基于Zigbee的无线热网监控系统研究

金色传说

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
8 k. {. N2 s5 O) j2 ]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
2 N7 j3 W+ s* C$ M" _5 B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.
随着对供热系统节能研究的深人,热计量与温度控制已成
* [+ Z0 i- e8 H4 F. j+ N9 t# U- I$ h; Q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
2 K+ [/ d, |( J8 a" C+ v/ f+ ?3 a2 O间“”。对大庆市现有热网监测系统调研发现,以Modem有线方
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
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，
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
( a3 F! t( t: ^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
' O4 r! C/ G0 H  U) e" l/ j& y; M传感和控制设备的通信并不需要高的带宽,但是要求低的
* b  H6 ~! m" K* P反应时间,非常低的能量消耗,以及大范围的设备分布。Zigbee
* Y' V7 |+ V5 \# \" p1 N6 i& [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
! n- W, U* Y0 ^' `  E极好的解决标准。
. z+ n3 p, l* h  ?' zZigbee是- -种短距离架构简单、低消耗功率与低传输速率
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

: ~! E6 T, |7 }* C) V802. 15.4小组与Zigbee Alliance两个组织,两者分别制订硬件
0 x" {6 D/ U# h! f5 L) C与软件标准。Zigbee联盟制订Zigbee可支持星形树形和网状
/ Q% o& u2 z- E! Y& N, t7 Z1 }' Q! h3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
中将有非常诱人的前景。
2系 统功能与结构设计
- [- P4 c+ }' w4 Z" f2.1系统功能
9 g  m6 S8 l, }, m" `, n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
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
* t- J% x4 t" B/ B3 T6 C: P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
1 n( F- R  `8 B/ Z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
& y2 \3 d6 ?" G+ Z- q& d最终实现“热"的商业化和市场化提供前提条件。
& w% F% E$ [9 }' }0 m1 h. m2.2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
仪表层,而现场仪表层又可以分为Zigbee总节点和Zigbee分节
, V, P; F6 r. U# U点,如图1所示。
$ Q0 J7 C( u5 l3 _2.2.1 管理层
; Q& R0 w7 E6 n8 [& 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
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
" x" t/ w1 O/ J& N! p  \过ADSL实时采集、存储来自各客户机站点的数据,并对各站点
运行情况进行实时监控。
$ e, p/ y2 [& G- N+ y2.2.2 采集控制层
  g& ]+ E$ S: r8 h: n6 C* \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