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基于ZigBee无线通信功能的远程抄表系统

阅读：558发布：2023-01-30

专利汇可以提供基于ZigBee无线通信功能的远程抄表系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型涉及一种基于ZigBee无线通信功能的远程抄表系统，它包括智能表、中心节点、传输单元、抄表中心，所述智能表与所述中心节点通过ZigBee协议进行通信，所述中心结点通过传输系统与所述抄表中心进行通信，其中：智能表具有数据采集、存储，接收指令和发送数据的功能，中心节点具有建立、协调、配置整个网络的功能，可通过GPRS/CDMA等网络将数据传送到抄表中心，抄表中心通过传输单元向中心节点发出指令，对中心节点传来的数据进行分析、整理、计算、显示、打印。本实用新型采用智能表自动采集数据，无需手工抄表，大幅度地减少了人工成本和交通费用。本实用新型采用ZigBee技术，具有协议简单，无需布线，快速组网，传输可靠，数据安全性高等特点，实现更加方便的远程抄表、网络查询、缴费。，下面是基于ZigBee无线通信功能的远程抄表系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.基于ZigBee无线通信功能的远程抄表系统，其特征在于：它包括智能表、中心节点、传输单元、抄表中心，所述智能表与所述中心节点通过ZigBee协议进行通信，所述中心结点通过传输系统与所述抄表中心进行通信，其中：
智能表具有数据采集、存储，接收指令和发送数据的功能，可对计量对象进行计量、存储数据，或接收中心节点发送的指令并按照指令的要求完成相应的动作；
中心节点具有建立、协调、配置整个网络的功能，可设置定期向终端智能表发送数据采集请求、接收数据、并存储数据，可通过GPRS/CDMA等网络将数据传送到抄表中心；
传输单元在抄表中心和中心节点间建立连接桥梁，将抄表中心的指令传送到中心节点，再将中心节点的数据传送到抄表中心；
抄表中心通过传输单元向中心节点发出指令，对中心节点传来的数据进行分析、整理、计算、显示、打印。
2.根据权利要求1所述的基于ZigBee无线通信功能的远程抄表系统，其特征在于：所述远程抄表系统在距中心节点较远的地方还设置有数据采集点，所述数据采集点起数据上传下送的中继作用，可将中心节点发出的命令转发给智能表、接收智能表返回的数据并转发给中心节点，具有存储转发的功能。
3.根据权利要求2所述的基于ZigBee无线通信功能的远程抄表系统，其特征在于：所述智能表、数据采集点、中心节点之间采用网状网络进行连接。
4.根据权利要求1、2、3任一项所述的基于ZigBee无线通信功能的远程抄表系统，其特征在于：所述智能表包括传感器、信号调理电路、MCU、ZigBee模块、电源模块。
5.根据权利要求1、2、3任一项所述的基于ZigBee无线通信功能的远程抄表系统，其特征在于：所述中心节点包括ZigBee模块、32位的嵌入式微处理器、存储模块及外围部分。
6.根据权利要求1、2、3任一项所述的基于ZigBee无线通信功能的远程抄表系统，其特征在于：所述中心节点与智能表之间采用信标使能方式通信。
7.根据权利要求1、2、3任一项所述的基于ZigBee无线通信功能的远程抄表系统，其特征在于：所述传输单元为GPRS。

说明书全文

基于ZigBee无线通信功能的远程抄表系统

技术领域

[0001] 本实用新型涉及一种远程抄表系统，尤其涉及一种基于ZigBee无线通信功能的远程抄表系统。

背景技术

[0002] 目前在我国，对于耗能计量表的抄表方式还多为人工入户抄表，且归各个管理部分收费，这种抄表方式工作劳动强度大、效率低，管理费用高，入户抄表难度大，且存在安全隐患等。针对这些问题。在国务院《中国住宅户年品发展纲要》中也明确提出:实现方便查表，不干扰住户，使大量人工查表工作逐步过渡到数字化传送，开发智能化的水、电、气、热计量装置及接口箱柜，从"十一五"中，已经开展了遍及全国15个省、区的47个城市己开始试验工作：在集中采暖的新建居住建筑系统中，推行温度调节和户用热量计装置，按热量计量收费的系统。

[0003] 同时，我国四大家用能耗表（水表、电表、燃气表、热量表）的抄表方式还多为人工入户抄表和IC卡抄表，此种抄表存在入户抄表难、缴费不方便、综合管理费用高等缺点，而目前发达国家已多采用远程自动抄表。随着通信技术和网络技术发展，远程自动抄表方式将逐步代替传统抄表方式，这样可将耗能计量表的管理统一到物业中心，大大节省人力、物力和财力，且可实时监控耗能表的使用情况，有利于管理部门管理，同时将物业中心的计算机和银行管理系统联网，由银行扣除费用，真正实现联网收费。发明内容

[0004] 本实用新型的目的是为了解决上述问题，提供一种基于ZigBee无线通信功能的远程抄表系统，可实现数据自动监控、上传，方便网络查询、缴费等。

[0005] 本实用新型是通过以下方案实现的：

[0006] 基于ZigBee无线通信功能的远程抄表系统，包括智能表、中心节点、传输单元、抄表中心，所述智能表与所述中心节点通过ZigBee协议进行通信，所述中心结点通过传输系统与所述抄表中心进行通信，其中：

[0007] 智能表具有数据采集、存储，接收指令和发送数据的功能，可对计量对象进行计量、存储数据，或接收中心节点发送的指令并按照指令的要求完成相应的动作；

[0008] 中心节点具有建立、协调、配置整个网络的功能，可设置定期向终端智能表发送数据采集请求、接收数据、并存储数据，可通过GPRS/CDMA等网络将数据传送到抄表中心；

[0009] 传输单元在抄表中心和中心节点间建立连接桥梁，将抄表中心的指令传送到中心节点，再将中心节点的数据传送到抄表中心；

[0010] 抄表中心通过传输单元向中心节点发出指令，对中心节点传来的数据进行分析、整理、计算、显示、打印。

[0011] 进一步的，所述远程抄表系统在距中心节点较远的地方还设置有数据采集点，所述数据采集点起数据上传下送的中继作用，可将中心节点发出的命令转发给智能表、接收智能表返回的数据并转发给中心节点，具有存储转发的功能。

[0012] 进一步的，所述智能表、数据采集点、中心节点之间采用网状网络进行连接。

[0013] 进一步的，所述智能表包括传感器、信号调理电路、MCU、ZigBee模块、电源模块。

[0014] 进一步的，所述中心节点包括ZigBee模块、32位的嵌入式微处理器、存储模块及外围部分。

[0015] 进一步的，所述中心节点与智能表之间采用信标使能方式通信。

[0016] 进一步的，所述传输单元为GPRS。

[0017] 本实用新型的具有以下优点：

[0018] （1）本实用新型采用智能表自动采集数据，无需手工抄表，大幅度地减少了人工成本和交通费用。

[0019] （2）本实用新型在距中心节点较远的地方还设置有数据采集点，所述智能表、数据采集点、中心节点之间采用网状网络进行连接，大大提高了整个抄表系统的可靠性。

[0020] （3）本实用新型采用ZigBee技术，具有协议简单，无需布线，快速组网，传输可靠，数据安全性高等特点，实现数据自动监控、上传，实现更加方便的远程抄表、网络查询、缴费。附图说明

[0021] 图1为本实用新型优选实施例的示意图。

[0022] 图2为智能表的结构框图。

具体实施方式

[0023] 如图1所示，基于ZigBee无线通信功能的远程抄表系统，包括智能表、中心节点、传输单元、抄表中心，所述智能表与所述中心节点相连，所述中心结点通过传输系统与所述抄表中心相连。

[0024] 如图2所示，智能表主要由传感器、信号调理电路、MCU、ZigBee模块、电源部分等组成，其中MCU通过传感器、相应的信号调理电路对计量对象的脉冲信号进行采集、处理并存储。本文重点介绍MCU与ZigBee模块之间的通信，其它部分的通信可采用现有的脉冲表技术实现。智能表具有数据采集、存储，接收指令和发送数据的功能，可对计量对象进行计量、存储数据，或接收中心节点发送的指令并按照指令的要求完成相应的动作。

[0025] ZigBee射频模块采用飞卡尔思开发的MCl3192芯片，符合802.15.4标准，具有标准的4线SPl、可编程的时钟、可编程的输出功率、超低功耗、多种工作方式等特性，支持星型和网状网络，工作于2.4GHz频段。ZigBee模块内部主要集成了模拟接收发射、数字调制解调、片内频率合成、电源管理、接口等部件，以及33个可以通过SPl接口访问的16位寄存器。

[0026] MCU选用飞卡尔思的MC9S08GB60芯片，此芯片与Mcl3192有良好的兼容性，可提供较稳定的技术支持，是一款8位、低功耗、高性能的微处理器。MC9S08GB60芯片具有60kB的Flash和4kB的RAM空间，足够存放ZigBee的协议栈，以及运行简单的应用程序。
MC9S08GB60有多种工作模式，有8个10位A/D转换器，多个I/O数据线，2个串行通信接口(SCI)和标准的4线串行外围接口(SPI)。

[0027] 在距中心节点较远的地方还设置有数据采集点，数据采集点在无线通信网络中主要充当中继器，将中心节点发送的指令转发给终端智能表，或将终端智能表的数据上传给中心节点，从而使网络具有延伸性，传输的距离更远。通信时，数据采集点对接收到的数据进行解析．并判断地址包含在自己的路由表中时，则为接收的数据选择最佳路径，并转发出去，路由算法采用AODV，这些功能可通过ZigBee协议的网络层实现。数据采集点主要由ZigBee模块、微控制器、存储模块等部分组成。数据采集点也采用ZigBee协议，MCU上集成了ZigBee协议，应用层软件主要实现串口初始化、MCl3192的参数设置、数据的接收与转发。

[0028] 基于ZigBee技术的网络有3种：星型网络、网状网络、簇型网络。通常小区中使用星型网络即可形成一个由中心节点和终端智能表组成的抄表系统无线网络。考虑列小区中有的智能表离中心节点较远，数据传输可靠性低，因此，采用网状网络。智能表、数据采集点、中心节点之间采用网状网络进行连接，大大提高了整个抄表系统的可靠性和传输速度。

[0029] 中心节点是ZigBee网络中的协调器，负责启动、配置、协调整个ZigBee无线网络以及整个小区与抄表中心的数据传输。中心节点通过以太网或GPRS等通信网络把数据上传到抄表中心。可见，在网络中，中心节点又相当于一个接入点，需要进行ZigBee无线网与其它网络的协议转换。总的来说，中心节点是负责终端智能表的管理及协调ZigBee无线网与其它网络之间通信的关键部件。

[0030] 中心节点主要由ZigBee模块、32位的嵌入式微处理器、存储模块及外嗣部分等组成。中心节点定期查询、自动抄写各智能表的数据。将数据保存在存储器中，供抄表中心定期读取。因此，中心节点需要较大容量的存储器，一般需外扩存储器。

[0031] 考虑到终端智能表的ZigBee模块长时间处于非工作状态，本实用新型的中心节点与终端智能表之间采用信标使能方式通信。中心节点定时广播信标帧，网络中的设备均通过中心节点发出的信标帧完成同步，且设备之间按基于时槽的CSMA—CA信道访问机制进行通信。终端设备和数据采集点的射频模块只在广播信标帧时被唤醒，并侦听信标中的地址。如果没有侦听到本地址，则转入休眠状态；如果含有设备本身的地址，则终端设备向中心节点发送一个数据帧，中心节点收到数据帧后即发送一个确认帧给智能表。中心节点对数据进行校验，若正确，则要求下一个智能表发送数据；若中心节点未在规定时间接收到数据、或接收到的数据校验错误，则要求智能表重新发送数据。智能表如果未在规定的时间内接收到确认帧，则智能表重新发送数据，直到确认为止。中心节点与终端智能表之间采用信标使能方式通信，更加节能，效率更高。

[0032] 传输单元在抄表中心和中心节点间建立连接桥梁，将抄表中心的指令传送到中心节点，再将中心节点的数据传送到抄表中心；抄表中心通过传输单元向中心节点发出指令，对中心节点传来的数据进行分析、整理、计算、显示、打印。

[0033] 传输单元可以采用GPRS，或CDMA，或以太网。GPRS是目前解决移动通信信息服务的一种较完美的业务，它是基于GPRS以数据流量计费、覆盖范围广泛、数据传输速度更快。GPRS的推出，为行业和企业用户开展无线管理提供了基础设施平台，为推动移动管理的应用和发展创造了有利条件。与有线网络相比， GPRS网络具有租用费用低、移动信息监管，不受地域制约等优点。

[0034] 本实用新型采用ZigBee技术，具有协议简单，无需布线，快速组网，传输可靠，数据安全性高等特点，实现数据自动监控、上传，解决了水、电、气三表采用传统的手工和半手工方式抄送存在的费时、费力、费用高等问题，实现更加方便的远程自动抄表、网络查询、缴费。

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