ZigBee(物联网)无线网络电能管理系统

发布日期：2022/10/2来源：网络

1.1　概述
　　随着无线通信技术的不断发展，近年来出现了面向低成本设备无线联网要求的技术，称之为ZIGBEE，它是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，主要适合于自动控制、远程控制领域及家用设备联网。
　　由于ZIGBEE的优越特性，基于ZIGBEE技术的无线组网是一种比较合适的下行信道的实现手段。适合应用于一些短距离的无线网络的组网，例如写字楼、办公楼、宿舍楼、工厂等，适用于企业内部能耗监测及管理系统，尤其适用于一些布线困难旧楼改造的能耗管理系统中。而若将其与成熟的工业以太网和GPRS/CDMA上行信道结合，与后台管理主站组成一个完整的集抄和监控系统，则可以为远程管理提供一个有效的解决方案。ZIGBEE与其他“最后一公里”技术比较见表1。

表1　ZIGBEE与其他“最后一公里”技术的比较

载波PLC RS485 ZIGBEE无线建网难度简单困难简单一次性投资小一般较大运行维护困难比较困难容易通信速度低高高可靠性差一般好实时监控不能能能

1.2　ZIGBEE技术特点
　　ZIGBEE协议基于IEEE 802.15.4标准，从2004年发布ZIGBEE V1．0到最新的增加了ZIGBEE-PRO扩展指令集的ZIGBEE2006版本，ZIGBEE功能不断强大。ZIGBEE具备强大的设备联网功能(见图1)，它支持3种主要的自组织无线网络类型，即星型结构(Star)、网状结构(Mesh)和树型结构(Cluster Tree)，特别是网状结构，具有很强的网络健壮性和系统可靠性。与目前普遍应用的wi-Fi、Bluetooth等短距离无线通讯技术相比较，ZIGBEE的特点主要有：

图1　ZIGBEE网络拓扑分类

　　(1)工作周期短、收发信息功耗较低，并且RFD(Reduced Function Device，简化功能器件)采用了休眠模式，不工作时都可以进入睡眠模式。
　　(2)低成本。通过大幅简化协议(不到蓝牙的1/10)，降低了对通信控制器的要求，以8051的8位微控制器测算，全功能的主节点需要32KB代码，子功能节点少至4 KB代码。
　　(3)低速率、短延时。ZIGBEE的最大通信速率达到250 kb／s(工作在2．4 GHz时)，满足低速率传输数据的应用需求。ZIGBEE的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能。相比较，蓝牙需3～10 S、Wi-Fi需3 S。
　　(4)近距离，高容量。传输范围一般介于10～100 m，在增加RF发射功率后，亦可增加到1~3 km。这指的是相邻节点间的距离，若通过路由和节点间通信的接力，扩展后达到几百米甚至几公里。ZIGBEE可采用星状、片状和网状网络结构。由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点。
　　(5)高可靠性和高安全性。ZIGBEE的媒体接入控制层(Medium Access Control，MAC)采用CSMA/CA的碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突。ZIGBEE还提供了3级安全模式，包括无安全设定、使用接人控制清单防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AdvancedEncryption Standard，AES)的对称密码，以灵活确定其安全属性。
　　(6)免执照频段。采用直接序列扩频在工业科学医疗(Industrial Scientific Medical，ISM)频段，分别为2．4 GHz(全球)、915 MHz(美国)和868 MHz(欧洲)。

1.3　ZIGBEE(物联网)无线网络电能管理系统的体系结构
　　图2为ZIGBEE(物联网)无线网络电能管理系统网络拓扑图，整个网络主要由四部分组成：计量仪表、本地无线通信网络、远方通信网络以及数据交换设备。整个网络由计量仪表、ZIGBEE采集器（负责与仪表之间的通信）、ZIGBEE网络终端（负责与上层通讯网络的对接，譬如工业以太网等）、上层通信网络和数据交换存储设备。ZIGBEE无线通信管理系统一般采用的组网方式是MESH的网状网络，MESH网络能更好得保证通信质量，保证单一节点出现故障时不影响其他节点通信状态。

图2　无线网络拓扑图

1.4　ZIGBEE（物联网）无线网络电能管理系统解决方案
　　安科瑞为生产基地——江苏安科瑞电器制造有限公司设计的针对生产用电进行管理的电能管理分析系统，是基于ZIGBEE（物联网）无线网络的电能管理系统，整个系统的组网采用ZIGBEE与RS485混合组网模式。
　　整个厂区共设8个集中监测点，分别位于配电间、层配生产动力柜、空调动力柜、排风机控制箱及位于配电末端的几个照明控制箱。每个监测点各设置无线ZIGBEE采集器一只，通过RS485总线对位于该监测点的电能计量仪表进行通讯组网；监控中心设置ZIGBEE网络终端一只，结合现场实际情况及考虑通讯的可靠性，于适当位置设置数只ZIGBEE中继路由器。系统的组网示意如图3

图3　ZIGBEE（物联网）无线网络电能管理系统解决方案组网示意图

　　公司通过建立ZIGBEE（物联网）无线网络电能管理系统解决方案的工厂试点工程，对ANEZB无线ZIGBEE通讯模块的实际参数进行了验证。详细参数见表2。

表2　ANEZB系列ZIGBEE通讯模块性能参数表

参数备注系统容量工作频段 2.4GHz 不同信道，不同ID可以组成不同的子网。无线信道 16个网络ID数 255个子网容量 ZIGBEE网络终端 1个网络中有时需要牺牲一些ZIGBEE采集器只作中继路由，防止个别节点通信不上。 ZIGBEE采集器 ≤30个表计容量 ≤254个条件穿透距离（单位：米）备注空旷无障碍地方传输距离 1200 24cm厚砖墙，宽4米的房间 16（3堵墙）建议安装在靠近外墙，效果更好。单堵24cm厚砖墙 40 16cm混凝土楼板，层高4米向上传输 8（2层板）向下传输 4（1层板）

　　注1：以上表中数据是试点工程中的实测数据。在实际情况实施时，应视楼宇实际结构而定。
　　注2：无线信号穿透能力，往往还会受到如房间堆放物品的数量，堆放物品的高度等影响。

1.5　性能参数

1.6　接线方式

1.6.1 ZIGBEE采集器

1.6.2 ZIGBEE网络终端

1.7　外形与安装尺寸(mm)

1.7.1 ZIGBEE采集器

1.7.2 ZIGBEE网络终端

1.7.3 安装方式
　　采用35mm标准导轨安装

自助缴费机5G/4G无线组网方案背景自助缴费机以布点多、操作简单为广大民众的日常生活提供了极大的便利，深受民众支持，目前自助缴费机与数据中心联网基本是通过内部放置一台工业级5G/4G路由器来实现。依靠爱陆通5G/4G工业路由器的稳
徐州山水汇邻湾远程预付费电能管理系统的设计与应用本项目为徐州山水汇邻湾提供解决方案。本项目共195只DTSY1352仪表，针对商户用电的性质实现商户用电的智能化管理，为保证商户用电的独立性和安全性，采用多用户计量箱的方案，针对本项目为商业用户配置安
大型设备远程无线监控方案大型设备远程无线监控方案背景随着国家经济的高速发展，对大型设备的需求日益旺盛，且应用在全球各地，例如工业锅炉、数控车床、医疗器械等，在产品服务业全球的时候，产品厂家需要对所有在外的设备进行远程监控管
华北工控网络多媒体广告机解决方案远程实时管理播放信息应用背景随着国内商业与消费环境的日益发达，广告需求也越来越大，数字化、网络化、信息化的多媒体广告机也成了广告传媒市场的一大亮点。但是，目前的广告机大都是单机，要更换广告片必须
大型建筑业电能质量解决方案典型结构：典型的建筑业通常为3级配电结构，从入户的10kv高压主变压器，经过高压配电到10kv/400v变压器，再到低压总配电，经400v母线和开关分配到用电终端设备。由变频器、变流器、电子照
厦门才茂基于GPRS/CDMA无线路灯监控系统解决方案摘要：本文提供了一种基于GPRS/CDMA网络的路灯监控系统设计原理和实现方案，简要介绍了GPRS/CDMA技术的基本知识，描述了GPRS/CDMA无线传输应用于路灯监控系统的实现方法。通过实际应用
如何实现触摸屏与PLC之间或者两PLC之间的中短距离无线数据交换？一、产品优势　　1.485/232数据中短距离无线传输，无需插卡，没有运行费用　 2.由于采用标准modbus RTU协议，所以对PLC编程时不需要编写通讯程序。　 3.安全，可靠，稳定的433MH
自助终端多媒体大屏幕信息联网发布　　　　传统信息发布，通过有线数据线、USB数据盘、SD卡等方式进行信息更新。不仅信息无法实时发布，当工程距离远，分布广时，人工成本直线上升，给运营管理带来很大的不便。　　通过四信工业级无线路由器进