基于ZigBee技術的熱計量遠程抄表系統研究

儀器安裝在用戶的供水管上，并將溫度傳感器分別裝在供水與回水管路上。通過對熱水流量和供水、回水溫度的采樣，按照流量和熱量公式通過熱量積分儀自動計算流量和熱量。其基本原理公式為：

式中：Q為吸收或釋放的熱量(單位：J或W?h)；qm為流經熱量表的水的質量流量(單位：kg／h)；q為流經熱量表的體積流量(單位：m3／h)；ρ為流經熱量表的水的密度(單位：kg／m3)；△h為在熱交換系統的入口與出口溫度下，水的比焓值差(單位：J／kg)；t為時間(單位：h)。
將上式化為和式，為：

式中：qui為第i時刻流經熱量表的體積；hti，ht2分別為供水、回水的溫度下對應的比焓值。
2．2 協調器
協調器一方面采用ZigBee無線網絡方式同路由節點連接，另一方面采用GPRS與上位機電腦連接，從而實現遠程監控。因此在ZigBee芯片CC2430外擴展GPRS模塊。

3 系統組網與軟件設計
ZigBee無線網絡有三種網絡拓撲結構：星狀、串(樹)狀和網狀。每個網絡中都有惟一的一個協調器，它相當于有限局域網中的服務器，具有對本網絡的管理能力。網絡中只有全功能節點(Full Function Device)才可以作為協調器、路由器以及終端節點使用，而半功能節點(Reduce Function Device)只能作為終端節點使用。
考慮到系統應用環境的復雜性，本文采取網狀自組織結構，每塊熱計量表都設置為全功能節點。默認的ZigBee協議棧支持5級路由深度，每個路由器可以連接20個節點(最多包括6個路由器節點，14個終端節點)，用戶可以根據網絡的大小修改協議棧，從而提高路由深度和連接的節點數。
3．1 ZigBee無線自組網的建立
各節點進行自組織，建立網絡，由于自組織前，各節點路由表都是空白的，自組織過程只能用廣播方式聯系其他節點。協調器發送廣播(默認協調器節點級別為0)，處于其網絡覆蓋范圍內的節點收到廣播后，做出應答，并定義自己的級別為1。協調器根據收到的應答信號更新路由表。級別為1的節點收到協調器的應答信號后，各自廣播，節點收到信號，定義自己為2級節點。依次類推，網絡中每個節點會得到一張路由表。在自組織過程中，某些節點可能收到來自不同級別的其他節點發送的廣播，根據上述規則，節點會定義自己為幾個不同的級別，程序取其中最低級別(最靠近協調器)的級別。
當有新節點加入時，節點發送廣播，收到廣播的節點發送返回信息，新節點根據返回信息自動選擇兩個路由層低，鏈路信號好的節點作為自己的父節點，同時，自身的路由層在父節點路由層上加1。當新節點加入網路后，向協調器發送綁定請求，下一跳為自身父節點，目的地址為協調器。父節點收到綁定信號好后，向上一級
父節點轉發，以此類推。網絡拓撲圖如圖3所示。

每隔若干個小時，網絡自動對路由節點進行維護，每個節點均向協調器發送一條路由維護信息，協調器收到節點信息，將返回確認信息。如每個節點都收到返回信息，則證明網絡正常，否則，未收到確認信號的節點將重新加入網絡。
3．2數據的轉發
在該無線自組網中，能直接將數據發送到協調器的節點只有1級節點，1級以下節點要發送數據到協調器，必須通過數據的多點跳轉，反之，協調器可以通過單挑或多條方式發送命令字或數據到網絡中的某個節點。