謝昕東1 康小華2 蘇峰3

(1.淄博建筑設(shè)計(jì)院 山東淄博 255000)

(2.江西省建筑設(shè)計(jì)研究總院天津分院 天津市 300457)

(3.上海安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801)

　　摘 要：隨著無線技術(shù)的速度發(fā)展，無線抄表系統(tǒng)得到了迅速的發(fā)展。作為短距離無線通信一員的ZigBee技術(shù)也得到迅速發(fā)展，基于ZigBee的無線網(wǎng)絡(luò)電能管理系統(tǒng)也成為一個(gè)非常理想無線抄表系統(tǒng)。本文介紹了基于ZigBee無線通信模塊的設(shè)計(jì)，包括軟硬件設(shè)計(jì)。本文還介紹了模塊在ZigBee無線電能管理系統(tǒng)中使用情況及整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行情況。

　　關(guān)鍵詞：ZigBee，通信模塊，無線技術(shù)，電能管理系統(tǒng)

　　Application of ZigBee Wireless Model in energy Management System

　　XIE xindong1 KANG xiaohua2 SU Feng3

　　(1.Zibo Institute of Architectural Design and Research, Zibo 255000,China;

　　2.Tianjin Branch,Jiangxi Province Architectural & Design General Institute,Tianjin300457,China;

　　3.Shanghai Acrel Co.,Shanghai201801,China)

　　Abstract: By the rapid development of the wireless technology, the wireless meter system development become fast. ZigBee ,as one of the small distance wireless technology, also develops quickly. This paper introduced the design of ZigBee wireless communication model, including the design of hardware and software. this paper also introduced the model’s application in ZigBee wireless energy management system and the work state of this energy management system.

　　Key Word: ZigBee; Communication Model, Wireless Technology; energy Management System

　　1 引言

　　隨著全球范圍內(nèi)智能電網(wǎng)建設(shè)正逐步展開，用戶端是智能電網(wǎng)重要組成部分，用戶端的核心內(nèi)容包括智能配電與能量管理、智能電器、用電安全、電力計(jì)量等多個(gè)方面。目前能量管理系統(tǒng)都會(huì)考慮采用多種通信技術(shù)混合組網(wǎng)的方式，以克服現(xiàn)有技術(shù)固有的一些不足，從而達(dá)到滿足系統(tǒng)性能和投資回報(bào)的要求。目前工業(yè)以太網(wǎng)、電力線載波及無線短距離通信被認(rèn)為是AMR自動(dòng)抄表系統(tǒng)可用的解決方案。其中無線短距離通信是一個(gè)很好的本地通信網(wǎng)絡(luò)的解決方案，工業(yè)以太網(wǎng)、GPRS及CDMA等遠(yuǎn)距離通信可以作為遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)，以這樣方式的混合組網(wǎng)被公認(rèn)為一種很好的解決方案。隨著一種新興的短距離、低速率無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)ZigBee技術(shù)的興起，基于ZigBee技術(shù)的本地?zé)o線自動(dòng)抄表系統(tǒng)成為了一個(gè)熱點(diǎn)。本文主要介紹了一款基于ZigBee技術(shù)無線模塊的設(shè)計(jì)及其在ZigBee無線自動(dòng)抄表系統(tǒng)中的應(yīng)用。

　　2 ZigBee技術(shù)的特點(diǎn)

　　ZigBee無線技術(shù)的特點(diǎn)是低耗電、低成本、低數(shù)據(jù)速率、短距離、通信可靠性高。它的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲饕�支�?種自組織無線網(wǎng)絡(luò)類型，即星型結(jié)構(gòu)(Star)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(Mesh)和樹型結(jié)構(gòu)(Cluster Tree)，特別是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)健壯性和系統(tǒng)可靠性。這使ZigBee技術(shù)在低耗電、低成本、低數(shù)據(jù)速率、可靠性強(qiáng)的無線抄表系統(tǒng)中發(fā)揮巨大的作用。

　　3 ZigBee無線模塊的設(shè)計(jì)

　　本文設(shè)計(jì)的ZigBee無線模塊采用導(dǎo)軌式安裝的安裝方式，可以方便地安裝在35mm的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌上，這使模塊能靈活的安裝在各類配電箱、配電柜中。其外觀側(cè)視圖如圖1所示。ZigBee無線模塊的技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

　　表1 ZigBee無線模塊的技術(shù)指標(biāo)

　　ZigBee無線模塊分為兩類，其中ZigBee信號(hào)轉(zhuǎn)RS485信號(hào)的模塊稱為ZigBee采集模塊;而ZigBee信號(hào)轉(zhuǎn)以太網(wǎng)信號(hào)的模塊稱為ZigBee網(wǎng)絡(luò)終端，它是整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)發(fā)起者，即ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的中心節(jié)點(diǎn)。

圖1 ZigBee模塊側(cè)視圖

　　3.1 硬件設(shè)計(jì)

　　ZigBee無線通信模塊主要由開關(guān)電源部分、ZigBee無線傳輸部分及接口轉(zhuǎn)換部分組成，其原理框圖如圖2所示。

 圖2 ZigBee通信模塊

　　開關(guān)電源電路部分主要采用美國PI公司TOP221Y(TOPSwitch)，使用反激式功率變換電路，把交流電源轉(zhuǎn)換成我們需要的直流電源;無線傳輸部分主要采用MC13213芯片，它是freescale第二代ZigBee芯片，內(nèi)部帶有MCU芯片和無線收發(fā)器，它的原理圖如圖3所示;功率放大器采用SKY65336，它最大可以支持20dbm的功率放大功能，其原理圖如圖4所示;信號(hào)轉(zhuǎn)換電路分RS485轉(zhuǎn)換電路和以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換電路，其中以太網(wǎng)部分采用周立功的IPORT以太網(wǎng)模塊。

 　圖3 MC13213原理圖

 　圖4 SKY65336原理圖

　　3.2 軟件設(shè)計(jì)

　　如圖5所示為ZigBee模塊網(wǎng)絡(luò)建立的流程圖，整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)是由中心節(jié)點(diǎn)(即ZigBee網(wǎng)絡(luò)終端模塊)發(fā)起組建的，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)建立成功后，此時(shí)在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)頻段上，并且擁有和ZigBee相同網(wǎng)絡(luò)ID的ZigBee采集模塊可以自動(dòng)加入此ZigBee網(wǎng)絡(luò)，并且每個(gè)ZigBee采集模塊獲得各自獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)地址。此時(shí)，整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)建立成功，可以準(zhǔn)備數(shù)據(jù)的收發(fā)，ZigBee網(wǎng)絡(luò)終端通過廣播的方式傳輸數(shù)據(jù)。

 　圖5 ZigBee模塊網(wǎng)絡(luò)建立流程圖