《电子技术应用》

新一代无线组网方案GPRS-ZigBee——暖气表无线远程管理系统

作者:广州致远
2009/12/15 11:07:45
</a>致远电子" title="致远电子">致远电子推出了GPRS-ZigBee无线组网方案,如图 2所示。该方案采用ZigBee网络实现了小范围集群组网,再用GPRS-ZigBee网关实现远距离无线通信。

  整个网络分为三层:最高层为监控中心,由可以上网的计算机构建,该计算机通过互联网与GPRS-ZigBee网关通信;中间层为GPRS-ZigBee网关,其作为中间桥梁,起着联通底层ZigBee网络和上层监控中心的作用;最底层为ZigBee网络,每个终端设备都是一个ZigBee节点,其接收GPRS-ZigBee网关转发的数据,也可以通过网关向监控中心发送数据。
2 ZigBee网络
  ZigBee技术是目前嵌入式应用的一大热点。这是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术或及无线网络技术,主要适合于承载数据流量较小的业务,可嵌入各种设备中,同时支持位置定位功能。
  ZigBee最大的优势在于其可以自由组网,比传统的RF模块点对点的应用灵活许多,而且数据收发的速率可以达到1 Mb/s。
  本文采用的ZigBee模块是美国CEL公司的ZICM2410模块(如图3所示)。该模块内置集成51核的单片机,具有丰富的硬件接口(GPIO、UART、定时器和音频接口等),采用简单易学的Python语言开发,支持用户二次开发。用户可以在该模块上实现简单的传输协议,以兼容用户端机的接口协议。

  ZICM2410的最大特点在于其支持SNAP网络。SNAP网络协议是一款由Synapse公司开发的无线mesh网络协议,SNAP为复杂的ZigBee网络提供一个简单、可靠、智能的完整组网方案。SNAP使用的是对等网络,所有的节点都是路由节点,组网时,无“加入网络”过程,无中心节点,无需预先构架网络拓扑。所以ZICM2410功耗极低,通信冗余性能优异。
3 GPRS-ZigBee网关
  网关采用广州致远电子有限公司推出的ZWG-68ZB,它是一款非常易于使用、稳定可靠,且能够适应长期不间断工作的工业级设备,产品外形如图 4所示。

  在投入使用之前要先把监控中心的公网IP地址和端口号配置到网关中,这样网关在上电后就会主动连接上监控中心,并把监控中心下发的数据通过ZigBee转发给一线的终端设备,同时还会把终端设备通过ZigBee上传的数据转发到监控中心。
  ZWG-68ZB默认是透明传输方式,但是设备中的ZigBee模块同样支持用户二次开发,用户可以将通信协议自行集成在设备中。
  ZWG-68ZB采用西门子工业级的GPRS模块,具有以下特点:
  (1)6 V~25 V宽压供电;
  (2)支持数据中心动态域名或IP地址方式访问;
  (3)支持备用数据中心;
  (4)断线自动重连;
  (5)支持短信配置与维护;
  (6)支持本地和远程固件升级;
  (7)具有连接时机可控功能,节约流量;
  (8)支持本地和远程图形化界面配置与维护;
  (9)支持永远在线、空闲下线和空闲掉电三种工作方式;
  (10)多重软硬件可靠设计,复合式看门狗技术,使设备稳定运行。
4 监控中心服务器
  监控中心服务器的功能是通过ZWG-68ZB网关设备与位于一线的端机设备进行双向通信。监控中心服务器必须是能够连接到互联网的计算机,可为其申请固定IP或者动态域名。
  ZWG-68ZB网关设备上电后,会以TCP客户端的方式自动连接到监控中心服务器。如果连接不成功会继续重连,直到连接成功。
5 应用案例
  住宅小区的暖气表通常在建筑物内每户一表,垂直安装,所以特别适合SNAP网络的自组网方式。而一个小区的楼宇之间相隔也不远,所以可以采用小区内部ZigBee组网,集中通过一台或多台(视小区规模而定)GPRS-ZigBee网关与热力公司的监控中心通信,从而实现远程抄表、网上缴费、远程监控的全自动化暖气表管理系统。整个系统如图5所示。

6 设备安装注意事项
  (1)设备使用GPRS无线方式通信,因此应选择在不屏蔽手机信号的地点安装。
  (2)ZigBee信号功率较小,对建筑物的穿透能力有限,所以端机安装时要考虑ZigBee信号覆盖的情况,如果无法覆盖可以安装无用户设备的ZigBee设备,作为中继器使用。
  (3)不要在禁止使用射频设备的场合使用该设备,例如加油站和医院内部。
  GPRS-ZigBee的组网应用,充分发挥了GPRS无通信距离限制和ZigBee成本低、无运营费用的优点。降低了系统建设成本、节省了通信费用、降低了端机功耗,所以GPRS-ZigBee作为新一代无线组网方案,适合于水电气表的远程抄表系统、城市环境监测、灯光远程监控、智能家居、矿山监测等领域。

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