专利名称：一种基于Zigbee技术的开关量传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种开关量传感器，尤其是一种基于Zigbee技术的开关量传感器，属于物联网的感知层技术领域。
背景技术：
物联网是人与人、人与物、物与物全面互联的网络。由于物没有能够标识的“身份证”，因此物与信息是分离的，难以进行管理和跟踪。物联网时代就是要使所有物都有自己的“身份证”，通过感知和识读对数据信息进行自动采集，并通过无线传输实现信息化的智能管理。物联网都拥有自身独特的技术和产业特征，具有创新性强、产业链条长、辐射面广、 带动力强的基本特点，是不同于其他新一代信息技术的新兴技术产业领域。物联网通常由感知层、网络层和应用层组成，包括数据采集、传感器网络组网和协同信息处理、网络通信传输、中间件、应用集成、信息安全等技术。无线传感器网络作为物联网技术的感知层技术，在其发展起着至关重要的作用， 因Zigbee技术特有的低功耗、低复杂度和低成本的优势，其无疑成为无线传感网络通信的首先技术，成功地应用到工业自动控制、智能电网等多个领域之中。Zigbee网络由三种网络节点组成网络协调器、路由节点、终端节点。网络协调器包含所有的网络消息，存储容量大、计算能力最强，发送网络信标、建立一个网络、管理网络节点、存储网络节点信息、寻找一对节点间的路由消息、不间断地接收消息；路由节点是网络中的中继，连接网络各个节点，延伸和扩展网络的覆盖范围和网络规模。终端节点是只能直接发消息给网络协调器和路由节点，所有采集的数据信息都经过该节点而进入Zigbee 通信网络，对处理能力和内存的需求低，可进入省电模式。在物联网中，传感器将各种物体的物理量或状态量转换成电气量，然后再转换成数字量数据来进行监视与控制。其中对开关量设备进行身份标识以及状态监测与控制是非常重要的部分，目前，通常对外场开关量的设备都是通过电缆连入室内的保护设备，然后通过保护设备最终连入物联网数据处理中心。该方法存在一些不足首先，开关量设备比较多时，大量的电缆将占有更多的空间，尤其是存在多个开入量来表达和控制设备的某种状态时，合并布置不灵活，也给管理带来较多复杂；其次，无发对开关量设备进行身份标识； 再者，成本上也不具备优势。
实用新型内容本实用新型的目的是，提供一种开关量传感器，具有布置灵活、传输距离长、安装调试简单、抗干扰能力强、实用性以及性能价格比高的特点。为解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于Zigbee技术的开关量传感器，包括开入电路和开出电路，其特征在于所述开入电路包括开入端子，开入端子通过开入模件与单片机相连，所述开出电路包括开出端子，开出端子通过开出模件与单片机相连，所述单片机与Zigbee无线射频模块相通信。[0008]前述的一种基于Zigbee技术的开关量传感器，其特征在于所述Zigbee无线射频模块与功率放大器相连。前述的一种基于Zigbee技术的开关量传感器，其特征在于还包括电源模块，所述电源模块为3. 3V电池、直流电源或太阳能电池。前述的一种基于Zigbee技术的开关量传感器，其特征在于所述开入电路和开出电路各为4路。前述的一种基于Zigbee技术的开关量传感器，其特征在于还包括两个开关选择按纽，一个用于选择是否使用开入合并功能，一个用于选择是否使用开出合并功能，同时包括两个档位选择按纽，一个用于选择4路开入中哪几路用于开入合并，一个用于选择4路开出中哪几路用于开出合并。本实用新型的工作原理本实用新型采用Zigbee的无线射频芯片做为射频数据的收发处理，使用单片机作为开关量数据的处理以及Zigbee协议栈的实现，开入开出通用模件。根据传输距离的要求不同，无线射频芯片可能需要加上功率放大器模块来增加无线信号传输的距离。该传感器靠近需要采集开关量信息的设备布置，在采集设备的开关量信息的同时，也提供对该设备的身份标识以及一些附属信息。被管理设备通过短引线将开关量接入本传感器，由开入逻辑来判断开关量的状态为高电压或低电压，然后通过单片机的输入引脚来读取开关量的状态，转化成数字1或0， 当开关量状态发生变位时，将触发单片机将开关量状态数据以及设备的身份标识作为应用层数据，按照Zigbee协议标准，将数据打包成IEEE802. 15. 4格式的物理层数据包，并驱动 Zigbee无线射频模块将数据进行编码然后经由天线发送到空中接口进行传输。本开关量传感器通过接收无线信号来获取开出的自动控制命令，由Zigbee无线射频模块解码来自空中接口的信号，解码后将成为Zigbee物理层的帧格式，由单片机按照 Zigbee标准协议进行解包，得到对设备的工作状态的操作命令，然后通过开出逻辑实现最终的开关量控制，开关量控制的结果一般对会通过开入来反馈执行的结果。本实用新型所达到的有益效果采用Zigbee技术来进行开关量状态信息的传输， 替代传统的电缆，将采集的过程前置到靠近设备端，布置灵活可靠、成本低、效率高；同时还提供对每个开入设备的身份标识，方便连入物联网进行统一规划管理；当使用多个开入来表达设备工作状态时，本传感器能够将这些开入信号合并成一个数字来表达设备的工作状态，大大减少了电缆铺设及其复杂度，同时也降低了成本。该传感器特别适合用于任何设备的开关量状态的监视与控制，如对电力系统中的断路器、隔离开关、变压器档位以及柴油发电机组燃油油箱内液位开关量等。
图1为本实用新型的整体结构示意图；图2为本实用新型的开入部分的电路原理图；图3为本实用新型的开出部分的电路原理图。
具体实施方式
[0020]一种基于Zigbee技术的开关量传感器将开关量采集与Zigbee无线技术相结合， 涉及开入、开出、开入开出数据处理以及Zigbee无线信号的发送与接收。本开关量传感器电源有三种方式采用3. 3V电池供电，可用常用的7号电池或纽扣电池，其优势在于电池很容易购买，一般可以使用1-2年左右；5V直流电源供电，根据不同场合需要配上不同的电源适配器，比如将220V交流转成直流5V的适配器，该适配器可以集成在开关量传感器设备中；如果在露天使用，利用新能源太阳能，将太阳能储存在储能电池中，通过储能电池来供电，当储能电池电能被消耗部分，没有饱和，则通过吸收太阳能来补充电能，器件采用5V太阳能电池板和DC 5V储能电池。开入开出逻辑采用光电隔离器件，开入开出电压5V由开关量传感器本身的电源来供电，如果开出电压5V不满足要求，可采用开出电压24V电源供电，同时提供4路开入与 4路开出，更多的开入开出量可以扩充该开入开出逻辑部件来实现，每一路开入都对应一个身份标识ID。因为开关量传感器仅靠被采集的设备端，所以无需强电110V、220V或380V直流供电开出或开入。在开关量传感器面板上提供二个开关选择按纽来，一个用于选择是否使用开入合并功能，一个用于选择是否使用开出合并功能，同时提供两个档位选择按纽，一个用于选择 4路开入中，哪几路用于开入合并，一个用于选择4路开出中，哪几路用于开出合并。开入合并后的设备的标识都以第一个开入的标识做为设备的身份标识。Zigbee无线射频模块实现2. 4G频段无线信号的发射与接收、将无线信号解码成 Zigbee物理层帧数据以及将Zigbee物理层帧数据编码成2. 4G无线信号进行传输的功能， 其编码解码的方式遵循IEEE802. 15. 4协议标准；单片机实现Zigbee标准的协议栈；功率放大器在发射时起着功率线性放大的作用，目的是增加无线信号的覆盖范围，实现Zigbee 协议数据的更长距离的传输与通信。上面三者结合可以放入一块SoC的芯片之中，市面也有些比较成熟的芯片厂商，如freescale、TI和Jermic等，本实用新型采用JermiC5148的芯片来实现。综上所述，采用本实用新型后，能够有效利用近距离无线传输的优势灵活布置、 可靠传输、低成本等，充分结合物联网的核心技术，将采集前置于设备端，采用Zigbee技术来承载开关量、自动控制以及其他的状态和身份标识等信息，减少了对电缆采购、布置与管理的需求，同时也减少了对强电开入的需求。本发明特别适用于开关量设备的状态监测与自动控制，如断路器、隔离开关、变压器档位、柴油发电机组燃油油箱内液位开关量等。由此可见，本发明具有显著性进步和优化提高的特点，其应用前景非常广阔。以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例子而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与装饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
权利要求1.一种基于Zigbee技术的开关量传感器，包括开入电路和开出电路，其特征在于所述开入电路包括开入端子，开入端子通过开入模件与单片机相连，所述开出电路包括开出端子，开出端子通过开出模件与单片机相连，所述单片机与Zigbee无线射频模块相通信。
2.根据权利要求1所述的一种基于Zigbee技术的开关量传感器，其特征在于所述 Zigbee无线射频模块与功率放大器相连。
3.根据权利要求1所述的一种基于Zigbee技术的开关量传感器，其特征在于还包括电源模块，所述电源模块为3. 3V电池、直流电源或太阳能电池。
4.根据权利要求1所述的一种基于Zigbee技术的开关量传感器，其特征在于所述开入电路和开出电路各为4路。
5.根据权利要求4所述的一种基于Zigbee技术的开关量传感器，其特征在于还包括两个开关选择按纽，一个用于选择是否使用开入合并功能，一个用于选择是否使用开出合并功能，同时包括两个档位选择按纽，一个用于选择4路开入中哪几路用于开入合并，一个用于选择4路开出中哪几路用于开出合并。
专利摘要本实用新型公开了一种基于Zigbee技术的开关量传感器，包括开入电路和开出电路，其特征在于所述开入电路包括开入端子，开入端子通过开入模件与单片机相连，所述开出电路包括开出端子，开出端子通过开出模件与单片机相连，所述单片机与Zigbee无线射频模块相通信。本实用新型采用Zigbee技术来进行开关量状态信息的传输，替代传统的电缆，将采集的过程前置到靠近设备端，布置灵活可靠、成本低、效率高。
文档编号G01R31/327GK202166724SQ20112025911
公开日2012年3月14日 申请日期2011年7月21日 优先权日2011年7月21日
发明者刘亮, 张笑天, 张雷, 徐大可, 杨春瑜, 赖晓璐 申请人:国电南京自动化股份有限公司