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ZigBee无线模块在电能管理系统中的应用

2014/2/20 17:22:06   济南安科瑞电气有限公司  供稿
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谢昕东1 康小华2 苏峰3

(1.淄博建筑设计院 山东淄博 255000)

(2.江西省建筑设计研究总院天津分院 天津市 300457)

(3.上海安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801)

  摘 要:随着无线技术的速度发展,无线抄表系统得到了迅速的发展。作为短距离无线通信一员的ZigBee技术也得到迅速发展,基于ZigBee的无线网络电能管理系统也成为一个非常理想无线抄表系统。本文介绍了基于ZigBee无线通信模块的设计,包括软硬件设计。本文还介绍了模块在ZigBee无线电能管理系统中使用情况及整个系统运行情况。

  关键词:ZigBee,通信模块,无线技术,电能管理系统

  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

  随着全球范围内智能电网建设正逐步展开,用户端是智能电网重要组成部分,用户端的核心内容包括智能配电与能量管理、智能电器、用电安全、电力计量等多个方面。目前能量管理系统都会考虑采用多种通信技术混合组网的方式,以克服现有技术固有的一些不足,从而达到满足系统性能和投资回报的要求。目前工业以太网、电力线载波及无线短距离通信被认为是AMR自动抄表系统可用的解决方案。其中无线短距离通信是一个很好的本地通信网络的解决方案,工业以太网、GPRS及CDMA等远距离通信可以作为远程通信网络,以这样方式的混合组网被公认为一种很好的解决方案。随着一种新兴的短距离、低速率无线网络技术ZigBee技术的兴起,基于ZigBee技术的本地无线自动抄表系统成为了一个热点。本文主要介绍了一款基于ZigBee技术无线模块的设计及其在ZigBee无线自动抄表系统中的应用。

  2 ZigBee技术的特点

  ZigBee无线技术的特点是低耗电、低成本、低数据速率、短距离、通信可靠性高。它的网络拓扑主要支持3种自组织无线网络类型,即星型结构(Star)、网状结构(Mesh)和树型结构(Cluster Tree),特别是网状结构,具有很强的网络健壮性和系统可靠性。这使ZigBee技术在低耗电、低成本、低数据速率、可靠性强的无线抄表系统中发挥巨大的作用。

  3 ZigBee无线模块的设计

  本文设计的ZigBee无线模块采用导轨式安装的安装方式,可以方便地安装在35mm的标准导轨上,这使模块能灵活的安装在各类配电箱、配电柜中。其外观侧视图如图1所示。ZigBee无线模块的技术指标如表1所示。

  表1 ZigBee无线模块的技术指标

  ZigBee无线模块分为两类,其中ZigBee信号转RS485信号的模块称为ZigBee采集模块;而ZigBee信号转以太网信号的模块称为ZigBee网络终端,它是整个ZigBee网络的组网发起者,即ZigBee网络中的中心节点。

图1 ZigBee模块侧视图

  3.1 硬件设计

  ZigBee无线通信模块主要由开关电源部分、ZigBee无线传输部分及接口转换部分组成,其原理框图如图2所示。

 图2 ZigBee通信模块

  开关电源电路部分主要采用美国PI公司TOP221Y(TOPSwitch),使用反激式功率变换电路,把交流电源转换成我们需要的直流电源;无线传输部分主要采用MC13213芯片,它是freescale第二代ZigBee芯片,内部带有MCU芯片和无线收发器,它的原理图如图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,其原理图如图4所示;信号转换电路分RS485转换电路和以太网转换电路,其中以太网部分采用周立功的IPORT以太网模块。

  图3 MC13213原理图

  图4 SKY65336原理图

  3.2 软件设计

  如图5所示为ZigBee模块网络建立的流程图,整个ZigBee网络是由中心节点(即ZigBee网络终端模块)发起组建的,当网络建立成功后,此时在同一个网络频段上,并且拥有和ZigBee相同网络ID的ZigBee采集模块可以自动加入此ZigBee网络,并且每个ZigBee采集模块获得各自独立的网络地址。此时,整个ZigBee网络建立成功,可以准备数据的收发,ZigBee网络终端通过广播的方式传输数据。

  图5 ZigBee模块网络建立流程图

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