基于zigbee技术的智能电表研究与设计

基于ZigBee技术的智能的研究与设的投资与建设也相继展开。在此背景下，本文开展了基于ZigBee技术的智能的研究，主要完成了以下面的工作：1、根据智能和智能电网的概念，分析了智能电网的特征和需求，智能在智能电网中的作用。在此基础上，确定了本文研究的内容2、通过对发展趋势的分析，对电能的研究，选择CS5467作为电能处理模块的通过对集中抄表系统的分析，对ZigBee无线通信技术的研究，选择MC13213作为无线通信模块的。3、通过分析智能的组网策略，确定了智能的总体结构、主要功能和性能指标，设计了智能的硬件电路，实现了智能的4、通过对系统需求的分析ZigBee联网机制的研究，设计了两块主的相关程序，实现了电能数据的计算、、显示和传输。通过试验运行，效果良好，达到了原定的设计要求，同时也验证了本文设计的智能的有效性和可行性。，智能电网，CS5467，智能集中抄表，Zi，RESEARCHANDDESIGNOFSMARTMETERBASEDONAharmonioussocietyadvocatesenergyconservation,carbonemissionreductionandresidentialenergyconservation,stateofthesmartgridinvestmentandconstructionhavealsostarted.ThisarticleresearchsthesmartmeterbasedonZigBeeinthisbackground.Thisarticledoessomeworks,Accordingtosmartmeterandsmartgirdconcept,thisarticleyzesthecharacteristicsandneedsofsmartgird,therolethatsmartmetersplayinsmartgird.ThisarticleselectsCS5467asthecoreoftheenergyprocessingmodulethroughthe ysesofpowermetersandpowerchips,selectsMC13213asthecoreofthewirelesscommunicationmodulethroughtheysesofremotemeterreadingsystemsandwirelesscommunicationtechnologybasedonThroughtheysisofthesmartmetersnetworkstrategy,thisarticledesignsthesmartmeteroverallstructureanddeterminesthefunctionandperformance.Thisarticledesignsthehardwarecircuits,andrealizesthepurposeofsmartmetersnetworking.ThroughtheysesofsystemrequirementsandtheZigBeenetworkingmechanisms,theprogramoftwochipsisdesigned.Thepurposeofcalculatingparameters,datastore,displayandtransmissionisrealized.Throughtestandruninthelaboratory,theresultisgood,andthedesignrequirementisreached.Thisverifiesthevalidityandfeasibilityofthedesignofthisarticle.:smartgrid,CS5467,smartmeter,remotemeterreading,第一章概述选题随着科技的发展，电能表的设计方法不断改进，各式电能计量也不断涌现，文选用先进的电能计量-CS5467来进行智能的设计。策略告知家庭用户，实现了电网的双向通信与智能化配置。ZigBee无线技术具智能的概智能可以即时或定时获取用户一定时间段的（如1h，2h等）或实时（或准络，能把表内信息（包括故障和装置干扰）接近于实时地传送到数据中心。智能是在传统电子式的基础上，近年来才开发面世的高科技产品，它的应的涡流相互作用进行计量。而智能主要由集成电路、MCU和一些外电能计量对采样电压和电流信号进行处理计算，将得到的结果传送给MCU，由MCU进行最后的处理和显示，同时将数据通过网络上传到数据中心，本文所研究和智能电网与智能的发中国对智能电网的定义是：智能电网以物理电网为基础中国的智能电网是以特高压电网为骨干网架、各电压等级电网协调发展的坚强电网为基础)，将现代先进的感量术通技、计机术控技与理网度而容、交互、协调、高效、优质、集成等特征[1]自愈安全兼容交互电网运行中与用户设备和行为进行交互，将其视为电力系统的完整组成部分之协调高效引入最先进的IT和技术、优化设备和资源的使用效益，可以提高单个资产优质集成采用统一的平台和模型，实现包括监视、控制、、能量管理 、配电理(DMS)、市场运营(MOS)、企业资源计划系统(ERP)等和其他各类信息系统之间的综智能电网的构成包括4部分：高级量测体系（advancedmeteringinfrastructure，operationADOmanagement，AAMAMI的主要功能是给用户，使系统同负载建立起联系，使用户能够网有分析，未来5年，随着智能电网部署的快速增长，智能在全球装的数量将达2亿块在为升级国电网的拨中，有一分是用于使13%的家庭(1千8百万户家庭)来3年之内能装上智能。在欧洲，意大利及瑞典已经完成先进计量基础设施(AMI)的部署，将所有普通更换为智能电来10成AMI部署[5]，与的5960刺划在程，在来3至5年署1.7亿块智能。只，以每年更新20%、每只270元计算，智能的更新需求大概为145亿元，加上新增需求2000万只左右，智能年市场容量将达到200亿元左右[6]。本文主要研究基于以上章节的分析，本文将电能测量技术作为首要研究内容。通过对发展对CS5467的研究内容包括CS5467结构和性能分析，CS5467各项性能指标分析CS5467使用方法研究，重点在于掌握通过SPI通信应CS5467的方法。智能的无线通信功能是本文的另一个研究内容。具有ZigBee无线通信功能的智能具有多方面优势，特别适合智能电网的发展。本文将对ZigBee技术的特MC13213射频模块，并最终完成智能的组网策略、硬件和软件设计。本文研究的目的和配低功耗、低成本的ZigBee无线通信模块，满足社会发展需要。本章本章首先介绍了智能的概念，随后对智能电网与智能的发展作了深入分内容是智能设计的基础。第二章ZigBee技术在智能上的应智能和集中抄表系处理已经成为现实。自动抄表(AutomaticMeterReadingAMR)技术应运而生，目前国内用于居民用电抄表的产品，从近几年实际投入的情况看，IC卡表和远程集中抄表系统占了较大的。预IC卡方案仅能单一的解决电费回收问机制本身也容易引起与用户的纠纷，许多地方已明文限制使用[8]心（即主站，其主要作用是负责并分析智能的数据，实现对智能电的数据和参数。第二层是（也称集中器或楼道集中器通过GPRS或以太无线通信功能，完成与智能和控制中心的数据通信工作。第三层是带通信功能的智能。图2-1集中抄表系智能可以嵌入各种标准通信规约，图2-1中的智能具有ZigBee无线制中心传送的电网配置情况或电价信息反馈给智能。太网或GPRS，下面就这些常用的通信方式作分析比较。RS485总线方式。RS485总线是一种国际性的开放式的约为1200m。差分电压输入范围是-7V～+12V。输入灵敏度为±200mV，输1/2负载(大于或等24kΩ)1/4负载(大于或等48kΩ)甚至1/8负载(大于或等复慢，信道后续量大等。是传输距离长、系统结构简单并能被很好的，应用效果非常好；缺点是电力线载调制解调器和Internet服务提供者的用户能和共享Internet上的信息。因为TCP/IP问。TCP和IP是两个既独立又紧密结合的协议。TCP协议负责和主机的连接，而IP协议负责寻址，使报文被送到正确的目的地。当下位机要传输电能数据报文给Service现有GSM网络上开通的一种新型的分组数据传输业务，它是利用"分封交换它可以让多个用户共享某些固定的信道资源。GPRS特别适用于间断的、突发的或频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。GPRS相对有线还具有ZigBee技本文所研究和设计的智能具有无线通信功能，主要是在智能中增加ZigBeeZigZag形舞蹈方式来告知同伴，实现“无线”的沟通。借此意义以ZigBee作为新一代无线通讯技术名。在此之前统称为ZigBee。它是一种介于无线标记技术和蓝牙技术之间的技术提案，主要用ZigBee的与发展如下200012月，IEEEIEEE802.15.4工作组，致力于开发一种可应用在固现内有180多个成员企业，包括软件供应商、系统集成商和终端产品商1.0ZigBee技术是一种短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无IEEE802.15.4无线标准研制开发的有关组网、ZigBee制定的IEEE802.15.4协议标准是ZigBee技术依据的基石。ZigBee20kbit/s、40kbit/s、250kbit/s10～95m之ZigBee低功耗：由于ZigBee的传输速率低，仅为1mW，而且采用了休眠模可以维持长达6个月到2年左右的使用时间，这是其它无线设备望尘莫及的。成本低：ZigBee模块的初始成本在6左右，估计很快就能降到1.5—30ms15ms15ms。因ZigBee技术ZigBee254个从设备和一100ZigBee网络，而且网络组成灵活。可靠：采取了碰撞避免策略，同时为需要固带宽的通信业务预留了时隙，避开了发送数据的竞争和。MAC层采用了完全确认的数据传输模式，每个发送[15]AES-128的加密算法，各个应用可以灵活确定其安全属性。除此之外，ZigBee网络的自组织、自愈能力也很强。ZigBee的自组织功能即无ZigBee的自愈功能就是当增加或者删除一个节点，节点位置发生变动，节点图2-2Fig.2-2comparisonofthewireless在ZigBee技术中，IEEE802.15.4仅处理MAC层和物理层协议，ZigBee对其网络层协议和API进行了标准化。Layer（Profile；Layer）及存取层（MediaAccessControlLayer：MACLayer。过物理信道对数据包进行发送和接收等；MAC层主要实现信标管理、信道接入、时隙管理、发送与接收帧结构数据，提供合适的安全机制等；网络/安全层主要用于ZigBee网络的组网连接、数据管理和等；应用层主要为ZigBee技术的实际图2-3ZigBee协议体系结构Fig.2-3architectureofZigBee在ZigBee网络中，根据设备所具有的通信能力，可以将设备分为全功能设备FFD(full-functiondevice)和精简功能设RFD(reduced-functiondevice)。FFD之间以FFDRFD之间都可以相互通信；但RFD只能FFD通信，而不能与RFD通信。RFD主要用于简单的控制应用，传输的数据量较少，对传输资源和通信资源需要功能相对较强的MCU，一般在网络结构中拥有网络控制、路由和管理功能。ZigBeePAN网络协调者(PANcoordinator)FFD设备，它是网络的中心节点。PAN网络协调者除了直接参与应用以外，还要负责其他网络成员的管理、链路状态信息的管理以及分组转发等功能。图2-4是ZigBee网络的图2-4ZigBeeFig.2-4ZigBee从图中可以看出，ZigBee设备主要有三种角色：网络协调者、网络路由器和网报文的功能。通常协调者和路由器节点一般由FFD功能设备构成，终端设备由RFD设ZigBee网络根据应用的需要可以组织成星型网络、网状网络和簇状网络三种拓网络(Mesh)只要彼此在对方的无线辐射范围内，任何两个FFD设备之间都能直接通文的路由转发功能，Mesh网在构建时比较复杂，节点所要的信息较多；对于簇Mesh网络，构建簇状网络比较简单，所需的资源相对较少，并且可以实图2-5ZigBee网络Fig.2-5ZigBeenetworkZigBee无线传感器网络带负载管理功能的自动抄表(AMR)系统照明、HVAC和写字楼安家庭、HVAC、安防系统运用有源RFID应用，用于产品、产品、较大物品和财产管理在工业领域：利用传感器和ZigBee网络，使得数据的自动、分析和处理变网络的成本[17]有较长的（大于或等于轮胎本身的，同时应该克服嘈杂的环境和金属结构在家庭和楼宇自动化领域：家庭自动化系统作为电子技术的集成被得到迅速扩无线技术的主要动因未来的家庭将会有50~100个支持Zgee的被安装在电灯开关、烟火检测器、抄表系统、无线、安保系统、C、厨房器械中，为实现控务。ZigBee的主要优势在于该类产品可以联网，同时还具有可互操作、高可靠及高来还可通过控制(甚至可以是)来实现对楼宇自动化设备的管理。等等，可能还有烟雾感应、器和头等设备，使用了ZigBee技术，可以把这Internet，这样第二、采用先进成国际标准，没有后顾之忧。采用了与luetooth(蓝牙)、iFi(无线局域网)等成熟标准同属一个大的国际标准，无论进口还是国产的产第三、无线网络的解决方案突破了安装方式的难题。ZigBee提供了一套无需在第四、ZigBee技术适用于简单控制。对于家居的各种电器控制，都可以采用与第五、ZigBee的技术特点决定了其能很好地满足智能家居网络的需求，特别是图2-6ZigBee智能Fig.2-6ZigBeesmart图中的系统主要由一个智能家居控制器和若干个室内ZigBee功能模块组控制器内部装有1个ZigBee模块通过ZigBee无线网络与家居中的装置进ZigBee网络协调器(FFD)来使用。它负责组建智能家居ZigBee网络，接收系统控制中心发送的指令，并做出相应地处理。同时还要将从路由节点(FFD)或终端节点(RFD)接收到的数据发送给系统控制中心。ZigBee网络方案中，决定使用何种硬件平台是第一步。通常硬件平台由组或一个模块组成。ZigBee目前已为ZigBee网络中通过鉴定的硬件平台定了证制度，这些硬件平台经证实具备了支持ZigBee技术方案的能力。如果ZigBee的终端产品带有ZigBee标识并作为ZigBee已鉴定的产品进行推销，那么ZigBee硬件平台和软件堆栈也必须通过验证可以作为ZigBee兼容的平台。ZigBee网络的ZigBee现有应用程序。这样的解决方试并要满足诸多生产要求。在定制的主板上采用组就要求支持硬件生产的各环IEEE24位64位地址。同时，设计者也必须选择一个ZigBee网络层堆栈，并把该堆栈导入他们的硬件中，进而对ZigBee的应在ZigBee上游微控制器、射频收发器组件部分，飞思卡尔、德州仪器、Atmel、Microchip、SiliconLaborator 子等厂商皆已推出相关解决方案；已开发出ZigBee协议堆栈的厂商则有Figure8 亚及等厂商投入GSM/UMTS结合ZigBee技术的网关器开发[21]。RS232/485接口数据透明传输，通过MESH 数据流可以通过多跳方式2.4-2.483GHz[17]IEEE802.15.4ZigBee，可选口为RS232（RJ45接口9V（标准工业接线端子。图2-7ZigBeeFig.2-7ZigBeeZigBee是上发展最为成一环，从2004年底ZigBee正式提出标准以来，ZigBee厂开始推出符合ZigBee标准的，如Atmel的AT86RF210(868MHz/915MHz)FreescaleMC13192STSN260TICC2420。ZigBee技术运用在无线网络成功与否的关键因素，因此ZigBee商开始整合微控制器及RF传输，开发出整合型单，如率都集中在2.4GHz。DSSS（直接序列扩频射频收发器和1颗工业级小巧高效的8051控制器。CC243032/64/128KB8KBRAM，还包含模/数转换器(ADC)、定时器21I/O引脚。CC2430的805180518051的汇编器和编译器进行软件开发21个可编I/O引脚均可以通过软件设定1SFR寄存器的位I/O口使用[22]来自韩国的ZigBee和方案厂商RadioPulse主要有MANGO-MG2400和MANGO-MG2450系列产品。MANGO-MG24002.4GHz频段，集成RF收发器电路、808.15.4基带Modem、MAC、8051核等。这款灵敏度达到了-99dBm，最大TX功率为+7dBm。MANGO-MG2450是RadioPulse的产品。和2400相比具有更强大的功能增加了语音加密技术编程也由64K的SRAM升级到了96K的闪存。在参数方面，最大TX功率也提高到了10dBm[23]。作为ZigBee技术的创立者之一，Freescale在这一领域以完整的ZigBee平台方案MC1321x系列器件是基于MC1319x系列的第二代产品（2006年集成了HCS08微控，体现了ZigBee技术高集成度的SoC特性。MC1322x系列是Freescale推出的ZigBee解决方案[24]。表使用Freescale公司的第二代ZigBeeMC13213作为射频通信模块。MC13213的特Freescale的MC1321x系列是第二代ZigBee平台，在9x9x1mm71引脚LGA封2.4GHzRF8位微控制器。MC1321360KB的闪存。MC1321x解决方案能在简单的点对点连接到完整的ZigBee网状网络中用作无线连积封装中的无线电收发器和微控制器的组合使它成为成本效益的解决方案。MC1321xRF2.4GHzISM802.15.4标准兼容。收发器包括低噪音放大器，1mWVCO的功率放大器(PA)，集成的发送/接收开关，板内的电源稳压器以及完全的扩展频谱的编码和译码。MC1321x中的HCS08系列微控制器单元(MCU)，HCS08A60KB的闪存和4KB的RAM。MC1321x的系统级方框图2-8所示图2-8MC1321x系统方框图Fig.2-8MC1321xsystemblock准以及FreescaleZigBee协议栈BeeStack。财产环境与控—监图2-9MC13213内部MC13213802.15.4标准调制解调器方框图如2-10图2-10802.15.4标准调制Fig.2-10802.15.4MC13213MC13213通用平台特性-40°C至+85°C支持单个16MHzMC13213微控制器特性60KBFlash，4KB低功耗模式（等待模式，Stop2和Stop3模式封装内部SPI802.15.48810多达32GPIOMC13213RF完全兼容802.15.4可编程时钟输出到20802.15.4可提供7GPIO口供MCU使用MC13213完全兼容802.15.4MC13213硬件，Freescale提供了广泛的软件功能，主要有以下三个层次的简单的小内存占用（<4K；ANSIC源代码兼容IEEE802.15.4对可预计的时间延迟支持128位非对称加密标准（AES本章或以太网通信方式比较适合该系统。通过对ZigBee无线通信技术的介绍，了解到ZigBee技术适合作为小区内部集中抄表的通信方式，同时其在智能家居系统中的应用也非常广泛，基于此本文设计带ZigBee无线通信功能的智能。本章最后介绍择Freescale公司的MC13213作为通信模块的。第三章智能的总体设智能的组网策家庭家庭N家庭家庭N图3-1智能网络拓Fig.3-1smartmeternetwork完成与上级电力局主站之间的数据传输。集中器作为协调器负责建立和ZigBee网络。 系统对各的状态进行轮巡。由于ZigBee模块和性存在极限，智能和集中器的安装不同于Ⅰ类ZigBee无线网络是住宅楼道层次的家庭外部ZigBee无线抄表网络户一个的带ZigBee无线通信功能的智能群和楼道集中器构成。这是一个簇状网寻找一对节点间的路由消息、不断地接收信息；智能作为路由节点，既可以直接ZigBee无线网络是家庭内部的智能ZigBee无线网也是一个簇状网传感器、可控插座和窗帘控制器等分别作为终端节点或路由节点加入这个ZigBee网ZigBee网络中。这样做的好处显而易见，智能家居主控制器可以通过ZigBee网络向智能传送信息，智能再向电力局主站反映家庭用电需ZigBee无线网络实现家庭与智能电网间的信息交互。在图3-1中，家庭1的智能作为无线路由节点，通过网络扫描方式分别加入了两个ZigBee网络，一个是楼道无线抄表网络（Ⅰ类ZigBee无线网络，简称网络1）一个是家庭内部的智能家居网络（Ⅱ类ZigBee无线网络，简称网络2）两个ZigBee无线网络使用不同的网络通信信道。智能通过网络1向电力局传送通过无线网络2向智能家居主控制器传输了分时用电策略，主控制器相应调CS5467电能的研1890年，弗拉里发明感应式电度表，在本世纪得到迅速普及应用，至今已有百余年的历史[25]。作为测量电能的仪表，电度表广泛应用于发电、输电、配电和第一阶段：1880年，德国人利用电解原理制成了直流电能表，成为世界上最早的电能表。随着交流电的出现和使用，1889年，德国人布勒泰制作了无单独电流铁心的感应式电能表。1890年，带电流铁心的感应式电能表出现，其制动元件19世纪末，才逐步采用永久磁铁产年就研制出电子式电能表。到了80年代，大量新型电子元器件的相继出现，尤第三阶段：90年代末，数字采样技术被应用于电功率的测量，数字采样技术的 从而实现多种功能。90年代数字采样技术的电能表在工业发达的国家迅速发展，相0.01级。数字采样技术方案所具有的优点十分其中计量作为部件决定了整表的性能、功能和价格，而数字乘法算法的实现MCU软件编程实现乘法运算处理；方式三，通过外部DSP实现乘法处理。行业内比较流行的设计方案有两种：①采用ADC+DSP+MCU+计量软件的解决方案；②采用电能+高性能MCU的解决方案。ADI、CirrusLogic、SAMES、TDK等公司在电子式使用的电能计量市模拟器件公司ADI的电能计量内核包括有功功率、无功功率和视在功能，例如SAG检测、峰值检测和过零点检测。ADI公司的ADE71xx和ADE75xx（ADE是ogDevicesEnergy的缩写）系列产品是完整的SoC解决方案。如ADE7100和ADE7500电能表系统把电能测量内核与微处理器、片内闪存、LCD驱动器、实时时钟和智能电池管理电路结合在LCD数据并且完成其它的重要系CirrusLogic公司是一家开发高精度模拟和混合信号集成电路的半导体公司。它的电能计量主要有CS5451A、CS5461A、CS5462、CS5463、CS5464、CS5466、CS5467等。其部分产品已经24位的高ADC，能1000:1的动态范围内保最近几年年，部分中国IC设计公司成长迅速，逐渐掌握电能计量的技术和产品可靠性设计技术，并开发出一批低成本自主产品，他们已开始和国 解决方案的专业公司。它的电能计量主要产品包括计量、计费电路FM7755和单相居民多费率电能表FM230x。其中，FM7755采用CMOS工0.2％，能直接驱动机电式计度器和两相步进电机，具有防潜动功能，片内具有电源电路。FM7755适用于单相两线制电力用户的电能计量。接驱动双计度器、LEDLCD，可实现《单相多费率电度表技术规范》中的精确计时、时段管理、电量统计、数据、编程设置、脉冲输出、常数设置和红外、485CS5467电能CS5467是一块高精度单相电能测量IC，它带有一个与SPI兼容的串行通信口，两路脉冲输出。CS5467集成了数字积分、参考基准电压源、温度敏感元件等，可用于相位和失调等)所必需的信号处理电路[28]。 可为并发的两相测量提供两个电流通道和两个电压通道，并利用四级－Σ24位模数转换器来测量电流，可提供同类IC的双倍动态测量范围，并通过串行接口定时将数据传送给主，方便地实现对测量系统的实时监测。CS5467同时具CS5467内部结构如图3-2所示图3-2CS5467内部Fig.3-2internalstructureof3-3V1,I1,Q1,P1的信号流图。输入模拟电压信号经过二阶△－Σ模SINC3，以(MCLK/K)/1024的字输出速率(OWR)被转换为24位数据[29]，接着经过三阶IIR滤波器进行补偿。PMF将应用到另一个路径上，使之匹配高通滤波器在接驱动存放I1,V1,I2和V2值的结果寄存器。图3-3Fig.3-3signalflowCS5467的主要特性如带有温度传感器（与第二电压通道复用符合IEC、ANSI、JIS工业标准带有简单的三线数字串行接口（SPI；供电电压配置：VA5V；GND0V；VD3.3VCS5467VD+可以在+3.3V到+5VVA+VD+，推荐值为+5V，并且上电时间要先于VD+PCB0Ω电阻进行点CS5467专为功率测量进行了优化，适合于与分流器或电流互感器相连来测量电CS5467的电流通道集成有一个增益可编程放大器(PGA)，它可使输入电平满量程选择为±250mV或±50mV。CS5467输入电压可以接收直流信号和交流信号，接收直大表读数最好不要超过150mV，否则会引起输出的非线性，进而影响有功功率、能使用150mV对应满量程，利用直线方程可直接计算出实际结果。为了方便与外部微控制器通讯，CS5467集成了一个简单的三线串行接口，该串口与SPITM和MicrowireTM标准兼容。串口的串行时钟(SCLK)和RESET引脚内包含CS5467CS5467的各种设一个写寄存器的操作，然后开始传输数据。外部主输入令字控制着CS5467三线制，且每次的输入输出高达32位，因此对同步要求较高。图3-4给出了CS5467的SDO读时序，这是一个很重要的时序关系。从CS5467中数据时，首先要写一个字节令字，以确定读出内容的性质。以字节命令字写完后，紧接着读出的24位就是所要的内容。CS5467时序要求：在每读到一个字节的最后一位前，都要把SDI置为低电平，在读下一个字节前，恢复为高电平。相当于内部执行了“SYN0”同步命令，以保证24位数的精确同步。图3-4SDOFig.3-4readtimingof3-1000010读寄存器时，被寻址的寄存器中的数据被传送到输出缓冲器中由SCLK移位输015RA4～RA0也可以连续多个寄存器的时钟上升沿之后，SDO引脚随着此时钟下降沿变为低电平，以后每个时钟的下降沿，SDO引脚的数据都有效。24位数据是按先后低智能的总体结器器I2C通输入电流输入电流I

CS SPI

图3-5智能硬件框Fig.3-5hardwareblockdiagramofsmart智能主要由电源转换模块、CS5467电能模块、ATMEGA16处理模块MC13213射频模块组CS5467ATMEGA16处理模块需要的+5V直流电源，以及MC13213射频模块需要的+3.3V直流电源。方案中使用了一块Atmel公司的ATMEGA16八位单片基于增强的AVRRISC结构的低功8CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATMEGA161MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的。ATMEGA16AVR32个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与算逻单元(ALU)相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时两最高至10倍的数据吞吐率。RWW)，512EEPROM，1KSRAM，32I/O口线，32个通用工作寄存器，用于边界扫描的JTAG接口，支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/计数器(T/C)，片内/USART，有起始条件检测器的通用串行接口，8路10位具有可选差分输入级可编程增益(TQFP封装)的ADCSPI串行端口，以及六种可以源线L上的电流互感器的输出作为CS5467电流通道1的输入信号。CS5467电能模块将采样的电压值和电流值进行处理计算，可以测量瞬时电压、电流，计算得到IRMS和VRMS、视在功率、有功和无功功率以及有功的基波和谐波功率、无功的基波功率、功率因数、频率等值，最后将这些数据通过SPI通信传输给ATMEGA16处理模块。ATMEGA16处理模块负CS5467电能模块MC13213射频模块的数据传输，将向电力局主站报告家庭的用同时也可以将电力局主站发布的用电策略传智能的主要功下面将列举智能的主要功能。ZigBee无线通信功能。智能通过与楼道集中器的ZigBee无线通信，电能。智能通过与智能家居系统主控制器的ZigBee无线通信，实现智能家居系统与电力局主站的双向数据交换，使智能家居系统能够及时获取电网用电策略，在此基础上合理使用电能。智能的主要性能指表3-2智能性能指20A，最1IEC61036-2002：115MΩ。在湿热试验条件下绝缘电阻不低于2MΩ。电快速瞬变脉冲群能力[32]：按照GB/T17626.4中严酷等级3的标准进试。首先智能2kV峰值，在信号输入端口间接试验电1kV峰值，重复频5kHz的10min3次。静电放电能力：按照GB/T17626.2中经常可能触及的部位施加试验电压8KV，正负极性放电各10次，每次放电间隔至少为1s。浪涌能力：按照GB/T17626.5中严酷等级3的标准进试。首先智能处于正常工2kV，辐射电磁场能力：按照GB/T17626.3中严酷等级3的标准进试。首先智能处于正常工作状态，然后辐射电磁场频率范围为80MHz～1000MHz，试验场强为10V/m，持续时间本章本章首先介绍了智能的组网策略，特点是将智能接入到两个不同的ZigBee网络，一个是集中抄表无线网络，另一个是智能家居无线网络。随后介绍了第四章智能的硬件设电源的电源设计的好坏直接决定了智能的可靠性与稳定性，也与智能的EMC

43214321

4-1Fig.4-1filterF1。F1是一种高分子聚合物正温度系数Coeficient乙稀(Polyethylene)和导体(主要成分为碳黑(CarbonBlack))组成，PPTC由高分子有机工艺加工而成。常温下，正常工作电流通过PPTC内部时，高分子聚合物与导电粒PPTC正常工作时内阻很低（每款型号在出厂价都标有电阻范围）PPTC两端出现短路或破坏性大电流时，串联的PPTC消耗功率P=I2R开始增大，PPTC瞬间产路，此时PPTC内阻值达到KKΩ级数值。从而有效限制短路电流或破坏性大电流通过PPTC，回路处于断开状态。此时PPTC处于高温高阻状态，经过试验表明，它可72小时处于高阻状态。当故障电流排除后，PPTC内部材料温度降低，高分子聚合物重新结晶，导电粒子材料开始导通。整个工作电路恢复正常。PPTC自动恢复的本文所采用的自恢复保险丝型号为JK250-800U。它所承受的最大冲击电压为250V，最大冲击电流为10A，温度25℃±2℃时最大不动作电流为800mA，最小动作电流1600mA，起始零功率电阻为0.4～1.0Ω，动作1小时最大电阻为3Ω。封装形式为插装式，引线为Φ0.60mm镀锡铜线。F1在电路中主要起暂时切断浪涌大电流作用，并能在浪涌大电流结束后自动接材料是二价元素锌（Zn）和六价元素氧（O。所以从材料的角度来看，氧化锌压敏周期的，电流电压的峰值可能很大。具体的压敏电阻型号为471KD14，它的压敏电压为470V，精度为±10%，封装形式是圆形双列直插式，圆盘直径为14mm。1 1DFB DFB R1522100nF12121+33V+33V3AKAK24-2Fig.4-2powerPILinkSwitch-TNIC—LinkSwitch-TN在一个器件上集成了一个高压功率MOSFET开关管及一个电源成本最低、元件数目最少的降压型(BUCK)具有精确的限流点，工作在66kHz1mH120高达700V频率调制技术极大地降低了EMI(~10dB)EMI滤波器的成本支持降压(Buck)、降压－升压(Buck－Boost)全球输入电压范围(85VAC265VEcoSmart®使用自供电的降压型拓扑结构(光耦反馈方式)，在115/230VAC输入电压下，其空载功率消耗典型值分别为50/80mW；功率消耗典型值分别为7/12mW；D2UF4005。在极度非连续工作方式（MDCM70°Ctrr≤慢速二极管引起的很高的前沿电流尖使开关周期提前误中断，从而造成输出电压对于反馈二极管D1，使用了1N4007，D1D2的正向导通压降要求一致。电感L2使用了1mH的“鼓”型磁芯的电感，磁芯采用单一的铁氧体材料，成本低，音频噪音小。电容C8使用了100µF/25V的电解电容，主要功能是对电感上的电流进行平滑滤波。实际的输出纹波电压为此电容ESR的函数。电容C4为反馈电容，它的作该电容取值为10µF/25V。R1R2组成了电阻分压器，使得FB引脚的电压维持在1.65V。R2使用2kΩ的精度为1％的标准电阻。这样可以确保偏置反馈中的电流约为0.8mA，防止其它噪声信号对反馈造成干扰。他电路产生电源。U4为低压差线性稳压器件AS1117-3.3V，该负载电流可达800mA。并且提供电流限制和热保护，而且其内部电路包含1个齐纳调节的带隙参考电压以确保输出电压的精度在±1%以内，有助于进一步减少纹波。C1为22uF/10V的钽电容，主要起储能和滤波作用，用来改善系统瞬态响应和稳定性，对于保持输出电压的稳定性起着非常重要的作用，它必须同时满足最小电容值和ESR显示和键盘模块的在本设计中，ATMEGA16负责显示和键盘模块的处理，本文选用ATMEGA16的封装形式为PDIP-40在对家庭使用环境和实际市场情况调研的基础上，本设计选择了型号为KW1-601ASB5KW1-601ASB组合而成，显示模块原理如图4-3所示。4-3Fig.4-3displayKW1-601ASBLED100mW，标准管压电阻R1、R2、R3、R4、R5为限流电阻，数码管电源引脚通过限流电阻接到电源+3.3V上。+3.3V2.4V，数码管发光亮度高，亮度变化平缓。电容C116V/470uF的电解电容，主要起到储能和滤波作用，74LS164额定功率为80mW，当清（CLEAR，9脚为低－QH，即Q0-Q7）均为低电平。串行数据输入端（A，B）可控制数据。当A、B任意一个为低电平时，新数据输入，在时钟端（CLOCK，8脚）脉冲上升沿作Q0的状态。74LS16425MHz，使用+5V直流电源。原理图中网络标号DAT（J6的1脚和2脚接到ATMEGA16的23（PC1，J6-J10的CLOCK引脚（8脚）接到ATMEGA16的22脚（PC0，J6的Q7脚与连，J6-J10Q0-Q7脚分别连接到数码管J1-J5P-A脚。ATMEGA16DATACLK的控制J6、J7、J8、J9、J10中，这个过程速度很快，肉眼无法感觉。最后，当数据传输完毕后，数码管J1-J5再将数值依次显示。这种设计方法具有两个优点：一是节约了ATMEGA16的I/O口资源，减少44444414-4Fig.4-4keyKEY1、KEY2、KEY3、KEY4、KEY5、KEY6ATMEGA16芯（PA2（PA3（PA5（PA6（PA7。ATMEGA16通过程序扫描这几个管脚来确定当前有哪些按键被按下信号与处理模块的设CS5467电能模块原理如4-5所示

4-5信号采样部分分为电压采样和电流采样，电流采样使用高精度电压型电流互感器，电流互感器输出端与原理图中的接插件I1连接，电阻16和17的组合提供了直流通路用于稳定输入差分信号，电阻15与电容19以及电阻17与电容24构成两个C低通滤波电路，电容23主要对差分信号进行滤波。处理后的输入信号最到S5467的19和20脚。C17RCC16主要对差分信号进行滤波。处理后的电压输入信号最终连接到CS5467的9脚和10脚。CS5467的18脚为模拟电源正输入端，3脚为数字电源正输入端，模拟电源VA+要大于或等于数字VD+且上电时间先VD+4-5中的电R11正好起到这个纹波。电容C11和C12用于CS5467电源的去耦，增强能力。CS5467的21脚为电源状态脚，+5V电源经过电阻R10和R13分压输入21脚，如果电压跌落到最低限值，状态寄存器中的低电压检测位将被置位。1脚（XOUT）28脚（XIN）4.096MHz的晶振，通过内部锁相环达到要求的工作频率。11脚为片上电压参考源输出脚，通常为+2.5V，12脚为参考电压输入脚，通过与11脚相连由内部提供模拟电压参考源。C31为0.1uF的去耦电容，能够有2526LEDD4、D3D2相连，起指示作用。8脚为工作模式选择脚，通过直接接到参考地保证CS5467工作模式为外接微控制器模式，SPI为从机通信模式。本设计中对CS5467电能数据的主要依靠片上SPI通信端口，的23脚为复位脚，通过排R9接到+5V并通过端JP1ATMEGA16I/O口；7R9接到+5VJP1ATMEGA16I/O口；27脚为串行数据输R9接到+5V以获取确定的高电平信同时ATMEGA16的SDO端口；6脚为串行数据输出脚，连接到ATMEGA16SDI端口；5脚为串行时R9接到+5VATMEGA16的SCLK脚；24脚为中断事件输出脚，当编程允许事件发生时输出低电平，此引脚通R9接到+5VATMEGA16I/O口。ATMEGA16PB0PB1PB4(SS)PA02e8PD6(ICP)PD7PC1(SDA)PC2(TCK)PC3(TMS)PC4(TDO)PC5(TDI)135792R23X15V5V eFig.4-6ATMEGA16ATMEGA16使用外部晶体振荡器，管脚1213外接8MHz晶振X1，对地之间R10.1uFC3RESET引脚MCUR1和电容C3将保证复位脚的电平变化过程。JP24-5JP1，ATMEGA165SPI片选脚，连接CS54677脚；6SPICS546727脚；7CS54675脚。ATMEGA16SPI主机模式，SPISS引脚，由程序来处理。对SPI数据寄存器写入数据即启动SPI时钟，将8比特的数SPISPIFSPCRSPI中断使SPIE置位，中断就会发生。主机可以继续往SPDR写入数据以移位到从机中去，或者是将从机的SS拉高以说明数据包发送完成。最后进来的数据将一直保存在缓冲寄存器里。SPI系统的发送方向只有一个缓冲器，而在接SPI数据寄存器执行写操作。而在接收数据时，需要在下一个字符移位过程结束之前通过SPI数据寄存器当前接收到的字符。否则第一个字节将丢失。ATMEGA16的28脚连接CS5467的23脚，控制CS5467外部复位；29连接CS5467的24脚，作为输获取CS5467的事件触发信息；22脚连接74LS164J6124-3所示，作为输出口向移位寄存器输出显示数据；23脚连接74LS164J6-J10的8脚，输出移位寄存器时钟控制信号；33-38脚分别连接键盘网络标号KEY6-KEY1，如图4-4所示，作为键盘扫描输入端口使用。这些引脚组成了测试端口TAP。这些引脚是：TMS，测试模式选择引脚，此引TAP控制器各个状态之间的切换；TCK，测试时钟引脚，JTAG操作是移出的数据。对于片上调试系统，除了JTAG接口引脚外，调试器还RESET引脚，以便检测外部复位源。如果复位引脚是以漏极（集电极）开路的方式驱动的，RESET引脚来复位整个系统，P16ATMEGA16复位引脚9脚。通过JTAG端口能够很方便地对烧写程序和调试程序。全双工操作(独立的串行接收和发送寄存器5、6、7、8912,图4-6中ATMEGA16U1的14脚和15脚分别为USART的数据接收脚和据发送脚ATMEGA16供电电源为+5VMC13213供电电源为+3.3V，在串行数据通讯过程中必须进行电平转换。图中的电阻R3、R4与NPN三极管T1将MC13213发送脚的+3.3V对应高电平转换为+5V对应高电平；R5、R6NPN三极ZigBee网络模块的ZigBee解决方案。MC1321xFreescaleZigBee产品，内部IEEE802.15.48MC9S08GT250kbpsO-QPSK16个可选的通信频道，名义输出3种省电模式。FreescaleZigBeeIEEE802.15.4MAC、FreescaleSimpleMAC(SMAC)、Figure8WirelessZigBeeProtocolStackFreescale基于MC13213的网络模块的设计包括时钟电路的设计、调试接口的设计、天线模块的设计和串口通信电路的设计，在上一节已经介绍了ATMEGA16与MC13213进行串口通信的电平匹配的方法，下面介绍时钟电路的设计、调试接802.15.416MHzMC13213内部带有由振荡器16MHz的晶振，外接电6.8pF[35]。8CLKOICGCIPLL模块的运行，通过寄存器ICGCZ选择PLL倍频系数。如图4-7所示。这样就保证了MCU与RF的时钟同步。4-7Fig.4-7clockFreescaleHCS08MCU（backgrounddebugmodule，它支持片上非易失性器的编程并具有先进的用户使用计算机通过串口、并口或USBBDM烧录器，BDM烧录器其中1脚与3脚悬空，2脚接电源+3.3V。4脚接复位脚（MC13213的11脚，10KR14与电源+3.3V0.1uFC11与参考地相连。5脚接单线调试脚（MC13213的7脚），6脚直接接参考地。4-8Fig.4-8debuginterfaceMC13213除了具有8位普通单片机的功能外，内部还集成了无线收发模块MC13192MC13213对于短距离无线通信设备（SRD,shortrangedevices）来说，天线的设计关系到到天线的选择和设计目前国内一般的ZigBee均工作在2.4G频段也就是ISM频网)等。一般来说，在这个频段，我们可以选择的天线有PCB天线、Chip天线和Whip天线。PCB天线的优点是成本低，可以达到较好的性能，在频率高的情况下尺寸小，ground为参考的信号，它的特50RFICRF口，因此，如果使用单端PCB天线设计难度较大，通常还需要仿真工具的支持。为了得到一个最优的设计，做仿真就会花大量时间和精力。因此，一般设计都是原封不动的按照厂商给出的参考设计来做。Chip天线可以用在天线空间比较小的场景中，即使频率低于1GHz。和PCB天线相比，Chip天线增加了BOM(BillofMaterial)，并且还要增加贴片的成本。Whip天线性能比较好，但是相比于前面的PCB天线和Chip天线来说，成本较高、尺寸较大，而且通常需要接座。一般来说，这种天线都是全向天线。MC13213Datasheet中，freescale公司给出了参考天线设计，称为倒F天线。这里需要注意的是：MC13213内部具有收发开关，但也可以使用外部单独设计也就增加了，即增加了一个收发开关和balun。在本设计中使用了外部收发开关。MC13213Datasheet中有关天线模块的参考设计原理如图4-94-9Fig.4-9antenna平衡变压Z2Z3，具体型号LDB212G4005C-001。IC1RF收发开关，型号为MC13213RFINPAO端口都需要使用，内部的收发开关则被旁路。L5、L6、L7以及L9C4和C7对两个差分端口进行匹配。IC1的4脚连接到MC13213的CT_BiasIC16脚连接MC13213GPIO1端口，当GPIO1被编程为“退出空闲”状态指示端口时这样连接是非常有用的。当无线连接退出空闲（激活无线连接），RF收发值得注意的是，只有在电流负载非常小的情况下GPIO1端口才能为IC1提供电源。本章按键模块的设计、信号与处理模块的设计和ZigBee网络模块的设计，整个设计第五章智能的软件设 处理模块软件设计始数SPI显示键盘对ATMEGA16始数SPI显示键盘图5-1ATMEGA16程序流程系统上电后，ATMEGA16首先进行初始化过程，包括各种程序中用到的数开IO口初始SPI初始结开IO口初始SPI初始结串口初始5-2Fig.5-2是是否否是5-3Fig.5-3keyscanningflowIO口来确定各按键相应状态。在IOIO口的低电平输入是5-4Fig.5-4display接收1个数在SPI通信处理子程序中，ATMEGA16作为主机定时向CS5467所需参数接收1个数是5-5SPIFig.5-5SPIATMEGA16与电能处理CS5467之间采用SPI通信方式，ATMEGA16配置为主机CS5467配置为从ATMEGA16每发送一条读指令只能接收到CS5467据接收完毕后将进行处理，主要工作是计算并累加电能值，得到的结果最后通过ZigBee无线模块向外发送并刷新显示数据。ATMEGA16外扩了一个数据器，主要用来保存一些需要掉电保存的数据，数据过程如图5-6所示。开开是否需要保存内部参定时数判断数据保存用户参事件数结保存定时保存事件数保存用户参保存内部参5-6Fig.5-6dataATMEGA16与外扩器之间以I2C方式通信，当程序中出现需要掉的基于RS232的串口通信协议。定的时间间隔要求。每一个字符的前面都有一位起始位（0，字符这种格式是靠起始位和停止位来实现字符的界定或同步的，故称为起止式协议。联（1（停止位或空闲位0”电平的到来和下一个字符的开始，直到全部数据传送完毕。19.2kbit/s是否否否是5-7Fig.5-7serialATMEGA16MC13213发送过来的指令。如果 射频模块软件网络层(NWK)MAC层与应用层(APL)之间的一个协议层[13]。网络层的任层交互，网络层逻辑上包含两个服务实体：数据服务实体(NLDE)和管理服务实体和管理服务(NLME)NLDE-SAPNWKAPL层的数据服务接口，用于将APL层提供的数据打包成网络层协议数据单元，并将其传输给相应节点的NWKNWK层协议数据单元进行解包，并将解包后得到的数据APLNLDE-SAPAPL层之间的数据传输；NLME-SAPNWKAPL层提供的管理服务接口；MCPS-SAPMAC层提口。ZigBee网络层管理服务的主要功能有四个方面[37]：构建一个新网络；设备加入5-8为网络层一般模型[38]图5-8网络Fig.5-8NWK以下仅以Ⅰ类ZigBee无线网络为例来讲解网络的新建与智能加入网络的ZigBee为扫描过程的一步，协调器从当前频带的第一个信道开始发送BEACON_REQ帧。BEACON_REQ帧的响应时为止。如果上层已经确定了网络标识PAN( alAreaID参数产生。若发现存在，那么，如果有可能则从给定的信道中选择另外选定的信道中选择与任何已存在网络不会的PANID作为新建网络的标识。PANID0x000016位的此时该网络中只有协调者自身一个节点。从此刻开始，如果另一个协调器广播BEACON_REQ帧，协调器将响应并其存在。该协调器现在准备开始接受新的终端设备节点加入其网络。当一个新的终端设备希望加入网络时，它首先会发5-9否否子节点加入成图5-9Fig.5-9startinga设备加入网络功能就是通过与已加入网络的协调者或路由器设备建立连接来实PAN中，而后子设备再通过孤立点方式加入到PAN中。NLME-DIRECT-JOIN.request原语语NLME-DIRECT- )表5-1说明了NLME-DIRECT-JOIN.request原语的参数，图5-11显示了表5-1NLME-DIRECT-JOIN.request原语64IEEE址任何64比特IEEE地图5-10CapabilityInformation图5-11CapabilityInformation参数的Fig.5-11CapabilityInformationparametersNLME-DIRECT-JOIN.confirm原语语义NLME-DIRECT- )表5-2NLME-DIRECT-JOIN.confirm原语任何64比特IEEE请求使用哪一64IEEE 相应的请求状64比特地址。接下来将描述了这一预先地址ZigBee协调器或者路由器直接加入一个设备到它的网络的进程是通过发出NLME-DIRECT-JOIN.requestDeviceAddress参数设置为加入网络设备的地址。仅仅既为ZigBee协调器，也为ZigBee路由器的设备能发起这个进程。如果的请NLME-DIRECT-JOIN.confirm原语来实Status参数设置为64比特扩展地址。如果发现一个匹配的地址，网络层管理实体将终止这个进程，并通报上层该设备已经存在于设备的列表里，并发出NLME-DIRECT-JOIN.confirm原语，Status参数设置为ALREADY_PRESENT。16比特网络地址给新的设备。分配给每一个父设备有限的地址空间，并如果有足够的容量，网络层管理实体将通告上层设备已经加入网络，通过发出NLME-DIRECT-JOIN.confirmStatus参数设置为SUCCESS。如图5-12所示。这个进程没有要求任何空中传输。5-12Fig.5-12adevicedirectlytotheNLME-JOIN.request原语语义NLME- )图5-13NLME-JOIN.requestNLME-JOIN.confirm原语语义NLME- )5-3NLME-JOIN.confirm原语从NLME-JOIN.request发出PAN标识符，这NO_NETWORKS或者任何由 语或者MLME-SCAN.confirmMLME- 原语语MLME- )图514说明了MLME-SCAN.request原语图5-14MLME-SCAN.requestFig.5-14MLME-SCAN.requestMLME-SCAN.confirm原语语义MLME- )图5-15MLME-SCAN.confirm子设备通过NLME-JOIN.request原语来发起通过孤立方式加入网络，其RejoinNetwork参数设置TRUEMLME-SCAN.requestMAC子层，开始（且状态参数设置为SUCCESS。NLME-JOIN.confirm原语来完成，并且状态参数被设为NO_NETWORK。图5-16所示[39][40][41][42]。5-16Fig.5-16isolationtojointhechildNLME-LEAVE.request原语语NLME- )图5-17NLME-LEAVE.requestMCPS-DATA.request原语语义MCPS- )5-18说明MCPS-DATA.request原语的参图5-18MCPS-DATA.requestFig.5-18MCPS-DATA.requestNLME-LEAVE.confirm原语语义NLME-LEAVE.confirm)5-4说明NLME-LEAVE.confirm原语的参5-4NLME-LEAVE.confirm原语64比特IEEE请求设备的64比特个确认；如果当设备请求从网络上移为NULLNLME-LEAVE.indication原语语NLME-LEAVE.indication)

5-5NLME-LEAVEindication原语64任何64比特IEEE地此值NULLMLME-DISASSOCIATE.request原语语义MLME-DISASSOCIATE.request)5-6说明MLME-DISASSOCIATE.request原语的参表5-6MLME-DISASSOCIATE.request原语发送断开连接通知命令 如果在传输过程中采用了安全保护则其值为TRUE；否则，其值为FALSEMLME- 原语语义MLME-DISASSOCIATE.confirm)

表5-7MLME-DISASSOCIATE.confirm原语命令帧净载荷令选项域的请求/指示子域设置为1。备。如果进程发起于上层，并且发起进程的NLME-LEAVE.request 原语的RemoveChildren参数等于FALSE，则每个输出帧令帧净载荷里令选项域的移除子设备子域将设置为0。如果RemoveChildren参数的值为TRUE，移除子域将设置为1。如果进程发起，通过接收一个离开命令帧，每个输出命令帧净载荷的移除子设管理实体将尝试使用子章节4.7.1所述的进程，轮流移除每一个设备的子设备。然后，网络层管理实体将通过使用MAC子层的MCPS-DATA.request原语，传输一个离开命令帧到该设备的父设备，其命令帧净载荷令选项域的请求/指示子域设置为0。如果没有要求移除子设备，每个输出帧令帧净载荷域令选项域的移除子设备子域将设置为0。如果要求移除子设备，且这个子设备没有它自己的子设备，又或者有它自己的子设备，设备的所有子设备都移除成功，命令帧净载荷里令选项域的移除子设备子域将设置为1，否则设置为0。网络层管理实体将发出MLME-DISASSOCIATE.requestMACDeviceAddress参数等于设备DisassociateReason参数等于0x02。在接收MLME-DISASSOCIATE.confirmNLME-LEAVE.request原语到上层，其DeviceAddress参数等于0。NLME-LEAVE.confirmStatus的值将为SUCCESS，如果：以上发MCPS-DATA.confirm的状态返回值为SUCCESS否则，它的值将为LEAVE_UNCONFIRMED。16比特网络地址。如果离开子设备子域的值016比特网络地址。在任何一种情况下，它将设置它与离开设备相应的邻居表项的关系域为0x03，显示没有关系。如果接收一求指示子域的值。如果请求指示子域的值为0，网络层管理实体将发出NLME_LEAVE.indicationDeviceAddress参数设置为离开命令帧的发出者的64比特地址。帧和MAC子层分离。发起一个父设备从它的网络上移除一个子设备的进程，是通过发出NLME-LEAVE.requestDeviceAddress参数设置为从网络上离开设备的地址。哪些既是ZigBee协调器，又是ZigBee路由器的设备才能发起这个进程。如果其它设备发起这个进程，网络层管理实体将终止该进程，并发出NLME-LEAVE.confirm原语，告知上层这个请求，其Status参数设置为匹配的扩展地址。如果找不到一个匹配的地址，网络层管理实体将通过发出数设置为UNKNOWN_DEVICE。网络层管理实体将使用MAC子层的选项域的请求/110。在发出离开命令帧，网络层MCPS-DATA.indicationMAC离开命令帧，这一帧的源地址为要求离开网络的子设备，命令帧净载荷令选项域的请求/指示子域为0。NLME-LEAVE.confirmDeviceAddress64比特IEEE地址。如果：SUCCESS命令选项域的移除子设备子域为1。Status参数的值为SUCCESS，否则它的值将为LEAVE_UNCONFIRMEDZigBee动态路由协议，如AODV、AODVjr等。AODV协议主要适用于动态变化的网络环境中，通过路由请求、路由回复等机制每次都能发现的转发路径。但是在有的无线传感器网络中，节点被部署之后一般都不再发生移动，网络拓扑的变化也很缓慢，各个传感器节点只要把到的数据发送给汇聚节点，而相互之间不需要进行通信。在这样的情况下，AODV协议就显得太过复杂。在树形拓扑结构的网络中，最简单的路由就是Tree-routing，每个节点都将自己的数据发给父节点，最后自然会汇聚到sink节点。但是在这种情况下，与sink节点距离越近的节点，由于承担的转发任务重，必然会先耗尽能量，从而形成网络个问题，在Tree-routing的基础上进行分簇就形成了Cluster-tree路由算法[43][44]。A深度为dZigBee路由节点，如果下述表达式成立，则具有地址为D的目的设备为子设备，其中Cskip由网络地址分配机制确定。A＜ （5-N 0，子节点的深度为父节点深度+1。算法采用“轮”的思想，每一轮分为成簇时间之内收到其他簇头发来的oT结束的时候，自己成为簇头节点，并广播发送o消息。该o消息中含有簇头节点的相关信息。节点接收到o消息之后并不继续转发，这就保证了簇内通信都是深度给簇头。这样簇头和从节点之间就能相互保持联系。如果一个从节点的簇头为CH1，但是它又接收到一个别的簇头CH2发来的o消息，该从节点就比sink节点越远。所以该节点选sink点的簇容量要相对较一级级的传递之后，最后各数据就到达了sink节点。一个o消息，收到o消息的节点即加入该簇[45][46][47]。图5-19展示了一个智能在Ⅰ类网络和Ⅱ类网络间进行网络切换和数据通信否是否是否是否是否是数据已获是是 是是否5-19ZigBee网络通是否无线网络，智能将申请加入Ⅰ类网络智能加入Ⅰ类ZigBee无线网络后将与楼道集中器通过直接或路由节点中转ZigBee网络。射频模块在获得完整信息并得到切换通信网络的指令后将退出Ⅰ类ZigBee无线网络。Ⅱ类ZigBee无线网络是家庭内部智能家居网络，由智能家居主控制器建立。由于Ⅰ类网络与Ⅱ类网络具有不同的通信信道和PANID，射频模块将主动与指定的智能家居PAN进行连接。在加入到Ⅱ类ZigBee无线网络后，射频模块退出Ⅱ类ZigBee无线网络。 本章件设计流程和ZigBee射频模块的软件设计流程。至此，智能的电能处理以及无第六章系统验证开发Freescale1321XNSK-BDM作为开发平台。该套件包含的ZigBee模块使用的主都是MC13213，提供了完整的使用IEEE802.15.4包结构的2.4G无线节点所需的所有硬件。软件开发平台采用Freescale公司提供的BeeKitWirelessConnectivityToolKit(BeeKit)工具。BeeKit采用图形化界面（GUI），FreescaleSimpleMACSMAC)、IEEE802.15.4PHY/MACBeeStackZigBee协验证通过BDM编译调试器MultilinkUSB将编译好的程序到目标板上，通过串口将目标板与PC相连，观察网络组建过程中各节点的信息。6-1Fig.6-1Coordinatorstartsa6-2Fig.6-2EndDevicejoinsthe短地址、PANID号、信道号、信标规范和连接质量），随后发出关联请求，得到分配的短地址0x0002，完成入网后，就可以和协调器进行无线数据通信了。第七章总结与展望也比较了不同功能的电能计量并选择CS5467作为电能处理。针对目前流行的集中抄表系统，选择了ZigBee作为智能的无线通信方式，通过分析和研究ZigBee技术，设计了以MC13213为的智能通信模块。模块、显示和键盘模块、信号与处理模块以及ZigBee通信模块等，探讨了其中过ZigBee网络将电能数据集中，以GPRS或以太网的方式将数据传输给电力局主站；智能也可以通过ZigBee网络与智能家居主控制器通信，从而实现电力局3、更全面的软件功能。进一步提高智能的智能化程度 ARM的ZigBee无线收发模块也不断涌现48，比如FreescaleMC1322x系列产品[49]，通过ARM硬件，移植操作系统[50]将使智能有更好的商业表现。善使其能适用于应用场合，并能真正千家万户。汪秀丽.智能电网浅议.水利电力科技2009,35(4):13-冯健.智能电网：最完整智能方案应对需求[N].中国电子报.2009-12-杨少平.智能特点及其应用.建筑电气.2008,(3):91-GEC.智能，轻松创造[EB/OL]. 王莹,于寅虎.智能电网/成创新热点.电子产品世界.2010,(1-2):80-刘伟勋.国家电网智能招标争议[N].经济观察报.2009-12-秦红梅.CAN总线的电力集中抄表系统.现代电子技术2009,6)