一种基于ZigBee无线传输网络的燃气流量计装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于ZigBee无线传输网络的燃气流量计装置，包括ZigBee节点、协调器和PC机，ZigBee节点与ZigBee协调器按星型拓扑结构连接，ZigBee协调器直接与PC机连接；ZigBee节点包括RS485电平电路、主控制器电路和ZigBee无线传输模块电路。ZigBee节点中的RS485电平电路用于将总线信号输出到单片机；ZigBee节点中的主控制器电路用于接收并传输信号；ZigBee节点中的ZigBee无线传输模块电路用于将信号进行无线传输。本装置具有数据采集的准确性、系统的低功耗、实时性和稳定性的特点。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种计量气体流量的装置，具体地说，涉及一种采用ZigBee无线 传输协议的计量气体流量装置。 -种基于Z i gBee无线传输网络的燃气流量计装置
【背景技术】
[0002] 气体流量计是计量流经管道中气体流量的容积式仪表。燃气公司要求实时、准确、 全面地感知燃气终端用户的用气状态，掌握用气规律，保证各类燃气用户有足够流量和压 力的燃气，但目前单一的气体流量计无法实现上述要求。
[0003] 《基于GPRS的流量计数据采集系统》，发表时间2006年10月30日，该文献公开了 一种数据传输采用基于GSM网络的GPRS无线传输技术的流量计。该文献的流量计也存在 不能实时保证用户有足够流量这一弊端。 实用新型内容
[0004] 针对现有技术的不足，本实用新型的目的是在于提供一种采用RS485总线采集单 台气体流量计的ZigBee节点数据；搭建基于ZigBee无线传感器网络的数据传输网络，结合 网络协议的层次结构，开发数据采集和传输、组网。
[0005] 本实用新型的技术方案是：采用一种基于ZigBee无线传输网络的燃气流量计装 置，包括ZigBee节点、ZigBee协调器和PC机；ZigBee节点包括RS485电平电路、主控制器 电路和ZigBee无线传输模块电路；ZigBee协调器包括ZigBee无线传输模块电路、主控制 器电路和RS232电平电路。
[0006] 所述ZigBee节点的RS485电平电路包括插针J1，电阻Rl，MAX485芯片U1 ;插针 J1与RS485总线相连，RS485总线的两端并接电阻Rl，RS485总线两端分别与U1的6脚、7 脚相连；U1的8脚接5V电源，U1的5脚接地；U1的2脚、3脚同时与U2的41脚相连，U1的 1脚与U2的42脚相连，U1的4脚与U2的43脚相连。
[0007] 所述ZigBee节点的主控制器电路包括主控制芯片为STC12C5A60S2单片机U2,电 解电容C1，电阻R2,电容C3、C4,晶振Y1 ;U2的38脚外接电源，U2的16脚接地；U2的41脚 与U1的2脚、3脚连接，U2的42脚与U1的1脚连接，U2的43脚与U1的4脚连接；晶振 Y1两端分别与U2的14脚、15脚连接，U2的14脚、15脚串联电容C3、C4,电容C3、C4的公 共端接地；U2的4脚接电解电容C1的负极，电解电容C1的正极接5V电源，U2的4脚接电 阻R2,电阻R2的另一端接地；U2的5脚、7脚分别与U3的17脚、18脚相连。
[0008] 所述ZigBee节点的ZigBee无线传输模块电路包括电阻R3、R4、R5,电容C2,开关 SI、S2, ZigBee无线组网数传模块U3 ;U3的17脚、18脚分别与U2的5脚、7脚相连；U3的 1脚接地，U3的2脚接3. 3V电源；U3的7脚接电阻R3、R4的公共端，电阻R3的另一端接 3. 3V电源，电阻R4的另一端接开关S1，开关S1的另一端接地，电阻R4与开关S1的公共端 接电容C2,电容C2的另一端接地；U3的11脚接电阻R5和开关S2的公共端，电阻R5的另 一端接3. 3V电源，开关S2的另一端接地。
[0009] 所述ZigBee协调器的ZigBee无线传输模块电路包括电容C5,电阻R6、R7、R8,开 关S3、S4, ZigBee无线组网数传模块U4 ;U4的17脚、18脚分别与U5的42脚、43脚相连， U4的1脚接地，U4的2脚接3. 3V电源；U4的7脚接电阻R7、R8的公共端，电阻R7的另一 端接3. 3V电源，电阻R8的另一端接开关S4,开关S4的另一端接地，电阻R8与开关S4的公 共端接电容C5,电容C5的另一端接地；U4的11脚接电阻R6和开关S3的公共端，电阻R6 的另一端接3. 3V电源，开关S3的另一端接地。
[0010] 所述ZigBee协调器的主控制器电路包括主控制芯片为STC12C5A60S2单片机U5， 电容C13、C12,晶振Y2,电解电容C11，电阻R9 ;U5的38脚外接电源，U5的16脚接地；U5的 42脚、43脚分别与U4的17脚、18脚连接；晶振Y2的两端分别与U5的14脚、15脚连接，U5 的14脚、15脚串联电容C13、C12,电容C13、C12的公共端接地；U5的4脚接电解电容C11 的负极，电解电容C11的正极接5V电源，U5的4脚接电阻R9,电阻R9的另一端接地；U5的 5脚、7脚分别与U6的10脚、9脚相连。
[0011] 所述ZigBee协调器的RS232电平电路包括电容C6、C7、C8、C9、C10, MAX232芯片 U6,串口 J2 ;U6的1脚接电容C10,电容C10的另一端接U6的3脚；U6的4脚接电容C9,电 容C9的另一端接U6的5脚；U6的2脚接电容C6,电容C6的另一端接地；U6的6脚接电容 C8,电容C8的另一端接U6的15脚，U6的15脚接地；U6的16脚接电容C7,电容C7的另一 端接地，U6的16脚接5V电源；U6的9脚、10脚分别与U5的7脚、5脚相连；U6的7脚、8脚 分别与串口 J2的2脚、3脚相连。
[0012] 与现有技术相比，本实用新型有益效果是：
[0013] 1.方便用户读取数据。利用ZigBee协调器与PC机连接，直接将数据上传到PC 机，用户可以直接通过PC机读取数据。
[0014] 2.实时性。利用ZigBee节点与ZigBee协调器组网，可以实时进行数据采集、更新 数据，掌握用气规律。
[0015] 3.控制简单。本实用新型形成的是星型拓扑结构，方便企业管理，容易进行故障检 测和排除。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的说明。
[0017] 图1是本实用新型ZigBee节点的电路原理图。其中：11-RS485电平电路，12- 主控制器电路，13 -ZigBee无线传输模块电路。
[0018] 图2是本实用新型ZigBee协调器的电路原理图。其中：21-ZigBee无线传输模 块电路，22-主控制器电路，23-RS232电平电路。
[0019] 图3是本实用新型形成的拓扑结构图。其中：31-燃气流量计，32-ZigBee节点， 33 - ZigBee 协调器，33 - PC 机。
【具体实施方式】
[0020] 如图1所示，本实用新型ZigBee节点包括RS485电平电路、主控制器电路、ZigBee 无线传输模块电路；如图2所示，本实用新型ZigBee协调器包括ZigBee无线传输模块电 路、主控制器电路、RS232电平电路；如图3所示，本实用新型的拓扑结构包括燃气流量计， ZigBee节点，ZigBee协调器，PC机。
[0021] ZigBee节点包括RS485电平电路、主控制器电路和ZigBee无线传输模块电路。 RS485电平电路11用于将485信号转换成TTL信号，供单片机运行；主控制器电路12用于 接收RS485总线信号并将信号传给ZigBee模块；ZigBee无线传输模块电路13接收单片机 信号并与其他ZigBee节点组网，将信号无线传输给ZigBee协调器。
[0022] RS485电平电路11包括插针J1，电阻R1，MAX485芯片U1。插针J1与RS485总线 相连，RS485总线的两端并接电阻R1，以消除在通信电缆中的信号反射，RS485总线的两端 接分别与U1的6脚、7脚相连；U1的8脚接5V电源，U1的5脚接地；U1的2脚、3脚同时与 U2的41脚相连，U1的1脚与U2的42脚相连，U1的4脚与U2的43脚相连；当U1的引脚 2低电平时，U1的引脚1有效，MAX485通过引脚1把来自总线的信号输出到单片机U2。
[0023] 主控制器电路12包括主控制芯片为STC12C5A60S2单片机U2,电解电容C1，电阻 R2,电容C3、C4,晶振Yl。U2的38脚外接电源，U2的16脚接地；U2的41脚与U1的2脚、 3脚连接，U2的42脚与U1的1脚连接，U2的43脚与U1的4脚连接，以接收来自总线的信 号；晶振Y1两端分别与U2的14脚、15脚连接，U2的14脚、15脚串联电容C3、C4,电容C3、 C4的公共端接地；U2的4脚接电解电容C1的负极，电解电容C1的正极接5V电源，U2的4 脚接电阻R2,电阻R2的另一端接地；U2的5脚、7脚分别与U3的17脚、18脚相连，将信号 传给U3。
[0024] ZigBee无线传输模块电路13包括电阻R3、R4、R5,电容C2,开关SI、S2, ZigBee 无线组网数传模块U3。U3的17脚、18脚分别与U2的5脚、7脚相连，以接收来自U3的信 号；U3的1脚接地，U3的2脚接3. 3V电源；U3的7脚接电阻R3、R4的公共端，电阻R3的 另一端接3. 3V电源，电阻R4的另一端接开关S1，开关S1的另一端接地，电阻R4与开关S1 的公共端接电容C2,电容C2的另一端接地；U3的11脚接电阻R5和开关S2的公共端，电阻 R5的另一端接3. 3V电源，开关S2的另一端接地。
[0025] ZigBee协调器包括ZigBee无线传输模块电路、主控制器电路、RS232电平电路。 ZigBee无线传输模块电路21用于无线接收ZigBee节点传来的信号；主控制器电路22用 接收信号并传给RS232电平电路；RS232电平电路23用于计算机和单片机的串口通信，进 行数据传输。
[0026] ZigBee无线传输模块21电路包括电容C5,电阻1?6、1?7、1?8，开关53、54,2丨8866无 线组网数传模块U4。U4的17脚、18脚分别与U5的42脚、43脚相连，将接收到的信号传输 给U5 ;U4的7脚接电阻R7、R8的公共端，电阻R7的另一端接3. 3V电源，电阻R8的另一端 接开关S4,开关S4的另一端接地，电阻R8与开关S4的公共端接电容C5,电容C5的另一端 接地；U4的11脚接电阻R6和开关S3的公共端，电阻R6的另一端接3. 3V电源，开关S3的 另一端接地。
[0027] 主控制器电路22包括主控制芯片为STC12C5A60S2单片机U5,电容C13、C12,晶振 Y2,电解电容C11，电阻R9。U5的38脚外接电源，U5的16脚接地；U5的42脚、43脚分别 与U4的17脚、18脚连接，以接收来自U4的信号；晶振Y2的两端分别与U5的14脚、15脚 连接，U5的14脚、15脚串联电容C13、C12,电容C13、C12的公共端接地；U5的4脚接电解 电容C11的负极，电解电容C11的正极接5V电源，U5的4脚接电阻R9,电阻R9的另一端接 地；U5的5脚、7脚分别与U6的10脚、9脚相连，将信号传输给U6。
[0028] RS232 电平电路 23 包括电容 C6、C7、C8、C9、C10, MAX232 芯片 U6,串口 J2。U6 的 1脚接电容CIO,电容CIO的另一端接U6的3脚；U6的4脚接电容C9,电容C9的另一端接 U6的5脚；U6的2脚接电容C6,电容C6的另一端接地；U6的6脚接电容C8,电容C8的另 一端接U6的15脚，U6的15脚接地；U6的16脚接电容C7,电容C7的另一端接地，U6的16 脚接5V电源；U6的9脚、10脚分别与U5的7脚、5脚相连；U6的7脚、8脚分别与串口 J2 的2脚、3脚相连，形成数据转换通道，TTL电平经过MAX232芯片转换成232信号。
[0029] 燃气流量计31通过RS485总线与ZigBee节点32连接，ZigBee节点32通过ZigBee 组网与ZigBee协调器33无线连接，ZigBee协调器33通过RS232总线与PC机34连接。
【权利要求】
1. 一种基于ZigBee无线传输网络的燃气流量计装置，包括ZigBee节点、ZigBee协调 器和PC机，ZigBee节点与ZigBee协调器按星型拓扑结构连接，ZigBee协调器直接与PC机 连接；ZigBee节点包括RS485电平电路、主控制器电路，ZigBee协调器包括主控制器电路和 RS232电平电路，其特征在于，ZigBee节点还包括ZigBee无线传输模块电路；ZigBee协调 器还包括ZigBee无线传输模块电路。
2. 根据权利要求1所述的一种基于ZigBee无线传输网络的燃气流量计装置，其特征 在于，所述ZigBee节点中的RS485电平电路包括插针J1，电阻R1，MAX485芯片U1 ;插针J1 与RS485总线相连，RS485总线的两端并接电阻Rl，RS485总线两端分别与U1的6脚、7脚 相连；U1的8脚接5V电源，U1的5脚接地；U1的2脚、3脚同时与U2的41脚相连，U1的1 脚与U2的42脚相连，U1的4脚与U2的43脚相连。
3. 根据权利要求1所述的一种基于ZigBee无线传输网络的燃气流量计装置，其特征 在于，所述ZigBee节点中的主控制器电路包括主控制芯片为STC12C5A60S2单片机U2,电解 电容C1，电阻R2,电容C3、C4,晶振Y1 ;U2的38脚外接电源，U2的16脚接地；U2的41脚 与U1的2脚、3脚连接，U2的42脚与U1的1脚连接，U2的43脚与U1的4脚连接；晶振 Y1两端分别与U2的14脚、15脚连接，U2的14脚、15脚串联电容C3、C4,电容C3、C4的公 共端接地；U2的4脚接电解电容C1的负极，电解电容C1的正极接5V电源，U2的4脚接电 阻R2,电阻R2的另一端接地；U2的5脚、7脚分别与U3的17脚、18脚相连。
4. 根据权利要求1所述的一种基于ZigBee无线传输网络的燃气流量计装置，其特征在 于，所述ZigBee节点中的ZigBee无线传输模块电路包括电阻R3、R4、R5,电容C2,开关S1、 S2, ZigBee无线组网数传模块U3 ;U3的17脚、18脚分别与U2的5脚、7脚相连；U3的1脚 接地，U3的2脚接3. 3V电源；U3的7脚接电阻R3、R4的公共端，电阻R3的另一端接3. 3V 电源，电阻R4的另一端接开关S1，开关S1的另一端接地，电阻R4与开关S1的公共端接电 容C2,电容C2的另一端接地；U3的11脚接电阻R5和开关S2的公共端，电阻R5的另一端 接3. 3V电源，开关S2的另一端接地。
5. 根据权利要求1所述的一种基于ZigBee无线传输网络的燃气流量计装置，其特征 在于，所述ZigBee协调器中的ZigBee无线传输模块电路包括电容C5,电阻R6、R7、R8,开 关S3、S4, ZigBee无线组网数传模块U4 ;U4的17脚、18脚分别与U5的42脚、43脚相连， U4的1脚接地，U4的2脚接3. 3V电源；U4的7脚接电阻R7、R8的公共端，电阻R7的另一 端接3. 3V电源，电阻R8的另一端接开关S4,开关S4的另一端接地，电阻R8与开关S4的公 共端接电容C5,电容C5的另一端接地；U4的11脚接电阻R6和开关S3的公共端，电阻R6 的另一端接3. 3V电源，开关S3的另一端接地。
6. 根据权利要求1所述的一种基于ZigBee无线传输网络的燃气流量计装置，其特征在 于，所述ZigBee协调器中的主控制器电路包括主控制芯片为STC12C5A60S2单片机U5,电容 C13、C12,晶振Y2,电解电容C11，电阻R9 ;U5的38脚外接电源，U5的16脚接地；U5的42 脚、43脚分别与U4的17脚、18脚连接；晶振Y2的两端分别与U5的14脚、15脚连接，U5的 14脚、15脚串联电容C13、C12,电容C13、C12的公共端接地；U5的4脚接电解电容C11的 负极，电解电容C11的正极接5V电源，U5的4脚接电阻R9,电阻R9的另一端接地；U5的5 脚、7脚分别与U6的10脚、9脚相连。
7. 根据权利要求1所述的一种基于ZigBee无线传输网络的燃气流量计装置，其特征在 于，所述2丨8866协调器中的1?232电平电路包括电容06、07、08、09、(：10，麻乂232芯片诎， 串口 J2 ;U6的1脚接电容C10,电容CIO的另一端接U6的3脚；U6的4脚接电容C9,电容 C9的另一端接U6的5脚；U6的2脚接电容C6,电容C6的另一端接地；U6的6脚接电容C8， 电容C8的另一端接U6的15脚，U6的15脚接地；U6的16脚接电容C7,电容C7的另一端 接地，U6的16脚接5V电源；U6的9脚、10脚分别与U5的7脚、5脚相连；U6的7脚、8脚 分别与串口 J2的2脚、3脚相连。
【文档编号】H04W84/18GK203893898SQ201420246664
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年5月15日 优先权日:2014年5月15日
【发明者】刘媛, 朱静, 王利强, 梁国栋, 严兵, 赵光, 毛行星 申请人:天津职业技术师范大学, 天津市第五机床厂