章远程无线抄表系统终端的模块设计

3.1远程无线抄表系统组成

3.2 ZigBee模块及外围电路设计

3.2.1 ZigBee解决方案

3.2.2 ZigBee无线模块硬件电路设计

3.2.3 ZigBee模块网络构建

3.3 GPRS模块及外围电路设计

3.3.1 GPRS模块解决方案

3.3.2基于MC39i模块的外围电路设计

3.4集中器硬件电路设计

3.4.1主控制器(CPU)电路设计

3.4.2数据存储器电路设计

3.4.3时钟电路设计

3.4.4外设接口电路设计

3.4.5辅助功能电路设计

第四章数据传输协议及主模块程序设计

4.1远程无线抄表数据参数定义

4.2远程无线抄表数据协议格式

4.2.1读命令格式

4.2.2写命令格式

4.2.3数据转发命令格式

4.3软件开发平台

4.4主模块程序设计

4.4.1采集程序设计

4.4.2集中器程序设计

4.4.3中继器程序流程

第五章测试结果及分柝

5.1系统连接及组网状态测试

5.2读取节点信息测试

5.3数据采集测试

5.4修改终端参数测试

第六章总结及展望

参考文献

致谢

攻读学位期间主要研究成果

附录：部分程序源码