【正文】 .......................................................................... 19 IAR Embedded Workbench 開發(fā)環(huán)境 .................................................. 19 TI Smartrf Flash Programmer 介紹 ........................................................... 20 串口助手介紹 ........................................................................................... 21 Labview 介紹 ............................................................................................ 21 模塊程序設(shè)計(jì)流程 ............................................................................................ 22 終端節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) ........................................................................................... 22 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器軟件設(shè)計(jì) .............................................................................. 28 上位機(jī)界面設(shè)計(jì) ................................................................................................. 29 設(shè)計(jì)概述 ................................................................................................... 29 讀寫模塊程序設(shè)計(jì) ................................................................................... 30 串口模塊設(shè)計(jì) ........................................................................................... 30 溫度報(bào)警模塊設(shè)計(jì) ................................................................................... 31 前面板設(shè)計(jì) ............................................................................................... 31 6 系統(tǒng)整體調(diào)試及結(jié)果 .................................................................................................. 32 協(xié)調(diào)器組網(wǎng)功能測試 ......................................................................................... 32 終端節(jié)點(diǎn)入網(wǎng) 功能 測試 ..................................................................................... 32 上位機(jī)檢測功能調(diào)試結(jié)果 ................................................................................. 33 7 結(jié)論 .............................................................................................................................. 34 謝辭 .................................................................................................................................. 35 參考文獻(xiàn) .......................................................................................................................... 36 附錄 1 ................................................................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 附錄 2 ............................................................................................................................... 37 外文資料 .......................................................................................................................... 54 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 1 1 引 言 課題背景 隨著供電負(fù)荷的迅速增加以及供電設(shè)備的老化，變電站由于輸變線路接頭溫度過高引起的火災(zāi)、爆炸現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響到用電安全， 給供電、用電雙方帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失， 近年來， 對(duì)變電站災(zāi)害的實(shí)時(shí)監(jiān)測、預(yù)警成為電力系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn) [10]。因此，為智能變電站設(shè)計(jì)可靠且實(shí)用的溫 度采集系統(tǒng)非常重要。 傳統(tǒng)的變電站接頭溫度檢測方法是人工手持紅外溫度探測槍進(jìn)行逐點(diǎn)測溫，這種模式常出現(xiàn)漏測、誤報(bào)現(xiàn)象，而且高電壓、強(qiáng)輻射環(huán)境給工作人員帶來身體傷害 。尤其對(duì)于變電站廣闊空間環(huán)境中的溫 度采集，如果采用有線方式其成本和功耗都比較高。 于是我們現(xiàn)在就需要一種技術(shù)，能夠?qū)ψ冸娬镜臏?度參數(shù)進(jìn)行無線采集。這樣既能省去人為采集的麻煩，也不再需要鋪設(shè)較長 的傳輸線，為變 電站的溫 度檢測帶來 便捷 [4]。 現(xiàn)在國內(nèi)外應(yīng)用比較多的無線傳輸技術(shù)有紅外技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、 ZigBee 技術(shù)等。紅外技術(shù)為短距離、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直線數(shù)據(jù)傳輸，保密性強(qiáng)，傳輸速率高，但是通信距離短，通信過程中不能移動(dòng)，遇到障礙物通信中斷，所以不適合本系統(tǒng)。藍(lán)牙技術(shù)是一種短距離的無線傳輸應(yīng)用技術(shù)，比較紅外技術(shù)它通信更方便，而且穩(wěn)定，但是成本和功耗都較高。 ZigBee 技術(shù)是一種基于 IEEE 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術(shù)，主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備 之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用，己成當(dāng)下較為流行的無線通信技術(shù)。最大的特點(diǎn)就是低功耗，一節(jié)電池就可以維持 6 個(gè)月到數(shù)年的工作時(shí)間。 比較得知，溫濕度采集是一個(gè)長期的過程，而且如果大批量來更換電池是個(gè)較為麻煩的過程。因此，適合采用 ZigBee 技術(shù)來做智能變電站的數(shù)據(jù)傳輸。 研究現(xiàn)狀 ZigBee 作為一種新興的國際標(biāo)準(zhǔn)短距離無線通信協(xié)議，其協(xié)議棧體系結(jié)構(gòu)是基于標(biāo)準(zhǔn)七層開放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型 (OSI),IEEE 標(biāo)準(zhǔn)定義了下面的兩層 :物理 層和媒體接入控制子層；網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用會(huì)聚層、應(yīng)用層由 ZigBee 聯(lián)盟制訂。 2021 年， ZigBee 聯(lián)盟創(chuàng)立，創(chuàng)始者包括 IC 供應(yīng)商、無線 IF 提供商、設(shè)備制造商、測試設(shè)備制造商和最終產(chǎn)品制造商等，這此企業(yè)能提供適應(yīng) Zi gBee 的產(chǎn)品和解決方案 [13]。 ZigBee 聯(lián)盟于 2021 年底發(fā)布了 ZigBee 協(xié)議 版本規(guī)范， 2021 年 11 月發(fā)布唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 2 了 ZigBee 協(xié)議 版本規(guī)范， 2021 年 10 月發(fā)布了 ZigBee Pro 版本規(guī)范。 ZigBee 聯(lián)盟的主要目標(biāo)是以通過加入無線網(wǎng)絡(luò)功能，為消費(fèi)者提供更富有彈性、更容易使用的 電子產(chǎn)品。 ZigBee 技術(shù)能融入各類電子產(chǎn)品，應(yīng)用范圍橫跨全球的民用、商用、公共事業(yè)以及工業(yè)等市場。使得聯(lián)盟會(huì)員可以利用 ZigBee 這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化無線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，設(shè)計(jì)出簡單、可靠、便宜又省電的各種產(chǎn)品來。 飛思卡爾推出了全球首個(gè)符合 ZigBee 標(biāo)準(zhǔn)的平臺(tái)，使得制造商能夠?qū)?ZigBee技術(shù)應(yīng)用于傳感和監(jiān)控領(lǐng)域 截止至 。 2021 年 4 月，已有 Texas Instruments, Freeseale, CompXs, Ember 等四家公司通過了 ZigBee 聯(lián)盟對(duì)其產(chǎn)品所作的測試和兼容性驗(yàn)證。目前市場上 RF 主流芯片的 供應(yīng)商包括 TI, EMBER, FREESCALE 以及 JENNIC，他們分別推出單芯片解決方 CC2430/CC243 EM2S0, MC1321x 以及 JN5121，在市場上極具競爭力。 論文主要研究內(nèi)容及 安排 本文 就是基于此背景而提 出的基于 ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)的智能變電站溫 濕 度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，充分利用了無線資源，做到了防剪、防破壞，且安裝維護(hù)簡單 。實(shí)現(xiàn)了主從節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)的無線傳輸， 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組建， 同時(shí)上位 PC 機(jī)采用串口與主節(jié)點(diǎn)通信，對(duì)溫 濕 度實(shí)時(shí)監(jiān)控。該系統(tǒng)具有擴(kuò)展性好、穩(wěn)定可靠、維護(hù)方便等特點(diǎn) 。 本文的安排如下 : 第一章闡述了設(shè)計(jì)的背景 以及 目 前國內(nèi)外的 ZigBee 研究發(fā)展情況。 第二章介紹了 ZigBee 的協(xié)議棧結(jié)構(gòu)、各層的功能、 ZigBee 的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)類型、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及工作模式。 第三章介紹了本設(shè)計(jì)的開發(fā)環(huán)境以及相關(guān)的軟硬件設(shè)計(jì)，包括上位機(jī)的設(shè)訓(xùn) 。 第四章介紹了該設(shè)計(jì)的測試過程和調(diào)試過程。 第五章對(duì)全文進(jìn)行了總結(jié)以及一些個(gè)人心得。 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 3 2 基礎(chǔ)知識(shí)概述 ZigBee 技術(shù) ZigBee 簡介 蜜蜂在發(fā)現(xiàn)花叢后會(huì)通過一種特殊的肢體語言來告知同伴新發(fā)現(xiàn)的食物源位置等信息，這種 肢體語言就是 ZigZag 行舞蹈，是蜜蜂之間一種簡單傳達(dá)信息的方式。借此意義 ZigBee 作為新一代無線通訊技術(shù)的命名。在此之前 ZigBee 也被稱為“HomeRF Lite”、 “RF EasyLink”或 “fireFly”無線電 技術(shù)，目前統(tǒng)稱為 ZigBee[11]。 簡單的說， ZigBee 是一種高可靠的無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，類似于 CDMA 和 GSM 網(wǎng)絡(luò)。ZigBee 數(shù)傳模塊類似于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò) 基站 。通訊距離從標(biāo)準(zhǔn)的 75m 到幾百米、幾公里，并且支持無限擴(kuò)展。 ZigBee 是一個(gè)由可多到 65000 個(gè) 無線數(shù)傳模塊 組成的一個(gè)無線 數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，每一個(gè) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊之間可以相互通信，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的 75m 無限擴(kuò)展 [7]。 與移動(dòng)通信的 CDMA 網(wǎng)或 GSM 網(wǎng)不同的是， ZigBee 網(wǎng)絡(luò)主要是為工業(yè)現(xiàn)場自動(dòng)化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立，因而，它必須具有簡單，使用方便，工作可靠，價(jià)格低的特點(diǎn)。而移動(dòng)通信網(wǎng)主要是為語音通信而建立，每個(gè)基站價(jià)值一般都在百萬元人民幣以上，而每個(gè) ZigBee“基站 ”卻不到 1000 元人民幣。每個(gè)ZigBee 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不僅本身可以作為監(jiān)控對(duì)象，例如其所連接的傳感器直接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控， 還可以自動(dòng)中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳過來的數(shù)據(jù)資料。除此之外，每一個(gè) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) (FFD)還可在自己信號(hào)覆蓋的范圍內(nèi)，和多個(gè)不承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)信息中轉(zhuǎn)任務(wù)的孤立的子節(jié)點(diǎn) (RFD)無線連接。 ZigBee 技術(shù)特點(diǎn) ZigBee 技術(shù)則主要針對(duì)低成本、低功耗和低速率的無線通信市場，具有如下特點(diǎn) [2]: :ZigBee 模塊的初始成本低，并且 ZigBee 協(xié)議是免專利費(fèi)的，采用直接序列擴(kuò)頻在工業(yè)科學(xué)醫(yī)療 (ISM)頻段， (全球 )、 915MHz（美國 )和 858MHz(歐洲 )，免執(zhí)照頻段 。 耗 :由于 ZigBee 的傳輸速率較低，傳輸數(shù)據(jù)量較小，并且采用了休眠模式，因此 ZigBee 設(shè)備功耗很低，僅靠兩節(jié) 5 號(hào)電池就可以維持長時(shí)間使用 : 。 ZigBee 工作在 20~250 kbps 的較低速率，分別提供 250kbps(), 40kbps (915 MHz)和 20kbps(868 MHz)的原始數(shù)據(jù)吞吐率，滿足 低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求 。 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 4 :ZigBee 的響應(yīng)速度較快，通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短，一般從休眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)