基于Zigbee的无线热网监控系统研究

金色传说

. @( g: d) a/ B! A# [/ d- L8 n6 T( x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
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.
$ c: i5 h% n3 ?- E6 l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
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
间“”。对大庆市现有热网监测系统调研发现,以Modem有线方
: T1 x- y# R, R2 h7 c$ _4 {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
; c! {2 C6 s* W3 V, B' z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。
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，
7 a- I7 Y2 k" E- J# P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
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。
1 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
0 N- ?4 M/ b  Y/ M反应时间,非常低的能量消耗,以及大范围的设备分布。Zigbee
8 K: Z6 k8 y1 S6 O# i. J7 ]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
/ Z% k. X- m4 A/ K0 ^" Z5 c7 d3 W极好的解决标准。
& W; v( X" x7 W- S2 ^Zigbee是- -种短距离架构简单、低消耗功率与低传输速率
* c0 [9 D/ N% v5 V( g. j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
8 G; m$ c) _# ~. O: V4 h2.4 GHz频段,传输速率为20 ~ 250 KB/s网路架构具有Master/
1 a: Y9 h, y: RSlave属性,并可双向通信。在标准规范制订方面,主要是IEEE
* T$ d7 T% D1 m2 n; L
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
3种网路架构。相对于其他无线网络技术,它更适合于组建大
范围的温度监控系统将Zigbee技术应用到集中供热监控系统
( `1 B5 V& Q2 u1 h2 m中将有非常诱人的前景。
2系 统功能与结构设计
. G' `! R0 d) `6 r; c2.1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
9 }  S5 \3 \2 A, o7 m: p数并进行参数(温度、压力和流量)的超限报警;完成日常的管
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
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
! t: j) `1 U+ @" m$ B. k! V6 u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
+ D+ c. o% R" H; m- S最终实现“热"的商业化和市场化提供前提条件。
2.2系统结构
- q" `) w" \" o9 W* D" h& J: c整个系统总体上可以分为3层:管理层、采集控制层和现场
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。
  e8 b0 Y- F/ X, v* A# z2.2.1 管理层
管理层位于热力公司主站,由以工业控制机为核心的网络
: Q: W4 x. `, U- p* Q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
6 E. Z/ R3 {! ~, Y5 O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
过ADSL实时采集、存储来自各客户机站点的数据,并对各站点
5 k# R$ O) M% [- k* S运行情况进行实时监控。
2.2.2 采集控制层
0 R2 t& N8 n' ~$ z- q% c% A采集控制层位于各热力公司分站，实时采集、存储、监视和
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传感和控制设备的通信并不需要高的带宽