ZigBee無線模塊在電能管理系統中的應用

謝昕東1 康小華2 蘇峰3

(1.淄博建筑設計院 山東淄博 255000)

(2.江西省建筑設計研究總院天津分院 天津市 300457)

(3.上海安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801)

　　摘 要：隨著無線技術的速度發展，無線抄表系統得到了迅速的發展。作為短距離無線通信一員的ZigBee技術也得到迅速發展，基于ZigBee的無線網絡電能管理系統也成為一個非常理想無線抄表系統。本文介紹了基于ZigBee無線通信模塊的設計，包括軟硬件設計。本文還介紹了模塊在ZigBee無線電能管理系統中使用情況及整個系統運行情況。

　　關鍵詞：ZigBee，通信模塊，無線技術，電能管理系統

　　Application of ZigBee Wireless Model in energy Management System

　　XIE xindong1 KANG xiaohua2 SU Feng3

　　(1.Zibo Institute of Architectural Design and Research, Zibo 255000,China;

　　2.Tianjin Branch,Jiangxi Province Architectural & Design General Institute,Tianjin300457,China;

　　3.Shanghai Acrel Co.,Shanghai201801,China)

　　Abstract: By the rapid development of the wireless technology, the wireless meter system development become fast. ZigBee ,as one of the small distance wireless technology, also develops quickly. This paper introduced the design of ZigBee wireless communication model, including the design of hardware and software. this paper also introduced the model’s application in ZigBee wireless energy management system and the work state of this energy management system.

　　Key Word: ZigBee; Communication Model, Wireless Technology; energy Management System

　　1 引言

　　隨著全球范圍內智能電網建設正逐步展開，用戶端是智能電網重要組成部分，用戶端的核心內容包括智能配電與能量管理、智能電器、用電安全、電力計量等多個方面。目前能量管理系統都會考慮采用多種通信技術混合組網的方式，以克服現有技術固有的一些不足，從而達到滿足系統性能和投資回報的要求。目前工業以太網、電力線載波及無線短距離通信被認為是AMR自動抄表系統可用的解決方案。其中無線短距離通信是一個很好的本地通信網絡的解決方案，工業以太網、GPRS及CDMA等遠距離通信可以作為遠程通信網絡，以這樣方式的混合組網被公認為一種很好的解決方案。隨著一種新興的短距離、低速率無線網絡技術ZigBee技術的興起，基于ZigBee技術的本地無線自動抄表系統成為了一個熱點。本文主要介紹了一款基于ZigBee技術無線模塊的設計及其在ZigBee無線自動抄表系統中的應用。

　　2 ZigBee技術的特點

　　ZigBee無線技術的特點是低耗電、低成本、低數據速率、短距離、通信可靠性高。它的網絡拓撲主要支持3種自組織無線網絡類型，即星型結構(Star)、網狀結構(Mesh)和樹型結構(Cluster Tree)，特別是網狀結構，具有很強的網絡健壯性和系統可靠性。這使ZigBee技術在低耗電、低成本、低數據速率、可靠性強的無線抄表系統中發揮巨大的作用。

　　3 ZigBee無線模塊的設計

　　本文設計的ZigBee無線模塊采用導軌式安裝的安裝方式，可以方便地安裝在35mm的標準導軌上，這使模塊能靈活的安裝在各類配電箱、配電柜中。其外觀側視圖如圖1所示。ZigBee無線模塊的技術指標如表1所示。

　　表1 ZigBee無線模塊的技術指標

　　ZigBee無線模塊分為兩類，其中ZigBee信號轉RS485信號的模塊稱為ZigBee采集模塊;而ZigBee信號轉以太網信號的模塊稱為ZigBee網絡終端，它是整個ZigBee網絡的組網發起者，即ZigBee網絡中的中心節點。

圖1 ZigBee模塊側視圖

　　3.1 硬件設計

　　ZigBee無線通信模塊主要由開關電源部分、ZigBee無線傳輸部分及接口轉換部分組成，其原理框圖如圖2所示。

 圖2 ZigBee通信模塊

　　開關電源電路部分主要采用美國PI公司TOP221Y(TOPSwitch)，使用反激式功率變換電路，把交流電源轉換成我們需要的直流電源;無線傳輸部分主要采用MC13213芯片，它是freescale第二代ZigBee芯片，內部帶有MCU芯片和無線收發器，它的原理圖如圖3所示;功率放大器采用SKY65336，它最大可以支持20dbm的功率放大功能，其原理圖如圖4所示;信號轉換電路分RS485轉換電路和以太網轉換電路，其中以太網部分采用周立功的IPORT以太網模塊。

 　圖3 MC13213原理圖

 　圖4 SKY65336原理圖

　　3.2 軟件設計

　　如圖5所示為ZigBee模塊網絡建立的流程圖，整個ZigBee網絡是由中心節點(即ZigBee網絡終端模塊)發起組建的，當網絡建立成功后，此時在同一個網絡頻段上，并且擁有和ZigBee相同網絡ID的ZigBee采集模塊可以自動加入此ZigBee網絡，并且每個ZigBee采集模塊獲得各自獨立的網絡地址。此時，整個ZigBee網絡建立成功，可以準備數據的收發，ZigBee網絡終端通過廣播的方式傳輸數據。

 　圖5 ZigBee模塊網絡建立流程圖