基于ZIGBEE技术的无线抄表系统的设计毕业作品Word格式.docx

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指导教师职称

完成日期年月

摘要

IEEE802.15.4/ZigBee协议是由IEEE802.15.4标准的PHY和MAC层再加上ZigBee的网络和应用支持层所组成的，其突出的特点是网络系统支持极低成本、易实现、可靠的数据传输、短距离操作、极低功耗、各层次的安全性等。

在整个系统中，最核心的部分是CC2430芯片。

CC2430结合了一个高性能2.4GHZ的射频收发器核心和一颗工业级高效的8051控制器。

这样的设计满足了以ZIGBEE协议为基础的应用波段。

所以在本次设计中就用了CC2430。

本次设计就是以CC2430芯片为核心，由电能采集电路；

数据处理电路；

无线收发模块组成。

他们的作用分别为：

对电能信息做采集工作；

对采集来的数据做初步处理；

将初步处理后的数据通过无线收发模块发送至基站。

将能实现这些功能的模块合理的整合到一个系统中，完成了本次设计的最终目标。

关键词：

ZIGBEE抄表近距离传输CC2430

WirelessmeterreadingsystembasedonZigbee

Abstract

IEEE802.15.4/ZIGBEEprotocolincludingthestandardbytheIEEE802.15.4PHYandMAClayer,ZIGBEEnetworkandapplicationlayer.Thecharacteristicisthelowcostofthenetworksystem,easytoachieve,reliabledatatransmission,closeoperation,extremelylowpowerconsumption,saftyandsoon.

Throughthewholesystem,thecorepartisCC2430chip.CC2430includingahigh-performance2.4GHZRFtransceiverandaindustrial,efficiency8051controllers.ThisdesignmeetstheZIGBEEprotocolwithband-basedapplication.SouseCC2430chipinthissystem.

ThecoreofthissystemisCC2430.Bemadeofenergycollectioncircuit,dataprocessingcircuitandwirelesstransceiver.Thefunctionofthemarecollecttheenergyinformation,dealwiththecollecteddataandsendingdatatobasestationthroughthewirelesstransceiver.Integratethesemoduleswhichcanachievethefunctionstoareasonablesystem,andcompletedtheultimategoalofthisdesign.

Keywords:

ZIGBEEMeterReadingClosetransfeCC2430

1绪论

1.1课题的来源

网络给人们的生活带来了许许多多的方便，与此同时，人们对网络的研究也更加的深入，是的人们可以更加合理，高效的利用网络，从而提高人们的生活质量和品质。

随着深入的研究，ZIGBEE——一项近距离传输的新技术应运而生，他给人们的生活带来了许多的方便，此项技术在未来多年时间内将会是是一项很值得研究的技术。

1.2课题的意义

随着城市居民住宅建设日益发展,电能表数量迅速增多,抄表计量也日趋复杂。

在我国,对居民电表仍采用人工抄表的方法,这种原始的抄表方法费时、费力，造成了人力、物力等资源的浪费，在抄表时也会会打扰居民的正常生活,甚至给居民带来安全隐患，而且准确性和及时性也未必理想，因此设计一个新系统替代原有的人工抄表显得尤为重要。

ZigBee网络节点实现了无线抄表系统的低功耗、低成本,并具有高度的灵活性和可扩展性。

ZIGBEE作为一种新兴的近距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线网络技术，采用了IEEE802.15.4，具有其强有力的无线物理层所规定的全部优点，如省电、简单、低成本；

ZIGBEE还添加了逻辑网络、网络安全和应用层。

ZIGBEE的应用范围非常的广泛。

无线传感网络WSN；

智能交通、油气产生遥测遥控通信系统；

农田耕作、环境监测、水利水文监测无线通信；

对患病、设备及设施进行医疗和健康监控；

家庭监控、HVAC、安防报警系统运用等。

本课题研究的就是基于ZIGBEE技术的无线抄表系统的设计。

网络节点的设计采用CC2430芯片和BEESTACKZIGBEE协议栈。

1.3ZIGBEE技术国内外发展现状

ZigBee最初版本的标准在2004年12月推出，其增强版ZigBee2006标准也已经完成，2007年第一季度对外公布。

2006版标准安全级别更高，跳频也得到改进，在家庭和商业控制领域具有优势，尤其是减少了功率消费。

但2006版标准包括一些有别于2004年首版规范的重大变化，这意味着两种版本互不兼容，可能会给那些已经将产品上市的公司带来麻烦。

ZigBee及IEEE802.15.4标准提供了一套完整的解决方案，可以满足无线家庭网络以及工业、商业监控应用的系统设计人员所面临的独特要求。

不过，成功地集成ZigBee技术还存在许多需要密切关注的问题。

面向ZigBee网络传感器节点的硬件平台一般都有微控制器与RF收发器这两个芯片，另外还需要电源电路、传感器、天线及电源等。

也可添加RF功率放大器来增加其覆盖范围。

为确保ZigBee平台设计获得成功，必须认真选择这些因素。

建议下一步在片上系统（SoC）中集成收发器与微控制器，从而降低成本并减少平台尺寸。

此外，通过在手机上集成Zigbee芯片，可将手机作为Zigbee传感器网络的网关，实现对智能家庭的自动化控制、进行移动商务（利用手机购物）等诸多功能。

据BobHeile介绍，目前意大利TIM移动公司已经推出了基于Zigbee技术的Z-sim卡，用于移动电话与电视机顶盒、计算机、家用电器之间的通信及停车场收费等。

为成功开发可满足典型节点要求的系统架构，美国德州仪器（TI）公司正致力于在符合IEEE802.15.4标准的收发器与微控制器、ZigBee协议栈以及应用软件之间实现紧密的集成。

随着ZigBee协议为越来越多的工业和商业用户所采用，认证对厂商和客户变得至关重要。

到目前为止，OEM厂商可以从13种ZigBee认证平台中选择适合的产品开发技术。

ZigBee联盟目前已经授权2家试验室进行测试，即独立测试服务提供商美国国家技术服务公司（NationalTechnicalServices,Inc.，NTS0和德国莱茵集团（TÜ

VRheinlandGroup）。

ZigBee联盟不会促销未认证产品，并且该产品不可以使用ZigBee名称和标识。

Zigbee芯片是ZigBee产业链上发展最为成熟的一环，从2004年底ZigBee联盟正式提出标准以来，ZigBee芯片厂开始推出符合ZigBee标准的芯片，如Atmel的AT86RF210（868MHz/915MHz）、Freescale（飞思卡尔）的MC13192、ST的SN260、TI（德州仪器）的CC2420。

要把ZigBee技术运用在无线网络，成功与否的关键在于其体积、耗电量及成本等因素。

因此ZigBee芯片商开始整合微控制器及RF传输芯片，开发出整合型单芯片，如EM250、CC2430、JN5139、EM260、

MC13214，同时为了兼顾全球的市场、新一代的传输频率都集中在2.4GHz，竞争非常激烈。

在2006年9月，根据“创新”和“执行”等重要参数对ZigBee供应商进行了评估，在ABIResearch发布的IEEE802.15.4（Zigbee）芯片供应商排名表上，TI位列芯片供应商榜首，Ember公司和OkiSemiconductor排在第二和第三位。

尽管Zigbee技术本身还处在逐步完善的发展阶段，但其易部署、低功耗和低成本的技术特点为它的应用和推广打下了良好基础。

在Zigbee产业链上游微控制器、射频收发器组件部分，Freescale、TI、Atmel、Microchip、SiliconLabs、Chipcon、Ember、CompX、Jennic、达盛电子等厂商皆已推出相关解决方案；

已开发出ZigBee协议堆栈的厂商则有Figure8Wireless、AirBee、Ember、Helicomm（赫立讯）等；

在ZigBee模块部分，华宝通讯、Helicomm、MaxStream、SiliconLabs、Chipcon、Shinko、松下等厂商皆有相关产品；

在ZigBee网关器部分，华宝、诺基亚及易利信等厂商投入GSM/UMTS结合ZigBee技术的网关器开发。

再往下游，许多ZigBee应用产品已纷纷出现，业者积极推出各种解决方案及相关产品，但仍然没有杀手级的应用出现，ZigBee市场还处于导入期。

ZigBee在有源RFID应用中的重要性正日益凸显，美国Helicomm（赫立讯）公司已经开始于美国一家煤矿设备公司合作，将ZigBee无线定位方案从自动抄表、监测、车辆管理等应用拓展到煤矿行业的矿井定位中。

我国华为公司是ZigBee联盟13个理事成员之一，目前正与意大利电信合作，在为其提供的终端SIM卡中置入ZigBee技术，从而可以使运营商能够为用户提供更多的增值业务，如手机购物、手机遥控等功能，这大大增强了运营商的业务提供能力和竞争实力。

华为也正在将ZigBee用于机顶盒和DSLModem中。

作为全球开放的无线通信标准，只要有用上单片机的市场，就会有用到Zigbee的机会。

其应用领域可以横跨全球民用、军用、商用、公用及工业用等各个市场。

尤其是在那些存储空间有限并追求成本效益的短距离无线通信和自动控制领域，ZigBee有着广泛的应用前景。

ZigBee技术典型的传输数据类型有重复性低反应时间数据（如键盘）、间歇性数据（如照明控制）和周期性数据（如传感器数据）。

其出发点是希望能发展一种易布建的低成本无线网络，并使产品的电池能维持6个月到数年的时间。

根据ZigBee联盟的设想，它的应用目标主要针对家庭智能控制（如照明、水电气计量及报警）、医护（如监视和传感）、工业控制（如自动控制设备、无线传感器网络）、PC外设的无线连接、消费类电子设备的遥控装置，以及军事（战场监视、机器人控制、单兵综合作战系统）等领域。

在产品发展的初期，将以工业或企业市场的传感器网络为主，并逐渐将市场拓展至家庭中的数字化和便携性应用。

有报道预测，未来6～7年内，家庭用户将占有2/3的ZigBee市场。

尽管当前ZigBee应用还没有规模上量，但已有了很多应用，主要集中在工业安全、交通运输、公共事业、家电遥控、灯光控制、门禁等领域。

在开始使用时，ZigBee技术每个节点的成本是3～4美元，到2007年下半年，每个节点的成本应该在3美元以下。

而每个节点包括一个微控制器和一个RF收发器。

基于ZigBee技术的无线抄表系统应该由ZigBee自组网、GPRS网和及抄表中