专利名称：一种基于ZigBee技术的无线远程抄表控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种无线通讯技术以及自动数据采集技术，具体涉及到一种基于ZigBee 技术的无线远程抄表控制系统。
背景技术：
目前供电部门通过电表计量各用户用电量，以往的机械电表需人工上门抄表，增加了电 力部门管理成本，现在可以利用电力线载波技术远程抄表或者预付费电表来解决这个问题。 随着工业的迅速发展和人们生活水平的提高，空调、电视等家用电器越来越普及，民用和工 业用电量持续增加，我国的电力资源相对不足，节约用电也提到日程上来。在一些城市对电 量实行了分时分段计价方式，对用户而言，就要关心很多用电参数，例如，电价什么时段便 宜，什么时段高，在某个时段的用电量及电费，要想査看这些参数必须到放置电表处査看， 非常麻烦，而且不可能达到实时效果，使用户节电意识淡化。
使用无线抄表系统对现场设备进行数据采集与参数设置具有性能稳定、移动性强、组网 灵活等优势。然而，目前无线抄表系统釆用的无线通信技术(例如蓝牙、802. ll等)主要是 点对点或者点对多点的通信方式，数据的传输没有路由功能，这极大地局限了无线抄表的有 效范围和可靠性。ZigBee无线通信技术是一种低速率、低成本、低功耗的短程无线网络协议。 在众多无线网络技术中，ZigBee技术具有数据传输安全可靠、组网简易灵活、设备成本低、 电池寿命长等独特的优势，而基于ZigBee技术的抄表控制系统将具有低成本、可靠性好、可 维护性高、适用性好的特点。
发明内容
本实用新型的目的是针对上述不足，提供一种性价比高，组网灵活，通信效果好，软件 升级方便，显示的数据容量大，以及适用于工业现场，方便携带的基于ZigBee技术的无线远 程抄表控制系统。
一种基于ZigBee技术的无线远程抄表控制系统，包括电表本体和外置显示装置，所述的 外置显示装置与电表本体通过Zigbee无线通讯网络连接；电表本体包括主控单元电路及分别 与主控单元电路连接的电能计量模块、断电控制模块、Zigbee网络通讯模块、GPRS/CDMA 网络通讯模块、LCD显示模块；还包括与各部分相连接的电源模块；所述的主控电路为中央 控制处理器，包括单片机及存储单片机参数数据的随机存储器FLASH、存储器RAM和
3EEPROM，分别通过各自的数据总线、地址总线和控制总线连接主控电路的输入/输出接口， 按键接口连接中央控制处理器输入接口，液晶显示模块连接中央控制处理器数据输出接口， Zigbee网络通讯的异步串行通信接口与中央控制处理器的串口相连，完成中央控制处理器与 Zigbee网络通讯模块之间的数据交换；所述的电能计量模块，其输入端采样电力线路的信号， 输出端输出电能计量数据至单片机；所述的GPRS/CDMA无线通讯模块，其一端与外部进行 数据交换，另一端连接至单片机的串行数据口；所述的断电控制模块，由单片机接收外部断 电控制信号，控制电表内置继电器的闭合或断开来控制用户线路相线的连通或断开；所述的 LCD显示模块，由单片机直接驱动，显示电表各项参数数据；所述的电源模块用于给整个内 部功能电路提供电源；所述的Zigbee网络通讯模块用于与外置LCD显示装置通讯，传输电 表本体的各计量数据。
其中，所述的外置显示装置包括单片机及与单片机连接的存储器、液晶驱动IC、 Zigbee 网络通讯模块、与液晶驱动IC连接的液晶显示屏、与以上部分均连接的电源模块。
其中，所述的随机存储器FLASH存储程序代码，存储器RAM存储采集的数据，EEPROM 存储汉字字库。
其中，所述的Zigbee网络通讯模块具有自动组网和路由功能，自动组成Mesh结构网络。 其中，该Zigbee抄表系统通过Mesh结构网络的路由路径完成数据采集和无线控制。
本实用新型的有益效果是(1)提供了一种入网快捷，灵活方便，通信安全可靠，便于 携带，抄表工作范围广，数据传输安全可靠的无线抄表系统；(2)通过增加GPRS/CDMA无 线通讯模块和Zigbee网络通讯模块，使电表能够通过移动网络传输付费信息，利于电力部门 管理，又通过Zigbee网络通讯技术搭配另外的显示装置，使用户能够方便的査看各项用电参 数，能够计划用电，节约资源；(3)该抄表系统可以有效地扩大抄表的有效范围，抄表器只 需要进入Zigbee无线网络覆盖的有效区域内，依靠网络中的路由路径完成对网络中整个工业 现场设备的数据采集以及无线控制。
图1是本实用新型的原理组成示意图2是本实用新型的外置显示装置组成示意图3是本实用新型和控制中心的通信连接示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细的描述。如图1所示，本实用新型主要包括电表本体和外置显示装置，所述的外置显示装置与电 表本体通过Zigbee无线通讯网络连接；电表本体包括主控单元电路及分别与主控单元电路连 接的电能计量模块、断电控制模块、Zigbee网络通讯模块、GPRS/CDMA网络通讯模块、LCD 显示模块；还包括与各部分相连接的电源模块；所述的主控电路为中央控制处理器，包括单 片机及存储单片机参数数据的随机存储器FLASH、存储器RAM和EEPROM，分别通过各自 的数据总线、地址总线和控制总线连接主控电路的输入/输出接口，按键接口连接中央控制处 理器输入接口，液晶显示模块连接中央控制处理器数据输出接口， Zigbee网络通讯的异步串 行通信接口与中央控制处理器的串口相连，完成中央控制处理器与Zigbee网络通讯模块之间 的数据交换；所述的电能计量模块，其输入端采样电力线路的信号，输出端输出电能计量数 据至单片机；所述的GPRS/CDMA无线通讯模块，其一端与外部进行数据交换，另一端连接 至单片机的串行数据口；所述的断电控制模块，由单片机接收外部断电控制信号，控制电表 内置继电器的闭合或断开来控制用户线路相线的连通或断开；所述的LCD显示模块，由单片 机直接驱动，显示电表各项参数数据；所述的电源模块用于给整个内部功能电路提供电源； 所述的Zigbee网络通讯模块用于与外置LCD显示装置通讯，传输电表本体的各计量数据。
LCD显示模块在读写控制信号以及控制线的控制下通过数据总线连接中央控制处理器输 出接口，实现显示数据的输出。液晶显示提供一个交互式图形用户界面给现场操作人员，通 过调用RAM存储器中存储的采集到的各种数据，可以直观地了解现场设备的各项参数，并 且通过EEPROM存储器存储的汉字字库，可实现显示菜单的汉字显示。键盘通过键盘接口电 路连接中央控制处理器，在键盘上输入各种命令，可以实现各级菜单的翻阅、现场设备参数 的设定和修改、控制指令的发出等功能。
Zigbee网络通讯模块是实现数据无线发送和接收的终端，它通过串口与中央控制处理器 通信。该Zigbee抄表器采用的是具有自动组网、自动路由功能的Zigbee模块，该模块的硬件 接口方式为异步串口通信，软件接口方式是一系列通信命令格式。将模块的串口与微处理器 的串口进行硬件交叉互连后，可使用配置命令对Zigbee模块的各种关键属性(例如无线收 发频段，功率等)进行配置，属性设置完成后可以利用通信命令将需要发送的数据包含在命 令中，遵循串口通信协议，将需发送的数据传送给Zigbee通信模块，Zigbee通信模块接收到 包含有数据的通信命令后从中取出数据并以无线电磁波的形式发送出去，接收数据的过程与 此相反。
这些Zigbee终端节点设备会自动的搜寻自己周围的Zigbee设备并建立连接，渐渐地组成 一个网状结构(Mesh)的Zigbee无线通信网络。Zigbee抄表器进入这个已经形成的Zigbee 无线通信网络，通过鉴权和认证后加入到该网络成为其中的一个节点。该基于Zigbee技术的抄表器依托网状结构(Mesh)的网络，路由查找网络中每一个Zigbee设备，通过Zigbee网 络通讯模块实现数据的收发，获得相关的设备类型和参数并保存到存储器RAM中，由中央 控制处理器将上述采集到的设备类型和参数通过译码电路译码送入液晶显示屏显示，用户通 过控制键盘发送控制命令，实现对现场设备的控制，Zigbee网络通讯模块同时具有与上位计 算机通讯的功能，Zigbee抄表器采集到的现场数据通过Zigbee网络通讯模块上传到Zigbee 接入点，Zigbee接入点再将数据通过以太网络传送到上位监控机，这样可实现对现场设备的 远程控制。在通讯过程中，管理中心通过GPRS/CDMA无线通讯方式与电表本体通讯以及传 输信息，电表本体再通过Zigbee网络将这些信息和客户用电信息传送给客户端的外置显示装 置，让用户能够时时方便的查看。
在实际应用中，电表本体可同现有电表一样安装使用，便于电力部门的管理，外置显示 装置可按用户需求安装到方便査看的位置。用户到电力部门预交电费后，电表正常工作，当 电费剩余金额低于一定值时电力部门还可以通过GPRS/CDMA网络将催费信息传送给电表， 电表接收到信息后，通过Zigbee网络通讯模块将信息传送给外置显示装置，通知用户交费。 如果电表接收到欠费信息，将启动断电控制模块切断电源。在电表正常工作时，还会通过 Zigbee网络通讯模块将电量信息传送给外置显示装置，外置显示装置内带CPU及存储器，会 将电量信息计算转换成电费信息显示。如果电力部门是分时定价，还可以设置显示各时间段 用电单价、总价，并存储历史用电数据供用户随时査看。
显然上述实施例不是对本实用新型的限制，上述的基于ZigBee技术的无线远程抄表控制 系统还可以有许多变化。虽然己经结合上述例子详细讨论了本实用新型，但应该理解到业 内专业人士可以显而易见地想到的一些雷同，代替方案，均落入本实用新型权利要求所限定 的保护范围之内。
权利要求1.一种基于ZigBee技术的无线远程抄表控制系统，包括电表本体和外置显示装置，其特征在于，所述的外置显示装置与电表本体通过Zigbee无线通讯网络连接；电表本体包括主控单元电路及分别与主控单元电路连接的电能计量模块、断电控制模块、Zigbee网络通讯模块、GPRS/CDMA网络通讯模块、LCD显示模块；还包括与各部分相连接的电源模块；所述的主控电路为中央控制处理器，包括单片机及存储单片机参数数据的随机存储器FLASH、存储器RAM和EEPROM，分别通过各自的数据总线、地址总线和控制总线连接主控电路的输入/输出接口，按键接口连接中央控制处理器输入接口，液晶显示模块连接中央控制处理器数据输出接口，Zigbee网络通讯的异步串行通信接口与中央控制处理器的串口相连，完成中央控制处理器与Zigbee网络通讯模块之间的数据交换；所述的电能计量模块，其输入端采样电力线路的信号，输出端输出电能计量数据至单片机；所述的GPRS/CDMA无线通讯模块，其一端与外部进行数据交换，另一端连接至单片机的串行数据口；所述的断电控制模块，由单片机接收外部断电控制信号，控制电表内置继电器的闭合或断开来控制用户线路相线的连通或断开；所述的LCD显示模块，由单片机直接驱动，显示电表各项参数数据；所述的电源模块用于给整个内部功能电路提供电源；所述的Zigbee网络通讯模块用于与外置LCD显示装置通讯，传输电表本体的各种计量数据。
2. 根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的无线远程抄表控制系统，其特征在于，所述的 外置显示装置包括单片机及与单片机连接的存储器、液晶驱动IC、 Zigbee网络通讯模块、 与液晶驱动IC连接的液晶显示屏、与以上部分均连接的电源模块。
3. 权利要求l所述的基于ZigBee技术的无线远程抄表控制系统，其特征在于，所述的随机 存储器FLASH存储程序代码，存储器RAM存储采集的数据，EEPROM存储汉字字库。
4. 根据权利要求l所述的基于ZigBee技术的无线远程抄表控制系统，其特征在于，所述的 Zigbee网络通讯模块具有自动组网和路由功能，自动组成Mesh结构网络。
5. 根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的无线远程抄表控制系统，其特征在于，该Zigbee 抄表系统通过Mesh结构网络的路由路径完成数据采集和无线控制。
专利摘要本实用新型公开了一种基于ZigBee技术的无线远程抄表控制系统，它包括电表本体和外置显示装置。所述的外置显示装置与电表本体通过Zigbee无线通讯网络连接，电表本体包括主控单元电路及分别与主控单元电路连接的电能计量模块、断电控制模块、Zigbee网络通讯模块、GPRS/CDMA网络通讯模块、LCD显示模块；还包括与各部分相连接的电源模块；所述的主控电路为中央控制处理器，包括单片机及存储单片机参数数据的随机存储器FLASH、存储器RAM和EEPROM。本实用新型组网灵活，通信效果好，软件升级方便，显示的数据容量大，以及适用于工业现场。
文档编号G08C17/02GK201408476SQ200920056769
公开日2010年2月17日 申请日期2009年5月19日 优先权日2009年5月19日
发明者吕晓冬 申请人:吕晓冬