ZigBee无线三表抄表系统解决方案

上海逖偲高网络科技有限公司上海隆昌路619号城市概念二号楼C19电话：[phone]传真：[phone]网址：邮件：[e-mail]无线三表抄表系统解决方案1.应用背景水、电、气三表数据通常采用传统的手工和半手工方式抄送。存在费时、费力、费用高等问题。因此，实现三表数据的远程自动抄送，具有十分重要的现实意义。Zigbee技术是近年来兴起的一种无线网络通信技术标准。它是一种低功耗、低数据传输速率、低成本、数据可靠性高的双向无线通信技术，主要用于自动、远程控制领域及家用设备联网。基于Zigbee的技术特点以及抄表系统数据传输要求，本方案提供Zigbee无线网技术实现本地数据采集，以太网网络实现与中心站数据传输的方案，有效解决传统抄表系统存在的一些问题.2.Zigbee介绍Zigbee是一种新兴的短距离、低速率的无线网络技术。主要用于近距离无线连接。它有自己的协议标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以它们的通信效率非常高。Zigbee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，十分类似现有的移动通信的CDMA网或GSM网，每一个Zigbee网络数传模块类似移动网络的一个基站，在整个网络范围内，它们之间可以进行相互通信；每个网络节点间的距离可以从标准的75米，到扩展后的几百米，甚至几公里；另外整个Zigbee网络还可以与现有的其它的各种网络连接。3.Zigbee技术特点功耗低：工作模式情况下，Zigbee技术传输速率低，传输数据量很小，因此信号的收发时间很短，其次在非工作模式时，Zigbee节点处于休眠模式。设备搜索时延一般为30ms，休上海逖偲高网络科技有限公司上海隆昌路619号城市概念二号楼C19电话：[phone]传真：[phone]网址：邮件：[e-mail]眠激活时延为15ms，活动设备信道接入时延为15ms。由于工作时间较短、收发信息功耗较低且采用了休眠模式，使得Zigbee节点非常省电，Zigbee节点的电池工作时间可以长达6个月到2年左右。同时，由于电池时间取决于很多因素，例如：电池种类、容量和应用场合，ZigBee技术在协议上对电池使用也作了优化。对于典型应用，碱性电池可以使用数年，对于某些工作时间和总时间（工作时间+休眠时间）之比小于1%的情况，电池的寿命甚至可以超过10年。数据传输可靠：ZigBee的媒体接入控制层（MAC层）采用talk-when-ready的碰撞避免机制。在这种完全确认的数据传输机制下，当有数据传送需求时则立刻传送，发送的每个数据包都必须等待接收方的确认信息，并进行确认信息回复，若没有得到确认信息的回复就表示发生了碰撞，将再传一次，采用这种方法可以提高系统信息传输的可靠性。同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突。同时ZigBee针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和休眠状态激活的时延都非常短。网络容量大：Zigbee低速率、低功耗和短距离传输的特点使它非常适宜支持简单器件。ZigBee定义了两种器件：全功能器件（FFD）和简化功能器件（RFD）。对全功能器件，要求它支持所有的49个基本参数。而对简化功能器件，在最小配置时只要求它支持38个基本参数。一个全功能器件可以与简化功能器件和其他全功能器件通话，可以按3种方式工作，分别为：个域网协调器、协调器或器件。而简化功能器件只能与全功能器件通话，仅用于非常简单的应用。一个ZigBee的网络最多包括有255个Zigbee网路节点，其中一个是主控（Master）设备，其余则是从属（Slave）设备。若是通过网络协调器（NetworkCoordinator），整个网络最多可以支持超过64000个Zigbee网路节点，再加上各个NetworkCoordinator可互相连接，整个ZigBee网络节点的数目将十分可观。上海逖偲高网络科技有限公司上海隆昌路619号城市概念二号楼C19电话：[phone]传真：[phone]网址：邮件：[e-mail]兼容性：ZigBee技术与现有的控制网络标准无缝集成。通过网络协调器（Coordinator）自动建立网络，采用载波侦听/冲突检测（CSMA-CA）方式进行信道接入。为了可靠传递，还提供全握手协议。安全性：Zigbee提供了数据完整性检查和鉴权功能，在数据传输中提供了三级安全性。第一级实际是无安全方式，对于某种应用，如果安全并不重要或者上层已经提供足够的安全保护，器件就可以选择这种方式来转移数据。对于第二级安全级别，器件可以使用接入控制清单（ACL）来防止非法器件获取数据，在这一级不采取加密措施。第三级安全级别在数据转移中采用属于高级加密标准（AES）的对称密码。AES可以用来保护数据净荷和防止攻击者冒充合法器件。实现成本低：模块的初始成本估计在6美元左右，很快就能降到1.5-2.5美元，且Zigbee协议免专利费用。目前低速低功率的UWB芯片组的价格至少为20美元。而ZigBee的价格目标仅为几美分。4.Zigbee类型Zigbee网关它包含所有的网络信息，是3种设备中最复杂的，存储容量大、计算能力最强。它主要用于发送网络信标、建立一个网络、管理网络基站、存储网络基站信息、寻找一对基站间的路由信息并且不断的接收信息。一旦网络建立完成,这个网关的作用就像网络基站。Zigbee基站它的执行功能包括允许其它设备加入这个网络，跳跃基站，辅助子树下电池供电终上海逖偲高网络科技有限公司上海隆昌路619号城市概念二号楼C19电话：[phone]传真：[phone]网址：邮件：[e-mail]端的通信。通常,基站全时间处在活动状态,因此为主供电。但是在树状拓扑中,允许基站操作周期运行,因此这个情况下允许基站电池供电。Zigbee终端设备一个终端设备对于维护这个网络设备没有具体的责任,所以它可以睡眠和唤配，看它自己选择。因此它能作为电池供电节点。一个Zigbee网络由一个网关节点、多个基站和多个终端设备节点组成。ZigBee支持三种自组织无线网络类型，即星型结构、网状结构(Mesh)和簇状结构(Clustertree)，特别是网状结构，具有很强的网络健壮性和系统可靠性。5.基于ZigBee技术的无线三表远程抄表系统解决方案通过前面对水电煤公用事业抄表系统的技术要求分析，结合Zigbee技术特点和技术优势，采用Zigbee技术来实现水电煤三表的无线抄表是一个非常理想的解决方案。在实际应用中，我们选择了将Zigbee技术与GPRS/3G结合起来，根据抄表用户的不同分布，来灵活地构建抄表的无线网络。对于每个抄表终端而言，要求超低功耗、低成本（包括设备成本、运行成本），并且数据的传输速率不高，对于居民小区的抄表，抄表终端通常分布较密集、距离较近，zigbee技术可以很好地满足这些要求；终端采集的数据需要送到水电煤公用事业公司的集抄管理中心，这可以通过GPRS/3G网络来实现，它无距离限制，且无需网络规划、几乎不需要维护；所构建的zigbee网络既可以是星形拓扑，也可以是网状网络拓扑，不论是哪种拓扑结构的zigbee网络，根据实际的组网需要，设计合理的网络结构。且无需布线。上海逖偲高网络科技有限公司上海隆昌路619号城市概念二号楼C19电话：[phone]传真：[phone]网址：邮件：[e-mail]每楼层的水电煤三表通过Zigbee数据采集器采集数据，再通过自动组网方式连接到ZIGBEE远端网关，再通过GPRS/3G透传设备连接远端服务器进行数据管理。6.Zigbee技术方案优势目前的自动抄表系统，从数据传输角度划分，可分为有线、无线两大类，这两大类抄表系统各有其适用的应用领域，但就抄表系统的投资、建设、维护等几方面而言，无线抄表系统显然具有更大优势相比RFID方案来说Zigbee省去了布线的投资，无线施工自动组网。大大降低了投资成本。上海逖偲高网络科技有限公司上海隆昌路619号城市概念二号楼C19电话：[phone]传真：[phone]网址：邮件：[e-mail]7.逖偲高科技的Zigbee无线数据采集模块TS-03系列无线数据传输设备包括：TS-03-A-I-2，4，6，8-RS485-HP(LP)、TS-03-D-I-2，4，6，8-RS485-HP(LP)、TS-03-S-I-2，4，6，8-RS485-HP(LP)、TS-03-T-I-2，4，6，8-RS485-HP(LP)、等产品以及配套底板等。TS-03系列产品是基于TICC2530F256芯片研制开发的，采用ZigBee协议栈的低功率无线数传模块。产品特点：1设备采样精度：10位AD采样；2设备有线接口：RS485、RS232、USB、RJ45接口；3传输模式可选：无线传输或有线485、232USB，RJ45传输；4无线功能强大：具备中继路由和终端设备功能；5通信距离较远：最大视距传输距离2000米；6抗干扰能力强：2.4GDSSS扩频技术；7串口应用灵活：透明方式或指令格式传输，最高波特率115200；8发送模式灵活：广播发送或目标地址发送模式可选；9节点类型灵活：中心节点、路由节点、终端节点可任意设置；10组网能力较强：星型网、树型网、链型网、网状网；11网络容量大：16信道可选，65535个网络ID可任意设置。上海逖偲高网络科技有限公司上海隆昌路619号城市概念二号楼C19电话：[phone]传真：[phone]网址：邮件：[e-mail]规格参数产品选型系列类型输入（出）通路接口功率ST-03A4-20mA电流I输入2路RS485高功率HPD0-5V电压O输出4路RS232低功率LPS开关量8路USBT温度信号16路RJ45如：ST-03-AI2-RS232-HP型号描述为ST-02系列二路4-20m信号采集RS232接口高功率上海逖偲高网络科技有限公司18001875385钱先生功能特性频率2.405-2.480GISM，全球免费频段通道11-26通道；默认为0，自动选择干扰最小的通道调制方式QPSK速率250Kbps收发器特性低功率:发射功率：2.5dBm接收器灵敏度：-96dBm高功率:发射功率：19dBm接收器灵敏度：-100dBm通讯距离低功率:可视距离100-150米，和环境以及天线增益有关系高功率:可视距离1000-1500米，和环境与天线增益有关系协议栈基于IEEE802.15.4底层协议栈网络拓扑点对点、星型网络、树状网络，链状网络模拟量输入2-16路12位模拟量输入，4-20mA串口模式1200-115200bps配置模式拨码开关以及串口命令配置硬件接口RS232、RS485、USB、RJ45天线接口SMA孔母头天线增益标配3dBm全向棒式天线，吸盘天线可选电源12-36VDC功耗100mA@12VDC温度-40-85℃湿度最大90%(非结露)外壳IP20标准尺寸147×103×40mm安装方式面板安装