基于Zigbee的无线热网监控系统研究

金色传说

0 Q' G* A- e# X, B摘要:Zigbee是一种低成本 、低能耗、全双工的无线通信协议。介绍了基于Zigbee 的无线热网远程监控系统的研究背景、总
体结构设计,阐述了Zigbee 无线控制器实现的功能和软硬件结构以及上位机实现的功能。对目前热网监测系统中存在的
8 a+ H. \$ L5 m* ?$ J6 z3 J问题提出了一种可行的解决方案。
关键词:Zigbee;无线;热网;监控系统.
; p  X! v4 D; Q# _. d2 [随着对供热系统节能研究的深人,热计量与温度控制已成
为当前暖通行业关注与研究的焦点,具有较高的技术含量,是一
+ E; q2 z0 z$ C9 w个高科技有效应用于有关国计民生的典范,具有广阔的市场空
$ Z2 @; l4 q- q7 X7 X间“”。对大庆市现有热网监测系统调研发现,以Modem有线方
7 V8 E" u5 N, @2 f式为主的在线参数监测,在使用过程中出现拨号音扰民和电话
! r/ p& V- n4 @" A- G: S费分摊等问题,事实证明现有系统已经不能满足供需方的需求。
" ]& H" P# }0 R" w$ {本研究基于对大庆热力公司现状的分析,采用无线通信的方式，
通过对CPRS无线通信模块和Zigbee射频模块的控制进行温
度流量和压力数据的传输与交互,为智能热量表和智能温控阀
预留了接口,解决了使用Modem过程中存在的问题,而使用智
. N7 i/ _9 Q- o7 P; j1 |$ f; [- Z能热量表计量和使用智能温控阀控制可以解决热计量不透明的
问题,为最终实现温度的实时监控计量提供前提条件。
( k1 u2 C5 J3 ^) }& m* J- V1 Zigbee 技术简介
传感和控制设备的通信并不需要高的带宽,但是要求低的
% T3 \' Z1 d& k+ x# |! M反应时间,非常低的能量消耗,以及大范围的设备分布。Zigbee
7 Z; v' C$ A$ m( {3 D协议正是为无线网络中传感和控制设备之间的通信提供了一个
7 J. |9 w- O/ Q  f4 Z3 f/ p* y. X极好的解决标准。
1 B' a) F, C1 h5 GZigbee是- -种短距离架构简单、低消耗功率与低传输速率
! H( V+ d8 M9 j! x) B; a的无线通信技术，其传输距离约为几十米,使用频段为免费的
2.4 GHz频段,传输速率为20 ~ 250 KB/s网路架构具有Master/
Slave属性,并可双向通信。在标准规范制订方面,主要是IEEE
: _+ b! ^# ]3 ]! E. C9 w% q1 _* Y
802. 15.4小组与Zigbee Alliance两个组织,两者分别制订硬件
与软件标准。Zigbee联盟制订Zigbee可支持星形树形和网状
2 J+ u3 r; H9 {/ P! z* F$ k# z3种网路架构。相对于其他无线网络技术,它更适合于组建大
6 C% H; Q% M3 F# v. D- d- {范围的温度监控系统将Zigbee技术应用到集中供热监控系统
中将有非常诱人的前景。
! T$ Z9 Y, r, V+ v2系 统功能与结构设计
2.1系统功能
监控系统可对热网的运行实时监视测量、记录热网运行参
数并进行参数(温度、压力和流量)的超限报警;完成日常的管
: ~0 O! o1 d, o$ p0 x理工作,包括报表的生成和打印,热网计量管理,控制器的工作
参数设定,远程数据采集,运行数据的汇总和综合分析和历史数
4 B; M; L' S  U; A7 C0 ?# T  p% G据的备份等功能。通过对热网进行自动控制,使整个系统供热
) u% n8 G* p4 m! n' _均均,满足舒适性要求，同时减少热量消耗,达到节能的目的,为
最终实现“热"的商业化和市场化提供前提条件。
5 n$ O8 T8 r0 ?5 ?! G+ O  y2.2系统结构
整个系统总体上可以分为3层:管理层、采集控制层和现场
) r& ?! n( |7 X5 @# R4 D# S" [1 s仪表层,而现场仪表层又可以分为Zigbee总节点和Zigbee分节
点,如图1所示。
4 M" e8 G: ^- }6 ~6 A- {" n5 E6 \' d; A2.2.1 管理层
- m/ A- k6 K+ x$ l; F管理层位于热力公司主站,由以工业控制机为核心的网络
$ y. j* L; ]& i4 ^$ }  b组成,工业控制机全天候运行。工业控制机既是调度中心的服
务器,同时相对于各采集控制站点来说,又是客户机。服务器邇
$ t# A7 ^* P" k' C* T; L过ADSL实时采集、存储来自各客户机站点的数据,并对各站点
8 w8 O2 V+ }* M" p& t/ p( ]运行情况进行实时监控。
9 N% `5 [4 r4 o3 V2.2.2 采集控制层
采集控制层位于各热力公司分站，实时采集、存储、监视和
, W/ n; Y: o1 U0 N4 k) l: t1 [


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传感和控制设备的通信并不需要高的带宽