基于ZigBee無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)的企業(yè)能源管理信息采集系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于ZigBee無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)的企業(yè)能源管理信息采集系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)包括耗能表、多個(gè)RS485轉(zhuǎn)TTL模塊、多個(gè)的ZigBee終端節(jié)點(diǎn)、多個(gè)ZigBee路由節(jié)點(diǎn)、用于網(wǎng)絡(luò)的建議及管理的ZigBee協(xié)調(diào)器以及服務(wù)器；每個(gè)耗能表連接一個(gè)RS485轉(zhuǎn)TTL模塊，每個(gè)RS485轉(zhuǎn)TTL模塊連接一個(gè)ZigBee終端節(jié)點(diǎn)，一個(gè)RS485轉(zhuǎn)TTL模塊和一個(gè)ZigBee終端節(jié)點(diǎn)共同構(gòu)成ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)，在ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)建立好網(wǎng)絡(luò)后，ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)能耗數(shù)據(jù)的采集和轉(zhuǎn)換，然后通過(guò)射頻天線傳送給ZigBee路由節(jié)點(diǎn)，再由ZigBee路由節(jié)點(diǎn)傳送給ZigBee協(xié)調(diào)器，ZigBee協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)后通過(guò)USB轉(zhuǎn)串口傳輸?shù)椒?wù)器。本發(fā)明通過(guò)ZigBee無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)實(shí)時(shí)采集耗能表的數(shù)據(jù)、監(jiān)控耗能表的運(yùn)行狀況，在能表采集節(jié)點(diǎn)較多且分布較為密集的條件下具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。
【專利說(shuō)明】
基于Z i gBee無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)的企業(yè)能源管理信息采集系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及企業(yè)能源信息采集的研究領(lǐng)域，特別涉及一種基于ZigBee無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)的企業(yè)能源管理信息采集系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]ZigBee無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)是基于IEE802.15.4無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)的通信技術(shù)，它是新興的無(wú)線通信協(xié)議。IEE802.15.4定義了物理層(PHY)和媒體訪問(wèn)控制(MAC)層，ZigBee定義了網(wǎng)絡(luò)(NWK)層和應(yīng)用層(APL)。根據(jù)協(xié)議規(guī)定ZigBee無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)是一種短距離、低功耗的無(wú)線通信技術(shù)。
[0003]ZigBee無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)作為一種新興的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具有低功耗、低成本、網(wǎng)絡(luò)容量大、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，適合用于終端節(jié)點(diǎn)多且分布較為密集的工業(yè)自動(dòng)化監(jiān)控、無(wú)線數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域，可以為企業(yè)能源管理信息采集系統(tǒng)提供很好的解決方案。
[0004]根據(jù)IEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，ZigBee共分配了具有3種不同速率的27個(gè)信道，各頻段上的調(diào)制方式和傳輸速率也不同，3個(gè)頻段分別為2.4GHz、868MHz和915MHz。全球通用的工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)頻段可使用其中的2.4GHz頻段，是免費(fèi)使用且不用申請(qǐng)無(wú)線電頻率許可。ZigBee無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)可工作在2.4GHz (全球流行)和868(歐洲流行)/915(美國(guó)流行)MHz頻段上，分別具有250Kb i t/s、20Kb i t/s、40Kb i t/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。
[0005]ZigBee的主要特點(diǎn)有以下幾個(gè)方面:
[0006](I)傳輸可靠性高。ZigBee在物理層(PHY)和MAC層上分別采用了擴(kuò)頻技術(shù)以及CSMA/CA協(xié)議，提高了通信的可靠性。
[0007](2)功耗低。ZigBee技術(shù)的重要特點(diǎn)之一就是低功耗，2節(jié)5號(hào)干電池可支持I個(gè)節(jié)點(diǎn)工作6到24個(gè)月。
[0008](3)安全性強(qiáng)。ZigBee提供了三級(jí)安全模式，包括無(wú)安全設(shè)定、使用訪問(wèn)控制清單防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)(AES 128)的對(duì)稱密碼。
[0009](4)成本低。ZigBee的協(xié)議簡(jiǎn)單且免收專利費(fèi)，這些特點(diǎn)使得ZigBee的成本大大降低。
[0010](5)網(wǎng)絡(luò)容量大。一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可包括65535個(gè)無(wú)線設(shè)備，包括全功能設(shè)備和終端功能設(shè)備，它們之間可自由地進(jìn)行信息交互，從而形成龐大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
[0011](6)距離靈活改變。相鄰節(jié)點(diǎn)間的距離傳輸范圍一般在10到10m之間，在增加發(fā)射功率后，可增加到I至3km。如果采用路由節(jié)點(diǎn)進(jìn)行中繼接力，傳輸距離將可以更遠(yuǎn)。
[0012]目前已經(jīng)有通過(guò)RS485總線通信來(lái)采集能耗數(shù)據(jù)，RS485總線為半雙工工作方式，其通信的數(shù)據(jù)線有兩條，分別是一個(gè)信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)位的正負(fù)端，真正的信號(hào)必須由兩條線路相減得到。因此，每次通信只可以向一個(gè)方向傳送數(shù)據(jù)，任何時(shí)候網(wǎng)絡(luò)中只能有一個(gè)主設(shè)備，即處于發(fā)送狀態(tài)的設(shè)備，從設(shè)備不進(jìn)行主動(dòng)通訊。為了避免總線沖突，系統(tǒng)的采集器與耗能表間都采用主從式通信。即主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)可以傳送到各從機(jī)或指定從機(jī)，而各個(gè)從機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)只能發(fā)送給主機(jī)。無(wú)論主機(jī)還是從機(jī)都采用查詢方式發(fā)送數(shù)據(jù)，中斷方式接收數(shù)據(jù)。RS485總線常采用特性阻抗為120歐姆的雙絞線作為傳輸介質(zhì)，因此信號(hào)在傳輸線上傳送時(shí)，遇到阻抗不連續(xù)的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)反射現(xiàn)象，影響信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種基于ZigBee無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)的企業(yè)能源管理信息采集系統(tǒng)及方法，實(shí)現(xiàn)在企業(yè)中實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地自動(dòng)化采集能耗數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)傳輸能耗數(shù)據(jù)到服務(wù)器上。
[0014]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0015]本發(fā)明提供了一種基于ZigBee無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)的企業(yè)能源管理信息采集系統(tǒng)，包括耗能表、多個(gè)用于將耗能表的RS485電平與微處理器的TTL電平相互轉(zhuǎn)換的RS485轉(zhuǎn)TTL模塊、多個(gè)用于能耗表數(shù)據(jù)采集的ZigBee終端節(jié)點(diǎn)、多個(gè)用于擴(kuò)展ZigBee網(wǎng)絡(luò)中通信距離的ZigBee路由節(jié)點(diǎn)、用于網(wǎng)絡(luò)的建議及管理的ZigBee協(xié)調(diào)器以及服務(wù)器;每個(gè)耗能表連接一個(gè)RS485轉(zhuǎn)TTL模塊，每個(gè)RS485轉(zhuǎn)TTL模塊連接一個(gè)ZigBee終端節(jié)點(diǎn)，一個(gè)RS485轉(zhuǎn)TTL模塊和一個(gè)ZigBee終端節(jié)點(diǎn)共同構(gòu)成ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)，所述ZigBee終端節(jié)點(diǎn)與ZigBee路由節(jié)點(diǎn)連接，所有的Z i gBe e路由節(jié)點(diǎn)連接到Z i gBe e協(xié)調(diào)器;在Z i gBe e協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)建立好網(wǎng)絡(luò)后，ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)能耗數(shù)據(jù)的采集和轉(zhuǎn)換，然后通過(guò)射頻天線傳送給ZigBee路由節(jié)點(diǎn)，再由ZigBee路由節(jié)點(diǎn)傳送給ZigBee協(xié)調(diào)器，ZigBee協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)后通過(guò)USB轉(zhuǎn)串口傳輸?shù)椒?wù)器。
[0016]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)周期性的采集能耗數(shù)據(jù)。
[0017]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，當(dāng)ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)的分布密集時(shí)，各ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)共用一個(gè)Zi gBee路由節(jié)點(diǎn)，由Z igBee路由節(jié)點(diǎn)將各ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)匯總后發(fā)送給ZigBee協(xié)調(diào)器；
[0018]對(duì)于與服務(wù)器距離較遠(yuǎn)的耗能表，在每條數(shù)據(jù)采集鏈路上設(shè)置多個(gè)ZigBee路由節(jié)點(diǎn)，ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)將采集到的距離較遠(yuǎn)的耗能表的能耗數(shù)據(jù)發(fā)送到一個(gè)ZigBee路由節(jié)點(diǎn)上，再由這個(gè)ZigBee路由節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)ZigBee路由節(jié)點(diǎn)，直至將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到ZigBee協(xié)調(diào)器。
[0019]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述ZigBee終端節(jié)包括JTAG調(diào)試下載接口、液晶屏、LED指示燈、按鍵及USB接口 ；所述射頻板包括CC2530微處理器、天線接口、晶振以及I/O擴(kuò)展接口 ；所述JTAG調(diào)試下載接口、液晶屏、LED指示燈、按鍵、USB接口、天線接口、晶振以及I/O擴(kuò)展接口均與CC2530微處理器連接。
[0020]本發(fā)明還提供了一種基于ZigBee無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)的企業(yè)能源管理信息采集方法，包括下述步驟:
[°021 ] S1、構(gòu)建Z-Stack協(xié)議桟軟件架構(gòu)，Z-Stack協(xié)議桟以任務(wù)事件輪循的方式進(jìn)行，當(dāng)各層初始化結(jié)束后，系統(tǒng)進(jìn)入低功耗模式，當(dāng)有事件發(fā)生時(shí)，進(jìn)入中斷處理事件，處理完畢后系統(tǒng)繼續(xù)進(jìn)入低功耗模式，如果有幾個(gè)事件同時(shí)發(fā)生，則進(jìn)行事件優(yōu)先級(jí)的判斷，先處理優(yōu)先級(jí)高的事件，逐次按優(yōu)先級(jí)來(lái)處理事件；
[0022]S2、Z_Stack協(xié)議棧初始化結(jié)束后，向ZigBee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送加入當(dāng)前ZigBee網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)，加入到當(dāng)前ZigBee網(wǎng)絡(luò)作為ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)，ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)的串口通過(guò)RS-485轉(zhuǎn)TTL模塊將請(qǐng)求的采集指令轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的耗能表，耗能表收到采集指令后，向ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)的串口發(fā)送相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)幀，ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)的串口收到數(shù)據(jù)幀后對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行提取和處理，把耗能數(shù)據(jù)提取出來(lái)并轉(zhuǎn)換為ASCII字符格式，在通過(guò)顯示屏顯示當(dāng)時(shí)的能耗情況；
[0023]S3、建立ZigBee網(wǎng)絡(luò)，ZigBee網(wǎng)絡(luò)的建立，是由ZigBee協(xié)調(diào)器開(kāi)始的，在ZigBee網(wǎng)絡(luò)的建立過(guò)程中，ZigBee協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的啟動(dòng)和建立，然后ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)、ZigBee路由節(jié)點(diǎn)才能加入到該ZigBee網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中；在一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)中只允許有一個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)器，作為ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)、ZigBee路由節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)匯集接收節(jié)點(diǎn)，ZigBee網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)最后匯集到ZigBee協(xié)調(diào)器上，將ZigBee協(xié)調(diào)器由USB轉(zhuǎn)串口連接到服務(wù)器上，觀察ZigBee協(xié)調(diào)器接收到的數(shù)據(jù)情況。
[0024]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述步驟SI具體為:
[0025]SI 1、對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化；
[0026]S12、進(jìn)入OSAL任務(wù)主循環(huán)，并判斷是否有事件發(fā)生，如果是，則進(jìn)入步驟S13，如果否，則繼續(xù)OSAL任務(wù)主循環(huán)；
[0027]S13、比較任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，對(duì)于優(yōu)先級(jí)高的任務(wù)，則進(jìn)入步驟S14，對(duì)于優(yōu)先級(jí)低的任務(wù)，則繼續(xù)與其他任務(wù)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)的比較；
[0028]S14、判斷任務(wù)是否完畢，如果是，則結(jié)束整個(gè)流程，如果否，則返回步驟S12。
[0029]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟S2具體為:
[0030]S21、首先對(duì)Z-Stack協(xié)議棧進(jìn)行初始化，即完成系統(tǒng)初始化；
[0031]S22、Z_Stack協(xié)議棧初始化結(jié)束后，向ZigBee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送加入當(dāng)前ZigBee網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)，加入到當(dāng)前ZigBee網(wǎng)絡(luò)作為ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)，加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)后接下來(lái)進(jìn)行設(shè)置串口通信的波特率，在軟件編程中，串口通信的波特率設(shè)置為9600bps;
[0032]S23、波特率變更完成后，就可對(duì)耗能表數(shù)據(jù)進(jìn)行采集了；CC2530微處理器周期性定時(shí)進(jìn)行采集數(shù)據(jù)，在軟件編程中對(duì)CC2530微處理器進(jìn)行定時(shí)，當(dāng)定時(shí)結(jié)束時(shí)，ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)的串口通過(guò)RS-485轉(zhuǎn)TTL模塊將請(qǐng)求的采集指令轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的耗能表；
[0033]S24、耗能表收到采集指令后，向ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)的串口發(fā)送相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)幀，ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)的串口收到數(shù)據(jù)幀后對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行提取和處理，把耗能數(shù)據(jù)提取出來(lái)并轉(zhuǎn)換為ASCII字符格式，再通過(guò)LCD液晶屏顯示當(dāng)時(shí)的能耗情況；
[0034]S25、ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)再將該能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行打包發(fā)送給一個(gè)指定16位短地址的路由節(jié)點(diǎn)或者ZigBee協(xié)調(diào)器，ZigBee協(xié)調(diào)器收到能耗數(shù)據(jù)后通過(guò)USB-232數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)傳到服務(wù)器上。
[0035]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟S3中，還包括下述步驟:
[0036]S31、開(kāi)始建立ZigBee網(wǎng)絡(luò)時(shí)，ZigBee協(xié)調(diào)器先進(jìn)行掃描通信信道，檢測(cè)出一個(gè)可用的通信信道后就在該信道上建立網(wǎng)絡(luò)；只有當(dāng)ZigBee網(wǎng)絡(luò)組建成功后才允許ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)、ZigBee路由節(jié)點(diǎn)加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)，如果網(wǎng)絡(luò)組建失敗，ZigBee協(xié)調(diào)器就會(huì)重新初始化狀態(tài)再進(jìn)行掃描信道直到ZigBee網(wǎng)絡(luò)組建成功；
[0037]S32、ZigBee協(xié)調(diào)器掃描出一個(gè)可用信道后，ZigBee協(xié)調(diào)器接下來(lái)確定ZigBee網(wǎng)絡(luò)的 ID 號(hào) PAN_ID，這個(gè) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的 ID 號(hào) PAN_ID 由參數(shù) ZDAPP_CONGIG_PAN_ID 來(lái)確定，ZigBee網(wǎng)絡(luò)的ID號(hào)PAN_ID小于等于0x3FFF;
[0038]S33、確定好ZigBee網(wǎng)絡(luò)的ID號(hào)PAN_ID后，ZigBee協(xié)調(diào)器在這個(gè)指定的ZigBee網(wǎng)絡(luò)ID號(hào)PAN_ID上試圖建立網(wǎng)絡(luò)，ZigBee網(wǎng)絡(luò)的建立是通過(guò)軟件中的應(yīng)用層函數(shù)ZD0_startDevice()建立起來(lái)的；
[0039]S34、當(dāng)網(wǎng)絡(luò)層確定了ZigBee網(wǎng)絡(luò)的ID號(hào)PAN ID時(shí)，ZigBee網(wǎng)絡(luò)通過(guò)軟件中的DstAddr.addr.shortAddr = OxFFFF語(yǔ)句使ZigBee協(xié)調(diào)器獲得一個(gè)指定的16位短地址OxFFFF，然后ZigBee協(xié)調(diào)器在信道中搜索ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)、ZigBee路由節(jié)點(diǎn)，當(dāng)ZigBee網(wǎng)絡(luò)中存在有ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)、ZigBee路由節(jié)點(diǎn)向ZigBee協(xié)調(diào)器發(fā)送加入網(wǎng)絡(luò)的請(qǐng)求時(shí)，ZigBee協(xié)調(diào)器向這些ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)、ZigBee路由節(jié)點(diǎn)回復(fù)確認(rèn)加入該網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)答，然后進(jìn)行組網(wǎng)把這些ZigBee節(jié)點(diǎn)加入到該ZigBee網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，這時(shí)整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)就建立起來(lái)了，形成了由ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)到ZigBee路由節(jié)點(diǎn)再到ZigBee協(xié)調(diào)器鏈路的ZigBee無(wú)線組網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)。
[0040]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0041]1、本發(fā)明通過(guò)ZigBee無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)實(shí)時(shí)采集耗能表的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控耗能表的運(yùn)行狀況，在能表采集節(jié)點(diǎn)較多且分布較為密集的條件下具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，這是因?yàn)閆igBee無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)是使用的是2.4G頻段的免費(fèi)通信方式。當(dāng)通信距離較遠(yuǎn)時(shí)，這時(shí)可采用增加發(fā)射功率模塊或者采用ZigBee路由節(jié)點(diǎn)。增加發(fā)射功率模塊增大發(fā)射功率以及增加ZigBee路由節(jié)點(diǎn)作為中繼將數(shù)據(jù)繼續(xù)發(fā)送這兩種方式傳輸可以大大提高ZigBee的通信距離，使兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的通信距離可達(dá)幾百米甚至上千米，從而延長(zhǎng)通信距離。
[0042]2、本發(fā)明中，在耗能表采集節(jié)點(diǎn)較為密集時(shí)，各采集節(jié)點(diǎn)可共用一個(gè)ZigBee路由節(jié)點(diǎn)，這時(shí)可使ZigBee路由節(jié)點(diǎn)的數(shù)量大大減少，從而大大減少其開(kāi)發(fā)成本。在ZigBee無(wú)線組網(wǎng)下，ZigBee終端節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)采集耗能表的數(shù)據(jù)后發(fā)送到ZigBee路由節(jié)點(diǎn)，ZigBee路由節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)后作為中繼轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)ZigBee路由節(jié)點(diǎn)，一次次轉(zhuǎn)發(fā)下去，直到將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到ZigBee協(xié)調(diào)器，ZigBee協(xié)調(diào)器作為數(shù)據(jù)的匯集節(jié)點(diǎn)，ZigBee協(xié)調(diào)器收到各個(gè)ZigBee路由節(jié)點(diǎn)發(fā)過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)后匯集起來(lái)通過(guò)USB轉(zhuǎn)串口線與服務(wù)器相連將數(shù)據(jù)導(dǎo)入服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)里。服務(wù)器能源管理軟件把這些能耗數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示和統(tǒng)計(jì)，方便企業(yè)能源管理部門(mén)實(shí)時(shí)查看耗能情況，企業(yè)能源管理部門(mén)可以對(duì)這些能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和打印查看詳細(xì)能耗情況，分析耗能異常的原因并提出節(jié)能減排方案，為節(jié)能減排和企業(yè)的能源管理提供了可靠的依據(jù)。
【附圖說(shuō)明】
[0043]圖1是本發(fā)明基于ZigBee無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)的企業(yè)能源管理信息采集系統(tǒng)的框架示意圖；
[0044]圖2是本發(fā)明CC2530微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；
[0045]圖3是本發(fā)明ZigBee終端節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046]圖4是本發(fā)明射頻板CC2530微處理器典型電路原理圖；
[0047]圖5是本發(fā)明Z-Stack協(xié)議棧軟件架構(gòu)圖；
[0048]圖6是本發(fā)明Z-Stack協(xié)議棧工作流程圖；
[0049]圖7是本發(fā)明ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)的程序流程圖；
[0050]圖8是本發(fā)明ZigBee協(xié)調(diào)器自組網(wǎng)程序的流程圖；[0051 ]圖9是本發(fā)明ZigBee路由節(jié)點(diǎn)程序流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0052]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0053]實(shí)施例
[0054]當(dāng)今能源的供應(yīng)越來(lái)越緊張，企業(yè)能源消耗問(wèn)題越來(lái)越突出，而且企業(yè)在能源消耗方面占據(jù)著重要的位置，目前國(guó)家大力推行節(jié)能減排的政策，鼓勵(lì)企業(yè)進(jìn)行能源管理，但目前大部分企業(yè)還沒(méi)實(shí)現(xiàn)能源管理系統(tǒng)的搭建，對(duì)能源信息的采集還是以人工讀取的方式采集，因此研究和設(shè)計(jì)一套自動(dòng)化采集的企業(yè)能源管理信息采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在企業(yè)中實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地采集能耗數(shù)據(jù)具有非常重大的意義。
[0055]企業(yè)能源消耗問(wèn)題主要是由于企業(yè)自身沒(méi)有及時(shí)監(jiān)控能源的使用情況從而導(dǎo)致能源的不合理利用。企業(yè)要實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和提高能源利用率，首先要從基礎(chǔ)的能耗數(shù)據(jù)采集工作開(kāi)始，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地獲取各項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)。但由于目前很多企業(yè)自身沒(méi)有搭建和開(kāi)發(fā)能源管理信息采集系統(tǒng)，使得企業(yè)能源利用率低下給企業(yè)帶來(lái)了巨大的損失。針對(duì)企業(yè)能源管理信息采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是為了提高企業(yè)的能源利用率，減少能源消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。
[0056]企業(yè)能源管理信息采集系統(tǒng)是采用無(wú)線通信技術(shù)、電子控制技術(shù)相結(jié)合，自動(dòng)周期性地采集各時(shí)段企業(yè)的能耗數(shù)據(jù)，并通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)發(fā)送到服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)里，利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上的能源管理軟件進(jìn)行管理和分析。企業(yè)能源管理信息采集系統(tǒng)極大地方便了企業(yè)的能源管理工作，為實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和企業(yè)的能源管理提供了數(shù)據(jù)支持。
[0057]目前很多企業(yè)對(duì)能耗數(shù)據(jù)的采集是以傳統(tǒng)原始的人工讀取的方式進(jìn)行采集，這樣采集數(shù)據(jù)的方式往往帶有人為隨意性、誤差大、實(shí)時(shí)性差、工作量大、容易在統(tǒng)計(jì)中出錯(cuò)等問(wèn)題，難以對(duì)能源消耗情況進(jìn)行科學(xué)的分析。隨著企業(yè)的發(fā)展，采用企業(yè)能源管理信息采集系統(tǒng)，不僅給企業(yè)管理人員在能源管理方面帶來(lái)了方便，而且改變能源管理效率低下，實(shí)時(shí)性不強(qiáng)的狀況。企業(yè)能源管理信息采集系統(tǒng)由各個(gè)耗能表(電能表、水表、氣表)、能耗數(shù)據(jù)采集模塊、無(wú)線通信模塊和服務(wù)器構(gòu)成。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的能耗數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集后，獲得大量的能耗數(shù)據(jù)，通過(guò)服務(wù)器上的能源管理軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分析出能耗異常和能源利用率低下的原因，并結(jié)合專家意見(jiàn)和企業(yè)的實(shí)際情況提出節(jié)能降耗決策，為企業(yè)節(jié)省在能源消耗方面的費(fèi)用，提高企業(yè)能源管理水平，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的節(jié)能減排。
[0058]ZigBee無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)作為一種新興的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具有低功耗、低成本、網(wǎng)絡(luò)容量大、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，適合用于能耗表節(jié)點(diǎn)多且分布較為密集的企業(yè)環(huán)境，為企業(yè)能源管理信息采集系統(tǒng)提供很好的解決方案。將ZigBee無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到企業(yè)能源管理信息采集系統(tǒng)中，能全面提高企業(yè)能源管理數(shù)字化、信息化、自動(dòng)化水平。
[0059]如圖1所示，本實(shí)施例基于ZigBee無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)的企業(yè)能源管理信息采集系統(tǒng)，包括耗能表、多個(gè)用于RS485轉(zhuǎn)TTL模塊、多個(gè)ZigBee終端節(jié)點(diǎn)、多個(gè)ZigBee路由節(jié)點(diǎn)、用于網(wǎng)絡(luò)的建議及管理的ZigBee協(xié)調(diào)器以及服務(wù)器;每個(gè)耗能表連接一個(gè)RS485轉(zhuǎn)TTL模塊，每個(gè)RS485轉(zhuǎn)TTL模塊連接一個(gè)ZigBee終端節(jié)點(diǎn)，一個(gè)RS485轉(zhuǎn)TTL模塊和一個(gè)ZigBee終端節(jié)點(diǎn)共同構(gòu)成ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)，所述ZigBee終端節(jié)點(diǎn)與ZigBee路由節(jié)點(diǎn)連接，所有的ZigBee路由節(jié)點(diǎn)連接到Z i gBe e協(xié)調(diào)器;在Z i gBe e協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)建立好網(wǎng)絡(luò)后，Z i gBe e終端采集節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)能耗數(shù)據(jù)的采集和轉(zhuǎn)換，然后通過(guò)射頻天線傳送給ZigBee路由節(jié)點(diǎn)，再由ZigBee路由節(jié)點(diǎn)傳送給ZigBee協(xié)調(diào)器，ZigBee協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)后通過(guò)USB轉(zhuǎn)串口傳輸?shù)椒?wù)器。在企業(yè)能源管理信息采集系統(tǒng)中采用樹(shù)型網(wǎng)絡(luò)，可以滿足實(shí)際的需求。
[0060]每個(gè)ZigBee終端節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)耗能表的數(shù)據(jù)采集，ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的建立和管理，在ZigBee協(xié)調(diào)器建立好網(wǎng)絡(luò)后，終端節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)能耗數(shù)據(jù)的采集和轉(zhuǎn)換，然后通過(guò)射頻天線傳送給路由節(jié)點(diǎn)，再由路由節(jié)點(diǎn)傳送給ZigBee協(xié)調(diào)器，ZigBee協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)后通過(guò)USB轉(zhuǎn)串口傳輸?shù)椒?wù)器，各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)周期性的采集能耗數(shù)據(jù)。
[0061 ] 由于ZigBee協(xié)議采用64bit IEEE地址和16bit短地址空間，網(wǎng)絡(luò)最多能支持65536個(gè)邏輯設(shè)備。如果耗能表與服務(wù)器距離較遠(yuǎn)時(shí)，可以設(shè)置ZigBee路由節(jié)點(diǎn)，將ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)將采集到的耗能數(shù)據(jù)發(fā)送到一個(gè)ZigBee路由節(jié)點(diǎn)上，再由這個(gè)ZigBee路由節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)ZigBee路由節(jié)點(diǎn)或者ZigBee協(xié)調(diào)器。
[0062]對(duì)于RS485轉(zhuǎn)TTL模塊，由于耗能表的RS485接口采用差分信號(hào)負(fù)邏輯，當(dāng)電平在+2V和+6V之間表示邏輯“I”，當(dāng)電平在-6V和-2V之間表示邏輯“O”，而采集器中的微處理器通信接口是TTL電平，TTL電平用+5V表示邏輯“I”，0V表示邏輯“O”，兩者電平不一樣，因此在數(shù)據(jù)通信過(guò)程中，需要將這兩種電平進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，才能使這兩種電平互相匹配，達(dá)到通信的目的。在企業(yè)能源管理信息采集系統(tǒng)中，RS485轉(zhuǎn)TTL模塊采用的是MAX485轉(zhuǎn)換芯片，將耗能表的RS485電平與微處理器的TTL電平相互轉(zhuǎn)換。
[0063]對(duì)于ZigBee路由節(jié)點(diǎn)，ZigBee路由節(jié)點(diǎn)是為了擴(kuò)展ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的通信距離，如果耗能表與服務(wù)器距離較遠(yuǎn)時(shí)，可以設(shè)置路由節(jié)點(diǎn)，將ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)將采集到的耗能表數(shù)據(jù)發(fā)送到一個(gè)ZigBee路由節(jié)點(diǎn)上，再由這個(gè)ZigBee路由節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)ZigBee路由節(jié)點(diǎn)或者ZigBee協(xié)調(diào)器。ZigBee網(wǎng)絡(luò)為數(shù)據(jù)的傳輸尋找一條合適的路由傳輸路徑，通過(guò)“多點(diǎn)跳”的方式將該數(shù)據(jù)傳送到ZigBee協(xié)調(diào)器，大大拓展了通信距離。
[0064]在企業(yè)能源管理信息采集系統(tǒng)中的耗能表與CC2530微處理器數(shù)據(jù)通信時(shí)需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)RS485電平與TTL電平的相互轉(zhuǎn)換，因此在耗能表和ZigBee終端節(jié)點(diǎn)之間采用RS485轉(zhuǎn)TTL模塊，實(shí)現(xiàn)耗能表的RS485電平與CC2530微處理器的TTL電平的相互轉(zhuǎn)換。
[0065]本實(shí)施例在耗能表采集節(jié)點(diǎn)較多且分布較為密集的條件下具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，這是因?yàn)閆igBee無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)是使用的是2.4G頻段的免費(fèi)通信方式。當(dāng)通信距離較遠(yuǎn)時(shí)，這時(shí)可采用增加發(fā)射功率模塊或者采用ZigBee路由節(jié)點(diǎn)。增加發(fā)射功率模塊增大發(fā)射功率以及增加ZigBee路由節(jié)點(diǎn)作為中繼將數(shù)據(jù)繼續(xù)發(fā)送這兩種方式傳輸可以大大提高ZigBee的通信距離，使兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的通信距離可達(dá)幾百米甚至上千米，從而延長(zhǎng)通信距離。在耗能表采集節(jié)點(diǎn)較為密集時(shí)，各采集節(jié)點(diǎn)可共用一個(gè)ZigBee路由節(jié)點(diǎn)，這時(shí)可使ZigBee路由節(jié)點(diǎn)的數(shù)量大大減少，從而大大減少其開(kāi)發(fā)成本。在ZigBee無(wú)線組網(wǎng)下，ZigBee終端節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)采集耗能表的數(shù)據(jù)后發(fā)送到ZigBee路由節(jié)點(diǎn)，ZigBee路由節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)后作為中繼轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)ZigBee路由節(jié)點(diǎn)，一次次轉(zhuǎn)發(fā)下去，直到將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到ZigBee協(xié)調(diào)器，ZigBee協(xié)調(diào)器作為數(shù)據(jù)的匯集節(jié)點(diǎn)，ZigBee協(xié)調(diào)器收到各個(gè)ZigBee路由節(jié)點(diǎn)發(fā)過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)后匯集起來(lái)通過(guò)USB轉(zhuǎn)串口線與服務(wù)器相連將數(shù)據(jù)導(dǎo)入服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)里。
[0066]本實(shí)施例中，ZigBee終端節(jié)點(diǎn)主要采用符合ZigBee工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的CC2530微處理器，CC2530微處理器能實(shí)現(xiàn)來(lái)自耗能表數(shù)據(jù)的采集提取、將實(shí)時(shí)能耗信息顯示到液晶屏上、數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸以及網(wǎng)路組網(wǎng)、向耗能表發(fā)送命令，因此CC2530微處理器具有控制、處理數(shù)據(jù)以及發(fā)送數(shù)據(jù)組建網(wǎng)路的功能。
[0067]采集器通過(guò)CC2530微處理器首先發(fā)出與耗能表波特率同步的信息幀，采集器與耗能表波特率同步后，采集器通過(guò)CC2530微處理器發(fā)出耗能表數(shù)據(jù)采集請(qǐng)求信息幀，耗能表收到CC2530微處理器的數(shù)據(jù)請(qǐng)求信息幀后通過(guò)RS485接口發(fā)出此時(shí)二進(jìn)制耗能數(shù)據(jù)信息幀，進(jìn)行TTL電平轉(zhuǎn)換后傳輸給CC2530微處理器，CC2530微處理器收到二進(jìn)制能耗信息幀后進(jìn)行數(shù)據(jù)提取，把二進(jìn)制能耗信息部分轉(zhuǎn)換為ASCII字符格式，顯示在液晶屏上，并將能耗信息通過(guò)無(wú)線發(fā)射到路由節(jié)點(diǎn)上，路由節(jié)點(diǎn)收到之后轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)路由節(jié)點(diǎn)或者ZigBee協(xié)調(diào)器，ZigBee協(xié)調(diào)器收到數(shù)據(jù)后通過(guò)USB轉(zhuǎn)串口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器上，服務(wù)器將數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)并顯示到能源管理系統(tǒng)軟件界面上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集。
[0068]如圖2所示，CC2530微處理器是應(yīng)用于2.4GHz IEEE 802.15.4和ZigBee—個(gè)真正的系統(tǒng)級(jí)微處理器(SoC)解決方案。其內(nèi)部集成了高性能射頻收發(fā)器、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)增強(qiáng)型8051MCU內(nèi)核、256KB FlashROM和8KB RAM。
[0069]如圖3所示，所述ZigBee終端節(jié)包括JTAG調(diào)試下載接口、液晶屏、LED指示燈、按鍵及USB接口 ；所述射頻板包括CC2530微處理器、天線接口、晶振以及I/O擴(kuò)展接口 ；所述JTAG調(diào)試下載接口、液晶屏、LED指示燈、按鍵、USB接口、天線接口、晶振以及I /0擴(kuò)展接口均與CC2530微處理器連接。CC2530微處理器內(nèi)部集成了 RAM和Flash以及射頻模塊，故其只需外接幾個(gè)電容、電阻構(gòu)成的濾波電路和必需的電源、振蕩器就可組建ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。射頻板CC2530微處理器典型電路如圖4所示。
[0070]本實(shí)施例基于ZigBee組網(wǎng)技術(shù)企業(yè)能源管理信息采集系統(tǒng)建立ZigBee軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)米用的是IAR Embedded Workbench(簡(jiǎn)稱IAR) JAR Embedded Workbench(簡(jiǎn)稱IAR)是專業(yè)的嵌入式開(kāi)發(fā)應(yīng)用工具，可用于對(duì)匯編、C或C++編寫(xiě)的應(yīng)用程序進(jìn)行編譯和調(diào)試。IAR集成開(kāi)發(fā)環(huán)境包含了 C或C++編譯器、匯編器、鏈接器、文件管理器、文本編輯器、工程管理器和C-SPY調(diào)試器。在軟件編譯平臺(tái)IAR Embedded Workbench并結(jié)合硬件進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，軟件部分包括ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的編程、數(shù)據(jù)處理及控制的編程、液晶顯示的編程。
[0071]本實(shí)施例基于ZigBee無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)的企業(yè)能源管理信息采集方法，包括下述步驟:
[0072]S1、構(gòu)建Z-Stack協(xié)議桟軟件架構(gòu)，Z-Stack協(xié)議桟以任務(wù)事件輪循的方式進(jìn)行，當(dāng)各層初始化結(jié)束后，系統(tǒng)進(jìn)入低功耗模式，當(dāng)有事件發(fā)生時(shí)，進(jìn)入中斷處理事件，處理完畢后系統(tǒng)繼續(xù)進(jìn)入低功耗模式，如果有幾個(gè)事件同時(shí)發(fā)生，則進(jìn)行事件優(yōu)先級(jí)的判斷，先處理優(yōu)先級(jí)高的事件，逐次按優(yōu)先級(jí)來(lái)處理事件；
[0073]S2、Z_Stack協(xié)議棧初始化結(jié)束后，向ZigBee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送加入當(dāng)前ZigBee網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)，加入到當(dāng)前ZigBee網(wǎng)絡(luò)作為ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)，ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)的串口通過(guò)RS-485 轉(zhuǎn) TTL 模塊將請(qǐng)求的采集指令轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的耗能表 ，耗能表收到采集指令后 ，向 ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)的串口發(fā)送相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)幀，ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)的串口收到數(shù)據(jù)幀后對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行提取和處理，把耗能數(shù)據(jù)提取出來(lái)并轉(zhuǎn)換為ASCII字符格式，在通過(guò)顯示屏顯示當(dāng)時(shí)的能耗情況；
[0074]S3、建立ZigBee網(wǎng)絡(luò)，ZigBee網(wǎng)絡(luò)的建立，是由ZigBee協(xié)調(diào)器開(kāi)始的，在ZigBee網(wǎng)絡(luò)的建立過(guò)程中，ZigBee協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的啟動(dòng)和建立，然后ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)、ZigBee路由節(jié)點(diǎn)才能加入到該ZigBee網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中；在一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)中只允許有一個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)器，作為ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)、ZigBee路由節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)匯集接收節(jié)點(diǎn)，ZigBee網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)最后匯集到ZigBee協(xié)調(diào)器上，將ZigBee協(xié)調(diào)器由USB轉(zhuǎn)串口連接到服務(wù)器上，觀察ZigBee協(xié)調(diào)器接收到的數(shù)據(jù)情況。
[0075]Z-Stack協(xié)議棧是TI公司為ZigBee提供的一個(gè)解決方案，可用IAR EmbeddedWorkbench 8.01 for MCS-51集成開(kāi)發(fā)環(huán)境在Z-Stack上開(kāi)發(fā)基于CC2530的ZigBee應(yīng)用。TI的Z-Stack是基于一個(gè)輪轉(zhuǎn)查詢式的操作系統(tǒng)形式存在的，Z-Stack的主函數(shù)在ZMain.c中，主要完成系統(tǒng)初始化。當(dāng)打開(kāi)IAR工程文件時(shí)，可以看到在Workspace中整個(gè)協(xié)議棧的架構(gòu)。Z-Stack根據(jù)IEEE 802.15.4和ZigBee標(biāo)準(zhǔn)分為以下幾層:API，HAL，MAC，NWK，OSAL，Security，Service，ZDO，如圖 5 所不。
[0076]如圖6所示，所述步驟SI具體為:
[0077]SI 1、對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化；
[0078]S12、進(jìn)入OSAL任務(wù)主循環(huán)，并判斷是否有事件發(fā)生，如果是，則進(jìn)入步驟S13，如果否，則繼續(xù)OSAL任務(wù)主循環(huán)；
[0079]S13、比較任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，對(duì)于優(yōu)先級(jí)高的任務(wù)，則進(jìn)入步驟S14，對(duì)于優(yōu)先級(jí)低的任務(wù)，則繼續(xù)與其他任務(wù)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)的比較；
[0080]S14、判斷任務(wù)是否完畢，如果是，則結(jié)束整個(gè)流程，如果否，則返回步驟S12。
[0081]如圖7所示，步驟S2具體為:
[0082]S21、首先對(duì)Z-Stack協(xié)議棧進(jìn)行初始化，即完成系統(tǒng)初始化；
[0083]S22、Z_Stack協(xié)議棧初始化結(jié)束后，向ZigBee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送加入當(dāng)前ZigBee網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)，加入到當(dāng)前ZigBee網(wǎng)絡(luò)作為ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)，加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)后接下來(lái)進(jìn)行設(shè)置串口通信的波特率，在軟件編程中，串口通信的波特率設(shè)置為9600bps;
[0084]S23、波特率變更完成后，就可對(duì)耗能表數(shù)據(jù)進(jìn)行采集了；CC2530微處理器周期性定時(shí)進(jìn)行采集數(shù)據(jù)，在軟件編程中對(duì)CC2530微處理器進(jìn)行定時(shí)，當(dāng)定時(shí)結(jié)束時(shí)，ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)的串口通過(guò)RS-485轉(zhuǎn)TTL模塊將請(qǐng)求的采集指令轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的耗能表；
[0085]S24、耗能表收到采集指令后，向ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)的串口發(fā)送相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)幀，ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)的串口收到數(shù)據(jù)幀后對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行提取和處理，把耗能數(shù)據(jù)提取出來(lái)并轉(zhuǎn)換為ASCII字符格式，再通過(guò)LCD液晶屏顯示當(dāng)時(shí)的能耗情況；
[0086]S25、ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)再將該能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行打包發(fā)送給一個(gè)指定16位短地址的路由節(jié)點(diǎn)或者ZigBee協(xié)調(diào)器，ZigBee協(xié)調(diào)器收到能耗數(shù)據(jù)后通過(guò)USB-232數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)傳到服務(wù)器上。
[0087]如圖8、圖9所示，步驟S3中，還包括下述步驟:
[0088]S31、開(kāi)始建立ZigBee網(wǎng)絡(luò)時(shí)，ZigBee協(xié)調(diào)器先進(jìn)行掃描通信信道，檢測(cè)出一個(gè)可用的通信信道后就在該信道上建立網(wǎng)絡(luò)；只有當(dāng)ZigBee網(wǎng)絡(luò)組建成功后才允許ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)、ZigBee路由節(jié)點(diǎn)加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)，如果網(wǎng)絡(luò)組建失敗，ZigBee協(xié)調(diào)器就會(huì)重新初始化狀態(tài)再進(jìn)行掃描信道直到ZigBee網(wǎng)絡(luò)組建成功；
[0089]S32、ZigBee協(xié)調(diào)器掃描出一個(gè)可用信道后，ZigBee協(xié)調(diào)器接下來(lái)確定ZigBee網(wǎng)絡(luò)的 ID 號(hào) PAN_ID，這個(gè) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的 ID 號(hào) PAN_ID 由參數(shù) ZDAPP_CONGIG_PAN_ID 來(lái)確定，ZigBee網(wǎng)絡(luò)的ID號(hào)PAN_ID小于等于0x3FFF;
[0090]S33、確定好ZigBee網(wǎng)絡(luò)的ID號(hào)PAN_ID后，ZigBee協(xié)調(diào)器在這個(gè)指定的ZigBee網(wǎng)絡(luò)ID號(hào)PAN_ID上試圖建立網(wǎng)絡(luò)，ZigBee網(wǎng)絡(luò)的建立是通過(guò)軟件中的應(yīng)用層函數(shù)ZD0_startDevice()建立起來(lái)的；
[0091]S34、當(dāng)網(wǎng)絡(luò)層確定了ZigBee網(wǎng)絡(luò)的ID號(hào)PAN ID時(shí)，ZigBee網(wǎng)絡(luò)通過(guò)軟件中的DstAddr.addr.shortAddr = OxFFFF語(yǔ)句使ZigBee協(xié)調(diào)器獲得一個(gè)指定的16位短地址OxFFFF，然后ZigBee協(xié)調(diào)器在信道中搜索ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)、ZigBee路由節(jié)點(diǎn)，當(dāng)ZigBee網(wǎng)絡(luò)中存在有ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)、ZigBee路由節(jié)點(diǎn)向ZigBee協(xié)調(diào)器發(fā)送加入網(wǎng)絡(luò)的請(qǐng)求時(shí)，ZigBee協(xié)調(diào)器向這些ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)、ZigBee路由節(jié)點(diǎn)回復(fù)確認(rèn)加入該網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)答，然后進(jìn)行組網(wǎng)把這些ZigBee節(jié)點(diǎn)加入到該ZigBee網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，這時(shí)整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)就建立起來(lái)了，形成了由ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)到ZigBee路由節(jié)點(diǎn)再到ZigBee協(xié)調(diào)器鏈路的ZigBee無(wú)線組網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)。
[0092]采用上述的技術(shù)方案，在實(shí)驗(yàn)室里的系統(tǒng)搭建以電能表為例作為耗能表來(lái)搭建企業(yè)能源管理信息采集系統(tǒng)。水表和氣表跟電能表一樣都是具有RS485通信接口，水表和氣表的能耗數(shù)據(jù)采集方法跟電能表的能耗數(shù)據(jù)采集方法完全一樣，因此實(shí)驗(yàn)室的系統(tǒng)搭建以電能表為例來(lái)搭建企業(yè)能源管理信息采集系統(tǒng)。
[0093]系統(tǒng)主要由電能表、ZigBee無(wú)線通信模塊(包括ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)、ZigBee路由節(jié)點(diǎn)、ZigBee協(xié)調(diào)器)、RS485轉(zhuǎn)TTL模塊構(gòu)成，ZigBee無(wú)線通信模塊由電池供電。實(shí)驗(yàn)室里的系統(tǒng)搭建包括兩個(gè)電能表、兩個(gè)ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)、兩個(gè)ZigBee路由節(jié)點(diǎn)、一個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)器和一臺(tái)電腦。
[0094]程序燒錄到各個(gè)ZigBee無(wú)線通信模塊以及硬件電路搭建完成后，就可以進(jìn)行系統(tǒng)的整體調(diào)試了。ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)采集電能表的數(shù)據(jù)并將能耗數(shù)據(jù)發(fā)射到ZigBee網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送給ZigBee路由節(jié)點(diǎn)，ZigBee路由節(jié)點(diǎn)接收到ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)發(fā)送過(guò)來(lái)的能耗數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)發(fā)給ZigBee協(xié)調(diào)器，ZigBee協(xié)調(diào)器收到兩路能耗數(shù)據(jù)后匯集起來(lái)通過(guò)USB轉(zhuǎn)232線將數(shù)據(jù)傳送到電腦上。
[0095]例如，用燒水水壺插上插座煮水來(lái)消耗電能，燒水水壺所消耗的電能顯示在電能表上，耗能表把能耗數(shù)據(jù)傳輸給ZigBee采集節(jié)點(diǎn)再將該能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行打包轉(zhuǎn)發(fā)給一個(gè)指定16位短地址的ZigBee路由節(jié)點(diǎn)，ZigBee路由節(jié)點(diǎn)收到能耗數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給ZigBee協(xié)調(diào)器，由此實(shí)現(xiàn)ZigBee多點(diǎn)路由組網(wǎng)的傳輸方式。ZigBee協(xié)調(diào)器收到能耗數(shù)據(jù)后通過(guò)USB-232數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)傳到電腦上，由電腦串口調(diào)試助手觀察ZigBee協(xié)調(diào)器接收到能耗數(shù)據(jù)采集情況，通過(guò)系統(tǒng)的整體搭建和調(diào)試，可以看出系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集耗能表的能耗數(shù)據(jù)，ZigBee采集節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器的液晶屏能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行情況，通過(guò)串口調(diào)試助手可以觀察到ZigBee協(xié)調(diào)器正常接收來(lái)自兩個(gè)ZigBee數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)的能耗數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的功能基本實(shí)現(xiàn)。
[0096]上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于ZigBee無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)的企業(yè)能源管理信息采集系統(tǒng)，其特征在于，包括耗能表、多個(gè)用于將耗能表的RS485電平與微處理器的TTL電平相互轉(zhuǎn)換的RS485轉(zhuǎn)TTL模塊、多個(gè)用于能耗表數(shù)據(jù)采集的ZigBee終端節(jié)點(diǎn)、多個(gè)用于擴(kuò)展ZigBee網(wǎng)絡(luò)中通信距離的ZigBee路由節(jié)點(diǎn)、用于網(wǎng)絡(luò)的建議及管理的ZigBee協(xié)調(diào)器以及服務(wù)器;每個(gè)耗能表連接一個(gè)RS485轉(zhuǎn)TTL模塊，每個(gè)RS485轉(zhuǎn)TTL模塊連接一個(gè)ZigBee終端節(jié)點(diǎn)，一個(gè)RS485轉(zhuǎn)TTL模塊和一個(gè)ZigBee終端節(jié)點(diǎn)共同構(gòu)成ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)，所述ZigBee終端節(jié)點(diǎn)與ZigBee路由節(jié)點(diǎn)連接，所有的Z i gBe e路由節(jié)點(diǎn)連接到Z i gBe e協(xié)調(diào)器；在Z i gBee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)建立好網(wǎng)絡(luò)后，ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)能耗數(shù)據(jù)的采集和轉(zhuǎn)換，然后通過(guò)射頻天線傳送給ZigBee路由節(jié)點(diǎn)，再由ZigBee路由節(jié)點(diǎn)傳送給ZigBee協(xié)調(diào)器，ZigBee協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)后通過(guò)USB轉(zhuǎn)串口傳輸?shù)椒?wù)器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ZigBee無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)的企業(yè)能源管理信息采集系統(tǒng)，其特征在于，所述ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)周期性的采集能耗數(shù)據(jù)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ZigBee無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)的企業(yè)能源管理信息采集系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)的分布密集時(shí)，各ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)共用一個(gè)ZigBee路由節(jié)點(diǎn)，由ZigBee路由節(jié)點(diǎn)將各ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)匯總后發(fā)送給ZigBee協(xié)調(diào)器； 對(duì)于與服務(wù)器距離較遠(yuǎn)的耗能表，在每條數(shù)據(jù)采集鏈路上設(shè)置多個(gè)ZigBee路由節(jié)點(diǎn)，ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)將采集到的距離較遠(yuǎn)的耗能表的能耗數(shù)據(jù)發(fā)送到一個(gè)ZigBee路由節(jié)點(diǎn)上，再由這個(gè)ZigBee路由節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)ZigBee路由節(jié)點(diǎn)，直至將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到ZigBee協(xié)調(diào)器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ZigBee無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)的企業(yè)能源管理信息采集系統(tǒng)，其特征在于，所述ZigBee終端節(jié)包括JTAG調(diào)試下載接口、液晶屏、LED指示燈、按鍵及USB接口；所述射頻板包括CC2530微處理器、天線接口、晶振以及I/O擴(kuò)展接口 ；所述JTAG調(diào)試下載接口、液晶屏、LED指示燈、按鍵、USB接口、天線接口、晶振以及I/O擴(kuò)展接口均與CC2530微處理器連接。5.一種基于ZigBee無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)的企業(yè)能源管理信息采集方法，其特征在于，包括下述步驟: S1、構(gòu)建Z-Stack協(xié)議桟軟件架構(gòu)，Z-Stack協(xié)議桟以任務(wù)事件輪循的方式進(jìn)行，當(dāng)各層初始化結(jié)束后，系統(tǒng)進(jìn)入低功耗模式，當(dāng)有事件發(fā)生時(shí)，進(jìn)入中斷處理事件，處理完畢后系統(tǒng)繼續(xù)進(jìn)入低功耗模式，如果有幾個(gè)事件同時(shí)發(fā)生，則進(jìn)行事件優(yōu)先級(jí)的判斷，先處理優(yōu)先級(jí)高的事件，逐次按優(yōu)先級(jí)來(lái)處理事件； S2、Z_Stack協(xié)議棧初始化結(jié)束后，向ZigBee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送加入當(dāng)前ZigBee網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)，加入到當(dāng)前ZigBee網(wǎng)絡(luò)作為ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)，ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)的串口通過(guò)RS-485轉(zhuǎn)TTL模塊將請(qǐng)求的采集指令轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的耗能表，耗能表收到采集指令后，向ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)的串口發(fā)送相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)幀，ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)的串口收到數(shù)據(jù)幀后對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行提取和處理，把耗能數(shù)據(jù)提取出來(lái)并轉(zhuǎn)換為ASCII字符格式，在通過(guò)顯示屏顯示當(dāng)時(shí)的能耗情況； S3、建立ZigBee網(wǎng)絡(luò)，ZigBee網(wǎng)絡(luò)的建立，是由ZigBee協(xié)調(diào)器開(kāi)始的，在ZigBee網(wǎng)絡(luò)的建立過(guò)程中，ZigBee協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的啟動(dòng)和建立，然后ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)、ZigBee路由節(jié)點(diǎn)才能加入到該ZigBee網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中；在一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)中只允許有一個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)器，作為ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)、ZigBee路由節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)匯集接收節(jié)點(diǎn)，ZigBee網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)最后匯集到ZigBee協(xié)調(diào)器上，將ZigBee協(xié)調(diào)器由USB轉(zhuǎn)串口連接到服務(wù)器上，觀察ZigBee協(xié)調(diào)器接收到的數(shù)據(jù)情況。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述基于ZigBee無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)的企業(yè)能源管理信息采集方法，其特征在于，所述步驟SI具體為: S11、對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化； S12、進(jìn)入OSAL任務(wù)主循環(huán)，并判斷是否有事件發(fā)生，如果是，則進(jìn)入步驟S13，如果否，則繼續(xù)OSAL任務(wù)主循環(huán)； S13、比較任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，對(duì)于優(yōu)先級(jí)高的任務(wù)，則進(jìn)入步驟S14，對(duì)于優(yōu)先級(jí)低的任務(wù)，則繼續(xù)與其他任務(wù)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)的比較； S14、判斷任務(wù)是否完畢，如果是，則結(jié)束整個(gè)流程，如果否，則返回步驟S12。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于ZigBee無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)的企業(yè)能源管理信息采集方法，其特征在于，步驟S2具體為: S21、首先對(duì)Z-Stack協(xié)議棧進(jìn)行初始化，即完成系統(tǒng)初始化； S22、Z_Stack協(xié)議棧初始化結(jié)束后，向ZigBee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送加入當(dāng)前ZigBee網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)，加入到當(dāng)前ZigBee網(wǎng)絡(luò)作為ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)，加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)后接下來(lái)進(jìn)行設(shè)置串口通信的波特率，在軟件編程中，串口通信的波特率設(shè)置為9600bps; S23、波特率變更完成后，就可對(duì)耗能表數(shù)據(jù)進(jìn)行采集了；CC2530微處理器周期性定時(shí)進(jìn)行采集數(shù)據(jù)，在軟件編程中對(duì)CC2530微處理器進(jìn)行定時(shí)，當(dāng)定時(shí)結(jié)束時(shí)，ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)的串口通過(guò)RS-485轉(zhuǎn)TTL模塊將請(qǐng)求的采集指令轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的耗能表； S24、耗能表收到采集指令后，向ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)的串口發(fā)送相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)幀，ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)的串口收到數(shù)據(jù)幀后對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行提取和處理，把耗能數(shù)據(jù)提取出來(lái)并轉(zhuǎn)換為ASCII字符格式，再通過(guò)LCD液晶屏顯示當(dāng)時(shí)的能耗情況； S25、ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)再將該能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行打包發(fā)送給一個(gè)指定16位短地址的路由節(jié)點(diǎn)或者ZigBee協(xié)調(diào)器，ZigBee協(xié)調(diào)器收到能耗數(shù)據(jù)后通過(guò)USB-232數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)傳到服務(wù)器上。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于ZigBee無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)的企業(yè)能源管理信息采集方法，其特征在于，步驟S3中，還包括下述步驟: S31、開(kāi)始建立ZigBee網(wǎng)絡(luò)時(shí)，ZigBee協(xié)調(diào)器先進(jìn)行掃描通信信道，檢測(cè)出一個(gè)可用的通信信道后就在該信道上建立網(wǎng)絡(luò)；只有當(dāng)ZigBee網(wǎng)絡(luò)組建成功后才允許ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)、ZigBee路由節(jié)點(diǎn)加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)，如果網(wǎng)絡(luò)組建失敗，ZigBee協(xié)調(diào)器就會(huì)重新初始化狀態(tài)再進(jìn)行掃描信道直到ZigBee網(wǎng)絡(luò)組建成功； S32、ZigBee協(xié)調(diào)器掃描出一個(gè)可用信道后，ZigBee協(xié)調(diào)器接下來(lái)確定ZigBee網(wǎng)絡(luò)的ID號(hào) PAN_ID，這個(gè) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的 ID 號(hào) PAN_ID 由參數(shù) ZDAPP_CONGIG_PAN_ID 來(lái)確定，ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的ID號(hào)PAN_ID小于等于0x3FFF ； S33、確定好ZigBee網(wǎng)絡(luò)的ID號(hào)PAN_ID后，ZigBee協(xié)調(diào)器在這個(gè)指定的ZigBee網(wǎng)絡(luò)ID號(hào)PAN_ID上試圖建立網(wǎng)絡(luò)，ZigBee網(wǎng)絡(luò)的建立是通過(guò)軟件中的應(yīng)用層函數(shù)ZD0_start DeviceO建立起來(lái)的； S34、當(dāng)網(wǎng)絡(luò)層確定了 ZigBee網(wǎng)絡(luò)的ID號(hào)PAN ID時(shí)，ZigBee網(wǎng)絡(luò)通過(guò)軟件中的DstAddr.addr.shortAddr = OxFFFF語(yǔ)句使ZigBee協(xié)調(diào)器獲得一個(gè)指定的16位短地址OxFFFF，然后ZigBee協(xié)調(diào)器在信道中搜索ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)、ZigBee路由節(jié)點(diǎn)，當(dāng)ZigBee網(wǎng)絡(luò)中存在有ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)、ZigBee路由節(jié)點(diǎn)向ZigBee協(xié)調(diào)器發(fā)送加入網(wǎng)絡(luò)的請(qǐng)求時(shí)，ZigBee協(xié)調(diào)器向這些ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)、ZigBee路由節(jié)點(diǎn)回復(fù)確認(rèn)加入該網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)答，然后進(jìn)行組網(wǎng)把這些ZigBee節(jié)點(diǎn)加入到該ZigBee網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，這時(shí)整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)就建立起來(lái)了，形成了由ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)到ZigBee路由節(jié)點(diǎn)再到ZigBee協(xié)調(diào)器鏈路的ZigBee無(wú)線組網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)。
【文檔編號(hào)】G08C17/02GK105976134SQ201610396040
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年6月6日
【發(fā)明人】楊恢東, 陳加潤(rùn), 劉輝, 張翠媛
【申請(qǐng)人】暨南大學(xué)