基于ZigBee无线传感器网络的电表监控系统的设计与实现

摘要

随着经济的迅速发展，导致用电量日益增加，这给电网带来了一些新的问题。越来越多的供电部门或单位需要对电表用电量进行有效的实时监测和控制，尤其是作为东南亚的国家新加坡来说，市政部门迫切需要更加经济、安全、可靠的电表监控系统来实时监测新加坡各个区域的用户用电情况。
　　近年以来，国家也采取许多措施来对电能进行监测控制，其中通过大量智能电表取代了传统电能表，无线自动抄表技术逐步取代有线抄表。新加坡政府一直致力于发展“智能电网”，根据新加坡市政单位电网监测需求，本文主要研究了基于无线传感器网络的电表监控系统。
　　本文首先进行系统总体设计，提出并设计了基于ZigBee无线传感器网络的电表监控系统。本系统设计分为四部分:数据采集模块、智能电表设计模块、无线传输模块和上位机显示界面。通过对ZigBee协议标准和体系结构进行了研究分析，选用无线传感器的Mesh拓扑（网状拓扑）搭建。采用MAXIM公司生产的78M6613高度集成芯片和美国DIGI公司的ZigBee无线传感器通讯模块作为硬件平台。利用RS485串行通讯接口对电表进行数据采集，把采集到的数据信息通过ZigBee网络传输到远程管理的计算机终端系统，存储并实现远程监测和控制功能。同时将用电情况及时有效地进行数据分析传送给用户。利用本文设计电路搭建测试平台，并采用两组节能灯在该平台上进行测试实验，验证了所设计的无线传感器网络电表监控系统方案的有效性。表明该系统满足设计要求，同时也具备一定的新颖性和实用性。
　　本文的研究内容是新加坡市政单位重点项目《Wireless Power Meter MonitoringSystem》。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的背景及意义

1．2 基于无线传感器电表监控系统的研究现状

1．2．1 自动抄表技术研究现状

1．2．2 无线传感器网络研究现状

1．3 本文主要的研究内容

1．4 本文结构安排

第二章 无线传感器网络及电表监控技术概述

2．1 无线传感器网络概述

2．1．1 无线传感器网络体系结构

2．1．2 无线传感器网络通信协议

2．2 短距离无线通信技术ZigBee

2．2．1 ZigBee技术概述

2．2．2 ZigBee协议分析

2．2．3 ZigBee协议栈结构和原理

2．3 电表监控技术概述

2．4 本章小结

第三章 基于ZigBee的电表系统的设计与实现

3．1 智能电表的总体设计结构

3．1．1 电能计量的基本原理

3．1．2 78M6613芯片介绍

3．1．3 数据采集模块设计

3．1．4 软件主程序

3．1．5 仿真模块

3．1．6 电表误差校正

3．2 无线传感器ZigBee内部结构

3．2．1 Xbee射频模块

3．2．2 Xbee网络构架和网络安全

3．3 Dijkstra路由器算法研究

3．4 本章小结

第四章 监控系统用户界面的设计与实现

4．1 软件功能需求及总体方案设计

4．1．1 软件功能需求

4．1．2 总体方案设计

4．2 服务器管理软件程序设计和实现

4．2．1 网络连接程序设计

4．2．2 数据处理程序设计

4．3 本章小结

第五章 监控平台的在线监测与分析

5．1 监测分析目的

5．2 实验结果分析

5．3 本章小结

总结与展望

总结

展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的学术论文和参与的项目