基于Zigbee网络的智能水表的设计与实现

论文摘要

本文以基于zigbee的智能水表的设计应用为背景,在对智能水表设备的调研和分析的基础上,阐述了项目立项的理由,并提出了无线zigbee通信网络结合单片机智能控制的设计开发方案。同时融合了传感器技术,无线通信技术和信息处理技术的智能水表系统。智能水表系统可以实现数据的采集,处理融合和传输应用,是现代化智能水表技术发展的一个新的方向。在本设计中,我们采用了ZigBee技术为我们传输数据的协议标准,实现了数据的传输。本文以智能水表的设计和开发为主线,详细的阐述了智能水表系统的硬件设计和软件的设计。具有通信功能的单片机是智能水表系统的核心。本文研究分析了ZigBee协议的物理层、MAC层的各层协议,以及ZigBee网络的网络结构。随后根据网络智能水表系统的整体设计,着重设计适用于智能水表系统的ZigBee无线通信网络。本论文主要设计研究基于Zigbee网络的智能水表电路,其主要功能是以CC2430为核心,实现液晶显示的控制,电磁阀的控制,同时具有安全保护电路、具有通信功能,完成整个监控水表工作的功能。本文对每个模块逐一进行了研究,全面详细地论述了硬件电路的设计流程,对本设计中的液晶显示电路模块和Zigbee模块等工作原理及功能进行了详细了说明。在软件设计和开发的过程中,ZigBee无线通信模块的软件设计是重要的组成部分,本文采用IAR Embedded Workbench IDE开发平台,用C语言对应用程序进行编译和调试,包含针对特定芯片的低级优化,以充分利用所选芯片的所有特性,确保较小的代码尺寸。完成对各个模块的软件部分的设计,并对各个模块和整个软件系统进行了测试。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状与发展趋势
• 1.3 课题意义及研究对象
• 1.4 文章结构
• 第2章 Zigbee技术与协议
• 2.1 Zigbee技术概述
• 2.1.1 Zigbee与当前其他网络标准的比较
• 2.1.2 Zigbee与IEEE802.15.4
• 2.2 Zigbee网络结构
• 2.2.1 组网设备
• 2.2.2 Zigbee的网络拓扑
• 2.3 Zigbee协议
• 2.3.1 Zigbee协议概述
• 2.3.2 Zigbee协议栈分析
• 2.3.3 物理层（PHY）
• 2.3.4 媒体介入控制层（MAC）
• 2.3.5 网络层（NWK）
• 2.3.6 应用层（APL）
• 2.4 Zigbee技术特点及应用
• 2.4.1 Zigbee技术的特点
• 2.4.2 Zigbee技术的应用
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于Zigbee网络的智能水表的总体设计
• 3.1 基于Zigbee网络智能水表的需求
• 3.2 基于Zigbee网络智能水表系统的总体构架
• 3.2.1 服务器
• 3.2.2 DTU数据传输-集中器
• 3.2.3 智能水表终端
• 3.2.4 手持PDA抄表终端
• 3.2.5 GPRS网络
• 3.3 智能水表的工作原理
• 3.4 智能水表的结构设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于Zigbee智能水表的硬件设计
• 4.1 通信模块硬件设计
• 4.1.1 通信模块的功能需求
• 4.1.2 通信模块芯片选型
• 4.1.3 通信模块芯片主要特性
• 4.1.4 通信模块硬件电路
• 4.2 数据采集模块硬件设计
• 4.2.1 数据采集模块的功能需求
• 4.2.2 数据采集模块选型
• 4.2.3 数据采集模块的电路设计
• 4.3 显示模块硬件设计
• 4.3.1 显示模块的功能需求
• 4.3.2 显示模块的选型
• 4.3.3 显示模块的电路设计
• 4.4 用水控制模块的硬件设计
• 4.4.1 用水控制模块的功能需求
• 4.4.2 用水控制模块的选型
• 4.4.3 用水控制模块的电路设计
• 4.5 防拆报警模块的设计
• 4.6 复位模块的设计
• 4.7 本章小结
• 第5章 基于Zigbee网络智能水表的软件设计
• 5.1 软件设计思想和组成
• 5.2 通信模块的设计
• 5.2.1 通信模块的程序设计
• 5.2.2 通信帧结构设计
• 5.3 显示模块的程序设计
• 5.4 数据采集模块的程序设计
• 5.5 用水控制模块的程序设计
• 5.6 防拆报警模块的程序设计
• 5.7 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢