基于Zigbee技术的无线三表远程抄表系统的研发说明书

1引言自动抄表系统，简称AMRS（AUTOMATICMETERREADINGSYSTEM），是一种不需要人员到达现场就能完成抄读用户消耗电（水、气）能的智能化管理系统。它从根本上克服了传统的人工抄表模式的弊端，给能源消耗管理的现代化带来了新的希望。目前，美国等发达国家已把自动抄表技术广泛用于配电管理。近年来，这一技术在国内发展非常迅速。为加强用电管理，提高供电效益，使其适应市场经济需要，适应供电（水、气）部门实行自动抄表的监控需要，因此，自动抄表系统（AMRS）将是未来发展的主要方向。与采用有线网络通信的楼控产品相比，无线解决方案的优势在于安装布置的灵活性、低廉的安装费用和对楼宇自动化系统进行重新布置的可移动性。ZIGBEE技术产品以其低功耗、低成本以及优秀的组网能力，被广泛认为将在未来几年中对楼宇自动化和工业产生重大的影响。本文研究的远程抄表系统就基于ZIGBEE技术实现了无线自动抄表功能。该系统的实现是迈向配电自动化的第一步，并有助于提高电力系统用电管理的现代化水平。2基于ZIGBEE技术的无线三表远程抄表系统的研发“三表”主要是指水表、电表、气表，在电力、自来水和管道煤气等公用事业系统的信息化过程中，户表数据的自动抄送具有十分重要的意义，也是行业单位迫切想要解决的问题，因为水电煤三表数据抄送的准确性、及时性，直接影响公用事业部门系统的信息化水平、甚至管理决策、经济效益。我国现在的住户普遍都是将水表、电表、气表安装在用户室内或楼道内，每月都由专门的抄表员入户抄表，传统的手工抄表费时、费力，准确性和及时性得不到可靠的保障，不仅耗费了大量人力和时间，而且还导致了相关营销和企业管理类软件不能获得足够详细和准确的原始数据。而一般人工抄表都按月抄表，对于用户计量来说是可行的，但对于相关供应部门进行更深层次的分析和管理决策却不够，行业的实际需求催生着自动抄表系统的技术和应用的不断发展。远程抄表系统不仅能给物业管理带来很大的方便，彻底改变传统的入户抄表带来的种种弊端，同时，也提高了工作效率和管理水平，让住户居住更加方便、放心，减少了治安隐患，体现了科技服务生活，以人为本的理念。一、远程自动抄表系统的特点与采用有线网络通信的楼控产品相比，无线解决方案的优势在于安装布置的灵活性、低廉的安装费用和对楼宇自动化系统进行重新布置的可移动性，其主要特点有1、无线模块多信道、多波特率（用户可选择）；2、具有独立的用户处理装置各用户独立运行，不会因相互间的干扰及系统连接总线的短路或断路造成数据丢失和混乱，确保抄收及时，数据准确，保护箱与计算机抄表精度与原来（一次表）相同。3、网络传输为特殊的后坐基因函数传输准确无误不怕任何脉冲叠加干扰是超群之处。4、网络能在小区内方便地利用有线电视网进行整个小区的通讯，不用再布线，从而价格仅为同样多功能的网络的1/2。随着无线通信技术的不断发展，近年来出现了面向低成本设备无线联网要求的技术，称之为ZIGBEE，它是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通3信技术，主要适合于自动控制、远程控制领域及家用设备联网，可以为水电煤三表的无线抄表提供很好的解决方案。ZIGBEE技术产品以其低功耗、低成本以及优秀的组网能力，被广泛认为将在未来几年中对楼宇自动化和工业产生重大的影响。而基于ZIGBEE技术的无线抄表系统不仅能节约人力成本，还可提高抄表的准确性、实时性，使管理部门能及时准确地获得数据信息。ZIGBEE是部署无线传感器网络的新技术。它是一种短距离、低速率无线网络技术，是一种介于无线标记技术和BLUETOOTH（蓝牙）之间的技术提案。ZIGBEE采用一般IEEE802154收发器技术与入ZIGBEE协议栈的组合，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以它们的通信效率非常高。二、ZIGBEE技术的优势1、ZIGBEE技术简介ZIGBEE这个字源自于蜜蜂群藉由跳ZIGZAG形状的舞蹈，来通知其他蜜蜂有关花粉位置等资讯，以达到彼此沟通讯息之目的，故以此作为新一代无线通讯技术之命名。ZIGBEE先前亦被称为HOMERFLITE、RFEASYLINK或FIREFLY无线电技术，目前统一称为ZIGBEE。ZIGBEE是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，十分类似现有的移动通信的CDMA网或GSM网，每一个ZIGBEE网络数传模块类似移动网络的一个基站，在整个网络范围内，它们之间可以进行相互通信；每个网络节点间的距离可以从标准的75米，到扩展后的几百米，甚至几公里；另外整个ZIGBEE网络还可以与现有的其它的各种网络连接。例如，你可以通过互联网在北京监控云南某地的一个ZIGBEE控制网络。不同的是，ZIGBEE网络主要是为自动化控制数据传输而建立，而移动通信网主要是为语音通信而建立；每个移动基站价值一般都在百万元人民币以上，而每个ZIGBEE“基站”却不到1000元人民币每个ZIGBEE网络节点不仅本身可以与监控对对象，例如传感器连接直接进行数据采集和监控，它还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料除此之外，每一个ZIGBEE网络节点（FFD）还可在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点（RFD）无线连接。每个ZIGBEE网络节点（FFD和RFD）可以可支持多到31个的传感器和受控设备，每一个传感器和受控设备终可以有8种不同的接口方式。可以采集和传输数字量和模拟量。2、ZIGBEE技术的应用领域4ZIGBEE应用领域主要有家庭自动化、家庭安全、工业与环境控制与个人医疗照护等，可搭配之应用产品则有家电产品、消费性电子、PC周边产品与感测器等，提供家电感测、无线PC周边控制、家电遥控等功能。在家庭自动化领域，涵盖项目有照明、温度、安全、控制等。ZIGBEE模组可安装在电视、灯泡、遥控器、儿童玩具、游戏机、门禁系统、空调系统和其他家电产品等，例如在灯泡中装置ZIGBEE模组，则人们要开灯，就不需要走到墙壁开关处，直接透过遥控便可开灯。藉由ZIGBEE可以收集家庭各种资讯，传送到中央控制设备，或是藉由遥控达到远端控制之目的，提供家居生活更朝向自动化、网路化与智慧化，以有效增加人们居住环境之方便性与舒适度。在工业领域，透过ZIGBEE网路自动收集各种资讯，并将资讯回馈到系统进行资料处理与分析，以利工厂整体资讯之掌握，例如火警的感测和通知，照明系统之感测，生产机台之流程控制等，都可藉由ZIGBEE网路提供相关资讯，以达到工业与环境控制之目的。另外它还可以对局部区域内移动目标例如城市中的车辆进行定位。通常，符合如下条件之一的应用，就可以考虑采用ZIGBEE技术做无线传输（1）需要数据采集或监控的网点多；（2）要求传输的数据量不大，而要求设备成本低；（3）要求数据传输可性高，安全性高；（4）设备体积很小，不便放置较大的充电电池或者电源模块；（5）电池供电；（6）地形复杂，监测点多，需要较大的网络覆盖；（7）现有移动网络的覆盖盲区；（8）使用现存移动网络进行低数据量传输的遥测遥控系统。（9）使用GPS效果差，或成本太高的局部区域移动目标的定位应用。随着应用产品之扩大，将带动ZIGBEE产品出货之增加，在未来市场规模发展方面，虽然2003年已通过802154标准，不过由于2004年年底ZIGBEE联盟才会有规范进行产品互通测试，因此2004年全球ZIGBEE之出货量仍不大约为50万套，而至2005年ZIGBEE出货量将可望达到成长爆发点，其出货量将可达到800万套，预计2007年出货量将接近1亿套。3、ZIGBEE技术的特点1省电ZIGBEE传输速率低，使其传输资料量亦少，所以讯号的收发时间短，其次在5非工作模式时，ZIGBEE处于睡眠模式，而在工作与睡眠模式之间的转换时间，一般睡眠启动时间只有15MS，而设备搜索时间为30MS。透过上述方式，使得ZIGBEE十分省电，透过两节五号电池可支援ZIGBEE长达6个月到2年左右的使用时间。2可靠度高ZIGBEE之MAC层采用TALKWHENREADY之碰撞避免机制，此机制为当有资料传送需求时则立即传送，每个发送的资料封包都由接收方确认收到，并进行确认讯息回覆，若没有得到确认讯息的回覆就表示发生了碰撞，将再传一次，以此方式大幅提高系统资讯传输之可靠度。同时，为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突；节点模块之间具有自动动态组网的功能，信息在整个ZIGBEE网络中通过自动路由的方式进行传输，从而保证了信息传输的可靠性。3高度扩充性一个ZIGBEE的网路最多包括有255个ZIGBEE网路节点，其中一个是MASTER设备，其余则是SLAVE设备。若是透过NETWORKCOORDINATOR则整体网路最多可达到6500个ZIGBEE网路节点，再加上各个NETWORKCOORDINATOR可互相连接，整体ZIGBEE网路节点数目将十分可观。（4）ZIGBEE的自组织功能无需人工干预，网络节点能感知其他节点的存在，并确定连接关系，组成结构化的网络（5）ZIGBEE自愈功能增加、删除或移动节点，节点发生故障等等，网络都能够自我修复无需人工干预，保证整个系统仍然能正常工作。（6）时延短针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短。（7）安全ZIGBEE提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用通用的AES128。高保密性64位出厂编号和支持AES128加密。4、ZIGBEE标准现况在标准规范之制订方面，主要是IEEE802154小组与ZIGBEEALLIANCE两个组织，两者分别制订硬体与软体标准，两者之角色与分工就如同IEEE80211小组与WIFI之关系。在IEEE802154方面，2000年12月IEEE成立了802154小组，负责制订媒体存取控制层MAC与物理层PHY规范，在2003年5月通过802154标准，802154任务小组目前则在着手制订802154B标准，此标准主要是加强802154标准，包括有解决标准疑义之处、降低复杂度、提高弹性并思考新的频段分配等。而在ZIGBEE联盟方面，ZIGBEE联盟是在2002年10月由6HONEYWELL、MITSUBISHI、MOTOROLA、PHILIPS与INVENSYS共同成立，ZIGBEE联盟负责制订网路层、安全管理、应用介面规范，其次亦肩负互通测试，预计在2004年第四季推出第10版规范VERSION10，截至2004年8月约有90家会员。在物理层（PHYSICAL；PHY）方面，802154之工作频率分为24GHZ、915MHZ和868MHZ三种，分别提供250KBPS、40KBPS和20KBPS之传输速率，其传输范围介于10到100公尺之间，一般是30公尺。由于ZIGBEE使用的是24GHZ、915MHZ和868MHZ频段，这些频段因是免费开放使用，故已有多种无线通讯技术使用，因此ZIGBEE为避免被干扰，故在各个频段皆是采用直接序列展频（DSSS）技术，以化整为零方式，将一个讯号分为多个讯号，再经由编码方式传送讯号避免干扰。这三者不同之频段，在调变技术方面，虽都是采取相位调变技术但仍有所差异，24GHZ采用较高阶之QPSK调变技术以达到250KBPS之速率，并降低工作周期，以减少功率消耗。而在915MHZ和868MHZ方面，则是用BPSK的调变技术。相较于24GHZ频段，900MHZ频段为低频的频段，故无线传播之损失较低，使其传输距离较长，其次此频段过去主要是室内无线电话使用之频段，不过现在因室内无线电话转移到24GHZ，干扰反而较少。而在媒体存取控制（MEDIAACCESSCONTROL；MAC）层方面，主要是沿用WLAN中80211系列标准的CSMA/CA方式，以提高系统相容性，所谓的CSMA/CA是在传输之前，会先检查通道是否有资料传输，若通道无资料传输，则开始进行资料传输动作，若是产生碰撞，则稍后重新再传。在网路层方面，ZIGBEE联盟制订ZIGBEE可具备支援STAR、CLUSTERTREE与MESH三种网路架构，在各个节点之角色方面，可分为全功能设备（FULLFUNCTIONDEVICE；FFD）与精简功能设备（REDUCEDFUNCTIONDEVICE；RFD）。相较于FFD，RFD之电路较为简单且记忆体较小。FFD之节点具备控制器（CONTROLLER）之功能提供资料交换，而RFD则是只能传送资料给予FFD或是从FFD接受资料。5、ZIGBEE晶片架构ZIGBEE之晶片架构，主要是有MAC处理封包，而PHY则是接收处理射频（RF）讯号。ZIGBEE之系统架构，因其传输速率低并只做简易资料处理，故在系统架构上，在HOST端只需搭配简单的8位元处理器，而ZIGBEE晶片模组方面，则内含RF、PHY与MAC做成一单晶片，未来ZIGBEE晶片则将会整合处理器。而在记忆体方面，全功能设备（FFD）需要16_20KBYTE的ROM，而精简功能设备7（RFD）则只需12_16KBYTE的ROM，不过若是网路主要节点，则因需处理节点设备资讯、资料路径表、安全密钥等资讯，需要更大之记忆体。在协定堆叠（PROTOCOLSTACK）方面，完整之协定堆叠需要32KBYTE记忆体，而简单协定堆叠则为4KBYTE。2004年5月日本冲电气与美国COMPXS宣称合作开发推出ZIGBEE模组，产品代号为ML7065，采用022MCMOS制程，模组封装尺寸为7MM平方，因尺寸小，可提供产品应用弹性，且可降低耗电量。6、ZIGBEE的发展前景ZIGBEE技术和RFID技术在2004年就被列为当今世界发展最快，市场前景最广阔的十大最新技术中的两个。关于这方面的报道，你只需在百度，或GOOGLE搜索栏中键入“ZIGBEE”,你就会看到十几万条相关的信息。总之，今后若干年，都将是ZIGBEE技术飞速发展的时期。7、ZIGBEE技术在我国的应用情况尽管，国内不少人已经开始关注ZIGBEE这们新技术，而且也有不少单位开始涉足ZIGBEE技术的开发工作，然而，由于ZIGBEE本身是一种新的系统集成技术，应用软件的开发必须和网络传输，射频技术和底层软硬件控制技术结合在一起。因而深入理解这个来自国外的新技术，再组织一个在这几个方面都有丰富经验的配套的队伍，本身就不是一件容易的事情，因而，到目前为止，国内目前除了成都西谷曙光数字技术有限公司，真正将ZIGBEE技术开发成产品，并成功地用于解决几个领域的实际生产问题而外，尚未见到其它报道。8、ZIGBEE和现有移动网（GPRS，CDMA1X）的比较（1）无网络使用费使用移动网需要长期支付网络使用费，而且是按节点终端的数量计算的，而ZIGBEE没有这笔费用；（2）设备投入低使用移动网需要购买移动终端设备，每个终端的价格在人民币1000元上下，而使用ZIGBEE网络，不仅ZIGBEE网络节点模块（相当于基站）费用每只人民币不到1000元，而且，主要使用的网络子节点（相当于手机）的价格还要低得多；（3）通信更可靠由于现有移动网主要是为手机通信而设计的，尽管CDMA1X和GPRS可以进行数据通信，但实践发现，不仅通信数率比设计速率低很多，而且数据通信的可靠信也存在一定的问题。而ZIGBEE网络则是专门为控制数据的传输而设计的,因而控制数据的传输具有相当的保证。（4）高度的灵活性和低成本首先，通过使用覆盖距离不同,功能不同的ZIGBEE网络8节点，以及其它非ZIGBEE系统的低成本的无线收发模块，建立起一个ZIGBEE局部自动化控制网，（这个网络可以是星型，树状，网状及其共同组成的复合网结构）再通过互联网或移动网与远端的计算机相连，从而实现低成本，高效率的工业自动化遥测遥控；（5）比起现有的移动网来，尽管ZIGBEE仅仅只是一个局域网，覆盖区域有限，但它却可以与现有的移动网，互联网和其它通信网络相连接，将许多ZIGBEE局域网相互连成为一个整体。有效的解决移动网的盲区覆盖问题我们知道，现有移动网络在许多地方存在盲区，特别是铁路，公路，油田，矿山等野外，更是如此。而增加一个移动基站或直放站的费用是相当可观的，此时使用ZIGBEE网络进行盲区覆盖不仅经济有效，而且往往是现在唯一可行手段。9、ZIGBEE与现有数传电台的比较（1）可靠性高由于ZIGBEE模块的集成度远比一般数传电台高，分离元器件少，因而可靠性更高；（2）使用方便安全因为集成度高，比起一般数传电台来，ZIGBEE收法模块体积可以做得很小，而且功耗低，例如成都西谷公司远距离传输模块（25公里），最大发射电流比一个CDMA手机还要小许多，因而很容易集成或直接安放在到设备之中，不仅使用方便，而且在户外使用时，不容易受到破坏；（3）抗干扰力强，保密性好，误码率低ZIGBEE收发模块使用的是24G直序扩频技术，比起一般FSK,ASK和跳频的数传电台来，具有更好的抗干扰能力，和更远的传输距离；参阅我们网站中有关CDMA直序扩频技术的优越性讨论，和CYPRESS公司有关实验报道。（4）免费频段ZIGBEE使用的是免费频段，而许多数传电台所使用的频段不仅需要申请，而且每年都需要向国家无委会交纳相当的频率使用费。（5）价格低ZIGBEE数传模块的价格只有具有类似功能的数传电台的几分之一；24G,250KPS,35公里距离DSSS数传模块每只不到200元人民币。10、无线三表远程抄表系统的解决方案无线抄表系统对无线通讯数据的传输和保存有着很高的要求，即数据可靠性要求很高；由于用电池供电，因此对功耗要求也很苛刻；无线抄表系统可以摆脱人工抄表的办法，利用数据通讯协议传输数据；基于以上原因，要求设计的自动无线远传抄表系统应该具有计量准确、通信可靠、抄表方便、功耗低等远程抄表系统的优点，以及节省人力、远程监控、远程维护的功能。同样是无线抄表系统，相对于电表而言，水电煤三表的抄表系统存在更多的技术难题，9这主要体现在抄表终端的设计上，纳起来，水电煤三表的抄表终端必须解决以下几个方面的技术要求（）供电由于水电煤三表的抄表终端采用电池供电，因此，对功耗要求非常苛刻，一般而言，电池使用时间至少要在36年，这取决于电池的容量、设备的耗电情况、设备的运行要求等等因素。（）成本无论是家庭用户，还是企业用户，抄表终端的成本始终是绕不开的话题，特别是家庭用户，对于成本更为敏感。这里的成本包括两个部分第一，一次性改造或者安装的成本；第二，系统的运行成本。最好的方案应当是一次性投入的成本尽可能低，运行成本没有或者非常低。（）故障检测人工抄表除了抄读水电煤三表读数外，同时还担负着检查水电煤三表工作是否正常的任务。如果改为自动抄表系统，那么该系统应当也具备对水电煤三表故障的自动检测功能。当然，这需要水电煤三表与抄表终端的配合才能实现对于每个抄表终端而言，要求超低功耗、低成本（包括设备成本、运行成本），并且数据的传输速率不高，对于居民小区的抄表，抄表终端通常分布较密集、距离较近，ZIGBEE技术可以很好地满足这些要求，终端采集的数据需要送到水电煤公用事业公司的集抄管理中心，这可以通过GPRS/CDMA网络来实现，它无距离限制，且无需网络规划、几乎不需要维护，所构建的ZIGBEE网络既可以是星形拓扑，也可以是网状网络拓扑，不论是哪种拓扑结构的ZIGBEE网络，都能够根据实际的组网需要，设计合理的网络结构。其解决方案如图10三、基于ZIGBEE技术实现无线远程抄表系统的构成1、系统的硬件构成无线抄表系统是由多个ZIGBEE节点所构成的网络。ZIGBEE技术支持3种网络拓扑结构，即星形STAR、网状MESH和树形分簇CLUSTERTREE。星型结构由一个协调器节点主设备和一个或多个终端设备从设备组成。协调器是一种特殊的全功能设备FULLFUNCTIONDEVICE，FFD。FFD是具有转发与路由能力的节点。终端设备可以是FFD或简化功能设备REDUCEDFUNCTIONDEVICE，RFD。RFD是最小且最简单的ZIGBEE节点，只发送与接收信号，并不起转发器、路由器的作用。如果某个终端设备需要传输数据到另一个终端设备，它会把数据发送给协调器，然后由协调器依次将数据转发到目标终端设备。本文设计的ZIGBEE节点是星型结构中最简单的双节点网络，即由一个协调器节点和一个RFD节点组成。其中，ZIGBEE每个节点的硬件均由两部分构成电能测量与处理部分和无线接收/发送部分。而硬件具体实现的功能则由烧写入单片机的程序来决定。无线抄表系统的硬件结构如图1所示。11图1无线抄表系统硬件结构框图2、电能测量与处理模块的工作原理电能数据采集模块的核心是美国ADI公司的一款高精度单相有功电能计量芯片ADE7753。该芯片集成了数字积分、参考电压源和温度传感器。它提供了一个和有功能量成比例的脉冲输出CF和数字系统校准误差电路通道偏置校准、相位校准及能量校准。该芯片适用于单相电路中有功功率、无功功率和视在功率的测量。ADE7753有电流和电压两个通道，共两路模拟量输入，分别是电流通道V1P、V1N和电压通道V2P、V2N。电压信号经可编程放大器PGA放大和模数转换器进行A/D转换变为数字信号，然后，电流信号经电流通道内的高通滤波器HPF滤除DC分量并数字积分后，与经相位校正后的电压信号相乘，产生瞬时功率；此信号经低通滤波LPF2产生瞬时有功功率信号。利用功率偏差校准寄存器的值对有功功率进行校准，放入采样波形数据寄存器中，然后对采样波形数据寄存器的值进行累加，将功率累加值电能值存放在电能寄存器中，经DOUT引脚输出。电流和电压采集电路把交流电变为可供ADE7753输入的电压。在电流通道中，通过DI/DT微分电流传感器实现电流/电压变换。DI/DT微分电流传感器基于ROGOWSKI线圈原理。ROGOWSKI线圈由环绕一根长直导线排列、匝数为N的矩形空芯线圈组成。3、无线收发模块的工作原理无线收发模块主要由CC2420芯片和24GHZ射频天线以及相应的阻抗匹配电路组成。芯片外围电路包括晶振时钟电路、射频输入输出匹配电路和单片机接口电路三个部分。本设计采用16MHZ无源晶振，其负载电容值约为22PF。射频输入/输出匹配电路主要用来匹配芯片的射频输入/输出阻抗，使其输入/输出阻抗为50,同时为芯片内部的功率放大器和低噪声放大器提供直流偏置。CC2420通过线SPI口SI、SO、SCLK、CSN设置芯片的工作模式，并实现读/写缓存数据和读/写状态寄存器。从天线接收到的射频信号首先经过低噪声放大器和正交下变频到MHZ的中频信号，此混合I/Q信号经过滤波、放大，再通过ADC转变成数字信号。后经自动增益控制、数字解调和解扩，最终恢复出传输的正确数据。发射机部分采用直接上变频。待发送的数据先12被送入128字节的发送缓存器中，头帧和起始帧是通过硬件自动产生的。根据IEEE802154标准，所要发送的数据流的每4个比特被32码片的扩频序列扩频后送到DAC。然后,经过低通滤波和上变频的混频后被调制到24GHZ,并经放大后送到天线发射出去。4、系统软件设计（1）MICROCHIP的ZIGBEE协议栈完整的ZIGBEE协议栈自上而下由应用层、应用汇聚层、网络层、数据链路层和物理层组成。本硬件设计选择的是MICROCHIP公司的PIC18系列单片机,因此在软件设计中应用了MICROCHIP公司提供的ZIGBEE协议栈。它随着ZIGBEE无线协议规范的发展而不断更新。该协议栈有如下特点使用支持24GHZ频带的CHIPCONCC2420RF收发器；支持简化功能设备和协调器；在协调器节点中实现对邻接表和绑定表的非易失性存储；支持非时隙的星型网络；可以在大多数PIC18系列单片机之间进行移植；支持MICROCHIPMPLABC18和HITECHPICC18C编译器；易于添加或删除特定模块的模块化设计。（2）RFD节点软件设计流程这里以RFD节点为例，阐述RFD节点加入由协调器节点组建的网络的设计思想及程序流程。图2是RFD节点主应用程序设计的流程框图。其主要功能是实现硬件的初始化，并根据用户指令进入配置模式来完成绑定操作。绑定的目的是让RFD的地址信息出现在协调器的绑定表中，从而使RFD节点与协调器关联起来。对于第一次完成烧写程序的节点，必须接入计算机终端，按照流程进行配置和绑定操作；对于已经完成绑定操作的节点，在进行下一次操作时，可以无需计算机而进行脱机操作。13图2RFD节点主应用程序设计流程框图图2一个RFD节点从自身配置、绑定完成到加入由协调器组建的网络，然后进入正常工作模式，要经历不同的状态。根据ZIGBEE协议栈的要求，在主应用程序中定义了6种工作状态。初始化状态SM_APP_INIT，即节点进行任何操作前的最初状态；配置状态SM_APP_CONFIG_START，即让节点进入配置模式的状态，主要通过调用配置函数引导用户完成配置操作；正常启动状态SM_APP_NORMAL_START，当已经配置过的节点再次使用时，无须再次进行节点配置，则直接进入正常启动状态，并尝试加入一个由协调器节点组建的网络；正常启动等待状态SM_APP_NORMAL_START_WAIT，RFD节点在尝试加入网络的过程中，要经过新网络初始化、网络初始化是否完成、网络初始化是否成功等问答和回应过程；正常工作状态SM_APP_NORMAL_RUN下，节点能够最终进入正常工作状态才能完成节点的绑定操作；休眠状态SM_APP_SLEEP下，ZIGBEE节点节能的关键就是能够实现在休眠状态和正常工作状态间的切换，当工作任务完成后能够自动进入休眠状态，而当受到触发后能够自动进入正常工作状态。14总结在无线个人网路领域技术分陈，前有BLUETOOTH11、BLUETOOTH12，后有UWB，各依据其技术特性，抢占各类应用产品山头。ZIGBEE凭借其架构简单价格低廉、低消耗功率延长使用寿命，即使传输速率不高，但针对感测与控制之应用，ZIGBEE仍有其很大的发展潜力。而基于ZIGBEE技术的无线抄表系统不仅能节约人力成本，还可提高抄表的准确性、实时性，使管理部门能及时准确地获得数据信息，它将是中国智能集中抄表未来的发展方向，15参考文献1白剑波等ZIGBEE技术及其在楼宇自动化系统中应用的思考，智能建筑与城市信息,200611021042刘和平等PIC18FXXX单片机程序设计及应用，北京北京航空航天大学出版社,200516大学本科毕业论文（设计）管理办法第一章总则第一条本科毕业论文（设计）是人才培养方案的重要组成部分，是培养学生科研能力和创新能力的重要实践环节，为保证毕业论文设计工作的顺利完成，加强规范化管理，提高毕业论文设计质量，根据教育部、省教育厅的有关规定要求，结合我院实际情况，特制定本办法。第二章目的与要求第二条毕业论文（设计）教学环节的目的，培养学生勇于探索的创新精神，实事求是、严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风。第三条使学生能综合运用所学的知识技能，提高思考问题、分析问题和解决实际问题的能力。第四条培养学生从文献、科学实验、生产实践和调查研究中获取知识的能力，培养学生从事科学研究的兴趣，掌握科学研究的基本方法。第五条对学生的知识面、掌握知识的深度、运用理论知识处理问题的能力、实践能力、外语水平、计算机运用水平、书面及口头表达能力等进行一次全面的考核。第六条要求所有毕业生必须撰写毕业论文（设计），各系要认真组织毕业论文（设计）工作，确保毕业论文（设计）的质量。第三章组织管理第七条全院的毕业论文（设计）工作按照分级分工的原则，负责毕17业论文（设计）工作的管理、指导、检查、考核和总结。一教务处职责1负责制定全院本科毕业论文设计管理规章制度。2组织开展毕业论文（设计）工作的教学研究与改革。3组织毕业论文（设计）工作的检查、评估和总结。4审核答辩委员会组成人选，检查毕业答辩的过程。5组织评选院级优秀毕业论文（设计）。二系职责1成立毕业论文（设计）工作领导小组，制定工作计划和安排。2组织专业教研室成立专业答辩委员会。3负责按照标准配备、审查、批准指导教师，组织指导教师培训。4依据学院的毕业论文（设计）成绩评定标准，结合专业特点，制定本系各专业的具体评分标准和规范。5负责本系学生毕业论文（设计）所需的场地、仪器设备的分配和保障。6评选系优秀毕业论文（设计）。7做好毕业论文（设计）工作总结与归档。三教研室职责1根据指导教师的条件，提出指导教师名单。2审查毕业论文（设计）题目及指导教师的安排，对不合格的题目提出修改意见。3组织审定毕业论文（设计）选题，落实一人一题的工作要求；定18期检查毕业论文（设计）工作的进度和质量。4检查毕业论文（设计）任务书的填写情况。5考核指导教师的工作，把握毕业论文（设计）的进度和质量。6组织毕业论文（设计）的答辩和成绩评定工作。7做好本专业优秀毕业论文（设计）的评选工作。8认真进行工作总结，汇总毕业论文（设计）资料送系归档。四指导教师职责1毕业论文（设计）题目确定后，指导教师要及时做好各项准备工作，其中包括拟定任务书，收集资料以及做好实验的准备工作，制定指导计划和工作程序。2向学生下达大学毕业论文（设计）任务书（见附件3），并提出具体的要求，指定主要参考资料。3审定学生的总体方案和工作计划，并定期检查学生的工作进度和工作量，及时解答和处理学生提出的有关问题，严格要求学生。4做好学生外文翻译的评阅工作。5指导学生正确撰写毕业论文（设计）报告，并对报告写出评语。6按大学毕业论文（设计）撰写规范（见附件1）要求检查学生论文撰写完成情况并填写大学毕业论文（设计）工作指导情况记录附件4。7评定毕业论文（设计）成绩。8做好毕业论文（设计）材料的整理归档工作。19第四章选题、开题第八条选题时应遵循的原则一课题必须符合本专业的培养目标及教学基本要求，体现本专业基本训练的内容，使学生受到全面的锻炼。二课题应尽可能结合生产、科研和实验室建设等任务，减少虚拟题目的数量及比重。三课题的类型可以多种多样，贯彻因材施教的原则，使学生的创造性得以充分发挥，利于提高课题成果的质量。四选题应力求有益于学生综合运用多学科的理论知识与技能。五课题要在保证教学基本要求的前提下，学生在培养方案规定的时间内，在指导教师指导下经过努力能够完成任务。六课题分配原则上每人一题，双方选择，学生在教师列入的选题中选题，也可以自主选定符合本专业的题目上报到指导教师，经指导教师审定、教研室批准后方可列入选题目录。经教研室审定，报系主任批准后，确定分配题目。教研室根据学生意向、学生本人的实际能力以及课题的类型、分量、难易程度，结合指导教师的意见进行综合平衡，最后确定课题分配，并以书面形式将课题任务书下达给学生，最终以系为单位将选题情况汇总报教务处。第九条选题范围一文、理、管、经、医类专业，应以完成毕业论文为主，题目以阐述理论原理和将理论原理应用于某些具体问题的课题为主，也可选择一20些具有一定深度和难度的专题研究课题，使学生在分析问题方面得到较多的锻炼。二工科专业，应以完成毕业设计为主，题目以工程设计类型的课题为主，有条件的可以选择既有工程设计又有专题研究的课题，使学生既能受到工程师的基本训练，又掌握本专业的基本技能。（三）艺术类专业，应以毕业设计为主，毕业设计题目通过指导教师与学生沟通制定，毕业设计应有设计作品。四鼓励不同学科（专业）相互交叉、相互渗透，扩大学生知识面，开拓眼界，提高质量。第十条开题学生接受毕业论文设计任务后，应在指导教师指导下制定工作计划，进行文献查阅、资料收集、实习调研、实验研究，在规定的时间内填写大学本科毕业论文设计开题报告（见附件2），经指导教师审查同意后报教研室批准，即可开始撰写毕业论文设计。第十一条毕业调研一学生可根据毕业论文设计选题或选题意向进行毕业调研，深入社会，对某一行业、某一事件或问题，对其客观实际情况进行调研，将调查了解到的全部情况和材料进行分析研究。二学生在教师指导下要精心选择调研对象。调研对象要有分析价值，包括理论价值和应用价值。调研和分析后得出的结论及建议要尽可能实现从个别到一般的提升，避免就事论事。三在教师指导下完成调研报告。21第五章毕业论文设计指导第十二条指导教师毕业论文（设计）实行指导教师负责制。每个指导教师应对学生整个毕业论文（设计）阶段的教学活动全面负责。一指导教师条件及要求1毕业论文（设计）指导教师应作风严谨、有较高的业务水平和实践经验。指导教师一般应由讲师或相当于讲师及以上职称、具有丰富理论和实践教学经验的教师担任。2指导教师应为人师表、教书育人，同时对学生严格要求。应始终坚持把学生的培养放在第一位，避免出现重使用、轻培养的现象。3每个指导教师所带毕业论文（设计）的学生数原则上不得超过10人。指导教师确定以后，不得随意更换。在毕业论文（设计）期间，指导教师必须坚守岗位。确因工作需要出差时，必须经系主任批准，并委派相当水平的教师代理指导。4在校外进行毕业论文（设计）工作的学生，可聘请相当于讲师职称以上的技术人员担任指导。有关教研室必须指定专人进行检查，掌握进度，协调解决有关问题。第十三条学生一申请做毕业论文设计的学生必须修完所学专业教学计划规定的全部课程。二学生在充分调研的基础上，编写毕业论文（设计）工作计划，列出完成毕业论文（设计）任务所采取的方案与步骤。22三毕业论文（设计）工作计划编写完成后，经指导教师审阅同意后实施。学生应主动接受指导教师的检查，定期向教师汇报毕业论文（设计）的进度，听取教师的意见和指导。四学生在毕业论文（设计）工作中应充分发挥主动性和创造性，树立实事求是、诚实守信的科学作风，严格遵守规章制度,爱护公共财物和坚持节约，杜绝浪费。五学生必须独立完成毕业论文（设计）任务，严禁抄袭他人的论文（设计）成果，或请人代替完成毕业论文（设计）。一经发现，毕业论文（设计）成绩为零分，并根据情节轻重给予纪律处分。六所有学生必须参加毕业论文（设计）的答辩。七学生在毕业论文（设计）答辩后，应交回毕业论文（设计）的所有材料（包括设计实验的原始资料、报告、调研资料、毕业设计图纸、论文等）。对论文（设计）内容中涉及的有关技术资料，学生负有保密责任，未经许可不能擅自对外交流或转让，并协助做好资料归档工作。第六章撰写要求第十四条毕业论文设计应重点突出、内容充实，立论正确，论据充分，结构严谨，格式规范，结论正确，并要求思想端正、观点明确、实事求是、文笔通顺。设计图纸的各项内容应符合制图标准，做到结构合理，视图正确，尺寸齐全。艺术类专业毕业论文必须结合毕业设计进行撰写。第十五条毕业论文设计文本一般由题目、目录、中英文摘要、关键词、正文、参考文献、注释几部分构成，各部分具体要求见大学本科生毕业论文设计撰写规范见附件1，其中注释、附录视具体情况安23排。理工类、艺术类毕业设计的撰写规范可根据专业特点由所在系做出适当调整，并报教务处备案。第十六条毕业论文设计正文字数不少于8000字；开题报告字数不少于1000字；参考文献一般不少于10篇,其中包括外文参考文献2篇。第七章评阅、答辩及成绩评定第十七条评阅一指导教师评阅指导教师应对学生的毕业论文（设计）完成情况进行认真、全面的审查后给出成绩，并填写大学毕业论文（设计）指导教师评分表附件5。评语的书写要客观、公正，体现论文的真实水平。二评阅专家评阅学生在答辩前2周将毕业论文（设计）送评阅专家评阅，评阅专家由答辩委员会聘请。每篇毕业论文（设计）需要有两位评阅专家（其中一位可以是指导教师）进行评阅。评阅专家根据论文（设计）的实际情况进行评阅，给出成绩，对不足之处提出修改意见，提出是否可以进行答辩的意见，并填写大学毕业论文（设计）评阅教师评分表附件6。只有两位评阅专家都同意答辩才可获得答辩资格。评阅专家一般应由具有讲师及以上职称有经验的相同或相近学科的具有指导论文（设计）资格的人员担任。第十八条答辩一毕业论文（设计）答辩工作由各系毕业论文（设计）答辩委员小组负责，成立专业答辩委员会，各专业答辩委员会由39人组成，根据需24要，答辩委员会可决定组成若干答辩小组，答辩小组由35人组成，设组长1人，秘书1人（可由小组长兼任），具体负责本组学生的答辩工作。专业答辩委员会成员及答辩小组成员必须由具有讲师以上（或具有同等职称的专业技术人员）担任。专业答辩委员会的主要职能1聘请毕业论文（设计）的评阅专家审定学生答辩的资格；2主持并组织全系答辩工作并做好答辩记录，填写大学毕业论文（设计）答辩记录附件7；3讨论并确定学生毕业论文（设计）的答辩成绩，并填写大学毕业论文（设计）答辩小组评分表附件8。二答辩工作程序和要求1根据学生呈送的毕业论文（设计）任务书、翻译文章、毕业论文（设计）、毕业设计手册（艺术类专业）、毕业论文（设计）电子版、设计图纸、计算机程序及评阅意见等，答辩委员会审定答辩资格。2举行答辩先由学生阐述毕业论文（设计），时间一般为1015分钟，然后学生用1015分钟回答答辩小组老师提出的问题。3答辩小组结合论文（设计）内容、文字写作（规划设计）水平、口头表达能力等进行现场评分，并填写答辩成绩。4在校外做毕业论文（设计）的，可由接收单位的技术人员和我院教师共同组成答辩小组（我院教师任答辩组长）进行答辩。5答辩过程中，答辩小组秘书应做好记录，以供评定成绩时参考。第十九条成绩评定25毕业论文（设计）总成绩，由指导教师、评阅人和答辩小组的评分组成，三部分的比例分别为30，30，40。从严要求，优秀的比例一般不得超过20。各系可依据上述规定制定具体的执行细则，填写大学毕业论文（设计）评阅书及成绩评分表见附件9，汇总后盖章存档并报教务处。第二十条院级优秀毕业论文（设计）1基本条件（1）观点正确，有独立见解、创新或发现，或有较好的经济和社会效益；（2）能正确、灵活地运用所学基础理论、专业知识和基本技能，分析和解决问题的能力较强；（3）论文写作结构完整，论据充分，数据详实，符合学术规范；表达准确，语言流畅，概括能力较强。2获奖论文（设计）优先列入院级优秀毕业论文（设计）。3院级优秀毕业论文（设计）由各系推荐，推荐比例不超过毕业学生人数的3，教务处最终备案。第八章检查与评估第二十一条教务处对毕业论文（设计）工作全过程进行检查。检查内容包括毕业论文（设计）工作进度、教师指导、论文（设计）水平与质量、论文（设计）抄袭检测、答辩、成绩评定情况等。对发现的问题，则由相关人员及时进行整改。26第二十二条在学生答辩前，各系按各专业人数5比例对毕业论文（设计）进行抽查，并按一定比例进行抄袭检测。第二十三条检测结果认定及处理办法（一）文字复制比在30以下（含30）的毕业论文（设计），视为通过检测，合格。（二）文字复制比在3070之间的毕业论文（设计），由指导教师根据检测结果指导学生进行修改，修改后的毕业论文（设计）须进行复检。复检后的文字复制比降至30（含30）以下者，视为通过检测；仍未通过者，取消该生当年毕业论文（设计）答辩资格，延期一学期答辩。（三）文字复制比在70以上（含70）毕业论文（设计），取消该生当年毕业论文（设计）答辩资格，该生毕业论文（设计）须重新撰写，延期一年答辩。（四）因抄袭被责令延期答辩的学生，在第二次申请补做毕业论文（设计）过程中，再次有抄袭行为者，取消答辩资格，将不再安排毕业论文（设计）补做、答辩。（五）学生或指导教师对检测结果提出异议的，学院将组织相关专业专家鉴定，并作出结论。第二十四条毕业论文（设计）工作结束后，教务处、各系在质量检查与评估基础上，总结毕业论文（设计）工作中的经验，分析存在的问题，提出改进意见和建议。27第九章在校外做毕业论文（设计）的规定第二十五条凡需要在用人单位或协作单位安排学生做毕业论文设计的系必须提前与教务处联系。第二十六条用人单位接受学生做毕业论文（设计），应提前将任务书和指导教师的姓名、职称报学生所在系批准后，方可派出学生。接受单位应严格按照我院毕业论文（设计）工作有关规定操作执行，保证质量。第十章总结及归档第二十七条各系答辩委员会要督促各答辩小组对毕业论文（设计）进行工作总结。通过对毕业论文（设计）的总结，分析学生的学习质量，总结组织、指导毕业论文（设计）工作的经验。工作总结由答辩小组完成后交教研室汇总，再报系答辩委员会汇总。在答辩工作结束两个月内将本系毕业论文（设计）工作总结报教务处。第二十八条毕业论文（设计）资料含电子版由教务处保存，存期4年；优秀毕业论文设计由各系保存，不合格论文及其资料不保存、不退回。毕业论文（设计）资料包括任务书、开题报告、指导情况记录、答辩记录、评阅书以及成绩评定表、毕业论文（设计）文本，一律左装订。第十一章补做毕业论文（设计）的规定第二十九条毕业论文（设计）成绩不及格者不发毕业证，按结业办理。在规定年限以内可向学院申请补做一次，及格者换发毕业证，补做仍不及格者，以后不再补做。补做毕业论文（设计）具体办法如下1补做毕业论文（设计）可以在学生所在工作单位结合工作、科研进28行，也可在征得工作单位和学生原所在系同意的情况下，在去工作单位前留校补做。2凡在工作单位补做毕业论文（设计）的学生应征得工作单位同意，根据毕业论文（设计）题目及主要内容，向原所在系提出申请，经原所在系同意后，补做的毕业论文（设计）成绩方予以承认。3补做毕业论文（设计）的指导教师资格及相关责任按本工作细则执行。4补做毕业论文（设计）的时间不得少于12周。5补做毕业论文（设计）答辩由承担毕业论文（设计）任务的单位负责组织，并组成答辩小组，根据本工作细则对学生进行考核和成绩评定。6答辩结束后，在工作单位补做的，应将毕业论文（设计）连同任务书、毕业论文（设计）成绩考核登记表寄到学生所在系，由系组织人员对毕业论文（设计）成绩进行复核，并将复核结果报教务处。第十二章附件第三十条本工作细则自颁布之日起实施，由教务处负责解释。附件1大学本科生毕业论文（设计）撰写规范2大学本科生毕业论文（设计）开题报告3大学本科生毕业论文（设计）工作指导情况记录4大学本科生毕业论文（设计）指导教师评分表5大学本科生毕业论文（设计）评阅教师评分表6大学本科生毕业论文（设计）答辩小组评分表297大学本科生毕业论文（设计）答辩记录8大学本科生毕业论文（设计）答辩小组评分表9大学本科生毕业论文（设计）评阅书及成绩评分表30附件1大学本科生毕业论文（设计）撰写规范为了保证我院本科生毕业论文（设计）的质量，特制定本规范。一、毕业论文（设计）撰写结构1、题目题目应简洁、明确、有概括性，通过题目概括说明论文的主要内容。题目字数要适当，一般不宜超过20个汉字。2、摘要摘要是以浓缩的形式反映论文的主要信息，包括研究的内容、方法和观点，以及取得的成果和结论，应能反映论文的精华，不含图表，不加注释，具有独立性和完整性。中文摘要以300400汉字为宜。英文摘要与中文摘要内容要相对应。3、关键词关键词是反映毕业论文（设计）主题内容的名词。从论文标题或正文中挑选最能表达主要内容的词作为关键词，关键词一般为35个。同时有中、英文对照，分别附于中、英文摘要后。4、目录目录按三级标题生成，要求层次清晰。主要包括绪论（或前言、序言）、论文主体、结论、参考文献等。5、正文（1）毕业论文（设计）正文部分包括绪论（或前言、序言）、31论文主体及结论三个部分。绪论是综合评述前人工作以及国内外文献综述，说明论文工作的选题目的和意义，论文所要研究的内容。绪论要写得简明扼要，篇幅不宜太长