基于ARM和Zigbee技术的电能检测与管理系统设计

摘要

改革开放以来，随着国民经济的快速发展，供电紧张问题发生的频率显著提高，尤其是在夏季用电高峰期，多地经常出现拉闸限电的情况，供电紧张问题越来越成为制约国民经济发展和人民生活水平提高的重要因素之一。
　　工业用电和居民生活用电需求的快速增长固然是造成供电紧张的最重要原因，然而家庭用电不必要的浪费也越来越成为不可忽略的原因之一。很多家庭并不知道各个家用电器具体的用电耗能情况，所以想避免不必要的用电浪费时常常茫然不知所措。目前市场上虽然存在着家用电器电能检测的单个独立固件，然而这些检测固件之间并没有联网，随着家用电器种类和数量的增多，查看和管理起来较为麻烦，为有效地解决这些问题，本文设计了一套基于ARM和Zigbee技术的电能检测与管理系统。该系统采用CC2430搭建星型网络，并以TI公司的Z-Stack协议栈为基础进行软件设计。终端节点能实时检测家用电器的用电信息，并通过Zigbee网络将数据发送给协调器节点，协调器节点通过RS232串口将数据传送到ARM端进行处理，以实现用户对各个家用电器耗能状况的集中检测与管理。
　　它的优点表现在:系统各个终端节点在软硬件上相互独立，单个终端节点的损毁不会造成整个系统的崩溃;协调器节点是整个Zigbee网络通信的核心，它负责信息在终端节点和主控制节点之间的传输，系统结构设计的较为简单，有效的减少了发生错误的概率;主控制节点采用基于嵌入式Linux系统的ARM9处理器S3C2440作为核心处理器，其具有丰富的软硬件资源，为系统的扩展保留了较多的硬件接口资源;整个系统的通信采用Zigbee无线网络，省去了布线的麻烦，因此便于安装、管理和维护。
　　研究开发基于ARM和Zigbee技术的电能检测与管理系统具有十分重要的意义，它可以为人们的生活带来一定程度上的便捷服务。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题的背景

1．2 国内外研究现状和趋势

1．3 本文完成的工作

第2章 基于ARM的嵌入式系统基础简介

2．1 嵌入式系统概述

2．2 嵌入式系统的构成

2．3 ARM和嵌入式Linux概述

2．4 嵌入式系统的开发模式和开发流程

2．5 交叉编译环境的搭建

2．6 本章小结

第3章 系统总体硬件设计

3．1 系统总体结构概述

3．2 电能检测模块原理和硬件设计

3．3 Zigbee模块原理和硬件设计

3．4 中央处理器ARM模块简介

3．4．1 处理器S3C2440简介

3．4．2 FLASH存储电路

3．4．3 SDRAM存储电路

3．4．4 电源电路设计

3．4．5 UART电路设计

3．4．6 LCD接口电路

3．5 系统其他辅助模块的设计

3．5．1 电源模块电路

3．5．2 继电器模块电路

3．6 本章小结

第4章 基于Zigbee的电能检测固件开发

4．1 电能检测程序设计

4．1．1 基于ADE7755的电能检测原理

4．1．2 电能脉冲采集程序设计

4．2 Zigbee通讯程序设计

4．2．1 Zigbee协议概述

4．2．2 Zigbee分层协议

4．2．3 Zigbee网络选择与数据传输

4．3 本章小结

第5章 基于ARM的电能管理应用程序设计

5．1 嵌入式LinuX系统在ARM上的移植和构建

5．1．1 U-BOOT在ARM上的移植

5．1．2 定制Linux内核

5．1．3 yaff2s根文件系统的制作

5．1．4 程序的固化

5．2 QT开发平台介绍与SQlite数据库移植

5．2．1 QT开发平台简介

5．2．2 SQLite3数据库的移植

5．3 上层应用软件设计

5．3．1 终端节点电能检测与传输程序设计

5．3．2 协调器节点通讯程序设计

5．3．3 主控制模块程序设计

5．4 本章小结

第6章 系统测试与总结

6．1 系统测试

6．1．1 电能采集模块测试

6．1．2 Zigbee通讯模块测试

6．1．3 ARM主控制模块测试

6．2 系统存在的不足之处

6．3 总结

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文及研究成果