基于ZigBee无线组网技术的企业能源管理信息采集系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于ZigBee无线组网技术的企业能源管理信息采集系统及方法，系统包括耗能表、多个RS485转TTL模块、多个的ZigBee终端节点、多个ZigBee路由节点、用于网络的建议及管理的ZigBee协调器以及服务器；每个耗能表连接一个RS485转TTL模块，每个RS485转TTL模块连接一个ZigBee终端节点，一个RS485转TTL模块和一个ZigBee终端节点共同构成ZigBee终端采集节点，在ZigBee协调器节点建立好网络后，ZigBee终端采集节点负责能耗数据的采集和转换，然后通过射频天线传送给ZigBee路由节点，再由ZigBee路由节点传送给ZigBee协调器，ZigBee协调器负责接收数据后通过USB转串口传输到服务器。本发明专利技术通过ZigBee无线组网技术实时采集耗能表的数据、监控耗能表的运行状况，在能表采集节点较多且分布较为密集的条件下具有无可比拟的优势。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及企业能源信息采集的研究领域，特别涉及一种基于ZigBee无线组网技术的企业能源管理信息采集系统及方法。
技术介绍
ZigBee无线组网技术是基于IEE802.15.4无线标准的通信技术，它是新兴的无线通信协议。IEE802.15.4定义了物理层(PHY)和媒体访问控制(MAC)层，ZigBee定义了网络(NWK)层和应用层(APL)。根据协议规定ZigBee无线组网技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。ZigBee无线组网技术作为一种新兴的无线网络技术，具有低功耗、低成本、网络容量大、可靠性高等优点，适合用于终端节点多且分布较为密集的工业自动化监控、无线数据采集等领域，可以为企业能源管理信息采集系统提供很好的解决方案。根据IEE802.15.4标准协议，ZigBee共分配了具有3种不同速率的27个信道，各频段上的调制方式和传输速率也不同，3个频段分别为2.4GHz、868MHz和915MHz。全球通用的工业、科学、医学频段可使用其中的2.4GHz频段，是免费使用且不用申请无线电频率许可。ZigBee无线组网技术可工作在2.4GHz(全球流行)和868(欧洲流行)/915(美国流行)MHz频段上，分别具有250Kbit/s、20Kbit/s、40Kbit/s的数据传输速率。ZigBee的主要特点有以下几个方面：(1)传输可靠性高。ZigBee在物理层(PHY)和MAC层上分别采用了扩频技术以及CSMA/CA协议，提高了通信的可靠性。(2)功耗低。ZigBee技术的重要特点之一就是低功耗，2节5号干电池可支持1个节点工作6到24个月。(3)安全性强。ZigBee提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用访问控制清单防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES 128)的对称密码。(4)成本低。ZigBee的协议简单且免收专利费，这些特点使得ZigBee的成本大大降低。(5)网络容量大。一个ZigBee网络最多可包括65535个无线设备，包括全功能设备和终端功能设备，它们之间可自由地进行信息交互，从而形成庞大的网络系统。(6)距离灵活改变。相邻节点间的距离传输范围一般在10到100m之间，在增加发射功率后，可增加到1至3km。如果采用路由节点进行中继接力，传输距离将可以更远。目前已经有通过RS485总线通信来采集能耗数据，RS485总线为半双工工作方式，其通信的数据线有两条，分别是一个信号标准点位的正负端，真正的信号必须由两条线路相减得到。因此，每次通信只可以向一个方向传送数据，任何时候网络中只能有一个主设备，即处于发送状态的设备，从设备不进行主动通讯。为了避免总线冲突，系统的采集器与耗能表间都采用主从式通信。即主机发送的数据可以传送到各从机或指定从机，而各个从机发送的数据只能发送给主机。无论主机还是从机都采用查询方式发送数据，中断方式接收数据。RS485总线常采用特性阻抗为120欧姆的双绞线作为传输介质，因此信号在传输线上传送时，遇到阻抗不连续的时候会出现反射现象，影响信号的远距离传输。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于ZigBee无线组网技术的企业能源管理信息采集系统及方法，实现在企业中实时准确地自动化采集能耗数据并实现传输能耗数据到服务器上。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供了一种基于ZigBee无线组网技术的企业能源管理信息采集系统，包括耗能表、多个用于将耗能表的RS485电平与微处理器的TTL电平相互转换的RS485转TTL模块、多个用于能耗表数据采集的ZigBee终端节点、多个用于扩展ZigBee网络中通信距离的ZigBee路由节点、用于网络的建议及管理的ZigBee协调器以及服务器；每个耗能表连接一个RS485转TTL模块，每个RS485转TTL模块连接一个ZigBee终端节点，一个RS485转TTL模块和一个ZigBee终端节点共同构成ZigBee终端采集节点，所述ZigBee终端节点与ZigBee路由节点连接，所有的ZigBee路由节点连接到ZigBee协调器；在ZigBee协调器节点建立好网络后，ZigBee终端采集节点负责能耗数据的采集和转换，然后
通过射频天线传送给ZigBee路由节点，再由ZigBee路由节点传送给ZigBee协调器，ZigBee协调器负责接收数据后通过USB转串口传输到服务器。作为优选的技术方案，所述ZigBee终端采集节点周期性的采集能耗数据。作为优选的技术方案，当ZigBee终端采集节点的分布密集时，各ZigBee终端采集节点共用一个ZigBee路由节点，由ZigBee路由节点将各ZigBee终端采集节点的数据汇总后发送给ZigBee协调器；对于与服务器距离较远的耗能表，在每条数据采集链路上设置多个ZigBee路由节点，ZigBee终端采集节点将采集到的距离较远的耗能表的能耗数据发送到一个ZigBee路由节点上，再由这个ZigBee路由节点转发到下一个ZigBee路由节点，直至将采集到的数据发送到ZigBee协调器。作为优选的技术方案，所述ZigBee终端节包括JTAG调试下载接口、液晶屏、LED指示灯、按键及USB接口；所述射频板包括CC2530微处理器、天线接口、晶振以及I/O扩展接口；所述JTAG调试下载接口、液晶屏、LED指示灯、按键、USB接口、天线接口、晶振以及I/O扩展接口均与CC2530微处理器连接。本专利技术还提供了一种基于ZigBee无线组网技术的企业能源管理信息采集方法，包括下述步骤：S1、构建Z-Stack协议栈软件架构，Z-Stack协议栈以任务事件轮循的方式进行，当各层初始化结束后，系统进入低功耗模式，当有事件发生时，进入中断处理事件，处理完毕后系统继续进入低功耗模式，如果有几个事件同时发生，则进行事件优先级的判断，先处理优先级高的事件，逐次按优先级来处理事件；S2、Z-Stack协议栈初始化结束后，向ZigBee网络发送加入当前ZigBee网络的信号，加入到当前ZigBee网络作为ZigBee终端采集节点，ZigBee终端采集节点的串口通过RS-485转TTL模块将请求的采集指令转发给相应的耗能表，耗能表收到采集指令后，向ZigBee终端采集节点的串口发送相对应的数据帧，ZigBee终端采集节点的串口收到数据帧后对数据帧进行提取和处理，把耗能数据提取出来并转换为ASCII字符格式，在通过显示屏显示当时的能耗情况；S3、建立ZigBee网络，ZigBee网络的建立，是由ZigBee协调器开始的，在ZigBee网络的建立过程中，ZigBee协调器负责整个ZigBee网络的启动和建立，然后ZigBee终端采集节点、ZigBee路由节点才能加入到该ZigBee网络当中；在一个ZigBee网络中只允许有一个ZigBee协调器，作为ZigBee终端采集节点、ZigBee路由节点的数据汇集接收节点，ZigBee网络中各个节点的数据最
后汇集到ZigBee协调器上，将ZigBee协调器由USB转串口连接到服务器上，观察ZigBee协调器接收到的数据情况。作为优选的技术方案，所述步骤S1具体为：S11、对系统进行初始化；S12、进入OSAL本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于ZigBee无线组网技术的企业能源管理信息采集系统，其特征在于，包括耗能表、多个用于将耗能表的RS485电平与微处理器的TTL电平相互转换的RS485转TTL模块、多个用于能耗表数据采集的ZigBee终端节点、多个用于扩展ZigBee网络中通信距离的ZigBee路由节点、用于网络的建议及管理的ZigBee协调器以及服务器；每个耗能表连接一个RS485转TTL模块，每个RS485转TTL模块连接一个ZigBee终端节点，一个RS485转TTL模块和一个ZigBee终端节点共同构成ZigBee终端采集节点，所述ZigBee终端节点与ZigBee路由节点连接，所有的ZigBee路由节点连接到ZigBee协调器；在ZigBee协调器节点建立好网络后，ZigBee终端采集节点负责能耗数据的采集和转换，然后通过射频天线传送给ZigBee路由节点，再由ZigBee路由节点传送给ZigBee协调器，ZigBee协调器负责接收数据后通过USB转串口传输到服务器。

【技术特征摘要】
1.基于ZigBee无线组网技术的企业能源管理信息采集系统，其特征在于，包括耗能表、多个用于将耗能表的RS485电平与微处理器的TTL电平相互转换的RS485转TTL模块、多个用于能耗表数据采集的ZigBee终端节点、多个用于扩展ZigBee网络中通信距离的ZigBee路由节点、用于网络的建议及管理的ZigBee协调器以及服务器；每个耗能表连接一个RS485转TTL模块，每个RS485转TTL模块连接一个ZigBee终端节点，一个RS485转TTL模块和一个ZigBee终端节点共同构成ZigBee终端采集节点，所述ZigBee终端节点与ZigBee路由节点连接，所有的ZigBee路由节点连接到ZigBee协调器；在ZigBee协调器节点建立好网络后，ZigBee终端采集节点负责能耗数据的采集和转换，然后通过射频天线传送给ZigBee路由节点，再由ZigBee路由节点传送给ZigBee协调器，ZigBee协调器负责接收数据后通过USB转串口传输到服务器。2.根据权利要求1所述的基于ZigBee无线组网技术的企业能源管理信息采集系统，其特征在于，所述ZigBee终端采集节点周期性的采集能耗数据。3.根据权利要求1所述的基于ZigBee无线组网技术的企业能源管理信息采集系统，其特征在于，当ZigBee终端采集节点的分布密集时，各ZigBee终端采集节点共用一个ZigBee路由节点，由ZigBee路由节点将各ZigBee终端采集节点的数据汇总后发送给ZigBee协调器；对于与服务器距离较远的耗能表，在每条数据采集链路上设置多个ZigBee路由节点，ZigBee终端采集节点将采集到的距离较远的耗能表的能耗数据发送到一个ZigBee路由节点上，再由这个ZigBee路由节点转发到下一个ZigBee路由节点，直至将采集到的数据发送到ZigBee协调器。4.根据权利要求1所述的基于ZigBee无线组网技术的企业能源管理信息采集系统，其特征在于，所述ZigBee终端节包括JTAG调试下载接口、液晶屏、LED指示灯、按键及USB接口；所述射频板包括CC2530微处理器、天线接口、晶振以及I/O扩展接口；所述JTAG调试下载接口、液晶屏、LED指示灯、按键、USB接口、天线接口、晶振以及I/O扩展接口均与CC2530微处理器连接。5.一种基于ZigBee无线组网技术的企业能源管理信息采集方法，其特征在于，包括下述步骤：S1、构建Z-Stack协议栈软件架构，Z-Stack协议栈以任务事件轮循的方式进行，当各层初始化结束后，系统进入低功耗模式，当有事件发生时，进入中断处理事件，处理完毕后系统继续进入低功耗模式，如果有几个事件同时发生，
\t则进行事件优先级的判断，先处理优先级高的事件，逐次按优先级来处理事件；S2、Z-Stack协议栈初始化结束后，向ZigBee网络发送加入当前ZigBee网络的信号，加入到当前ZigBee网络作为ZigBee终端采集节点，ZigBee终端采集节点的串口通过RS-485转TTL模块将请求的采集指令转发给相应的耗能表，耗能表收到采集指令后，向ZigBee终端采集节点的串口发送相对应的数据帧，ZigBee终端采集节点的串口收到数据帧后对数据帧进行提取和处理，把耗能数据提取出来并转换为ASCII字符格式，在通过显示屏显示当时的能耗情况；S3、建立ZigBee网络，ZigBee网络的建立，是由ZigBee协调器开始的，在ZigBee网络的建立过程中，ZigBee协调器负责整个ZigBee网络的启动和建立，然后ZigBee终端采集节点、ZigBee路由节点才能加入到该ZigBee网络当中；在一个ZigBee网络中只允许有一个ZigBee协调器，作为ZigBee终端采集节点、ZigBee路由节点的数据汇集接收节点，ZigBee网络中各个节点的数据最后汇集到ZigBee协调器上，将ZigBee协调器由USB转串口连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨恢东，陈加润，刘辉，张翠媛，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东;44