圖1 ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞诸?/div>
?。?)工作周期短、收發(fā)信息功耗較低,并且RFD(Reduced Function Device,簡化功能器件)采用了休眠模式,不工作時都可以進(jìn)入睡眠模式。
(2)低成本。通過大幅簡化協(xié)議(不到藍(lán)牙的1/10),降低了對通信控制器的要求,以8051的8位微控制器測算,全功能的主節(jié)點需要32KB代碼,子功能節(jié)點少至4 KB代碼。
?。?)低速率、短延時。ZIGBEE的zui大通信速率達(dá)到250 kb/s(工作在2.4 GHz時),滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。ZIGBEE的響應(yīng)速度較快,一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15ms,節(jié)點連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需30ms,進(jìn)一步節(jié)省了電能。相比較,藍(lán)牙需3~10 S、Wi-Fi需3 S。
(4)近距離,高容量。傳輸范圍一般介于10~100 m,在增加RF發(fā)射功率后,亦可增加到1~3 km。這指的是相鄰節(jié)點間的距離,若通過路由和節(jié)點間通信的接力,擴(kuò)展后達(dá)到幾百米甚至幾公里。ZIGBEE可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。由一個主節(jié)點管理若干子節(jié)點,zui多一個主節(jié)點可管理254個子節(jié)點。
?。?)高可靠性和高安全性。ZIGBEE的媒體接入控制層(Medium Access Control,MAC)采用CSMA/CA的碰撞避免機(jī)制,同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了時隙,避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突。ZIGBEE還提供了3級安全模式,包括無安全設(shè)定、使用接人控制清單防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用加密標(biāo)準(zhǔn)(AdvancedEncryption Standard,AES)的對稱密碼,以靈活確定其安全屬性。
(6)免執(zhí)照頻段。采用直接序列擴(kuò)頻在工業(yè)科學(xué)醫(yī)療(Industrial Scientific Medical,ISM)頻段,分別為2.4 GHz()、915 MHz(美國)和868 MHz(歐洲)。
1.3 ZIGBEE(物聯(lián)網(wǎng))無線網(wǎng)絡(luò)電能管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)
圖2為ZIGBEE(物聯(lián)網(wǎng))無線網(wǎng)絡(luò)電能管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D,整個網(wǎng)絡(luò)主要由四部分組成:計量儀表、本地?zé)o線通信網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)方通信網(wǎng)絡(luò)以及數(shù)據(jù)交換設(shè)備。整個網(wǎng)絡(luò)由計量儀表、ZIGBEE采集器(負(fù)責(zé)與儀表之間的通信)、ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)終端(負(fù)責(zé)與上層通訊網(wǎng)絡(luò)的對接,譬如工業(yè)以太網(wǎng)等)、上層通信網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)交換存儲設(shè)備。ZIGBEE無線通信管理系統(tǒng)一般采用的組網(wǎng)方式是MESH的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò),MESH網(wǎng)絡(luò)能更好得保證通信質(zhì)量,保證單一節(jié)點出現(xiàn)故障時不影響其他節(jié)點通信狀態(tài)。
圖2 無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D
1.4 ZIGBEE(物聯(lián)網(wǎng))無線網(wǎng)絡(luò)電能管理系統(tǒng)解決方案
安科瑞為生產(chǎn)基地——江蘇安科瑞電器制造有限公司設(shè)計的針對生產(chǎn)用電進(jìn)行管理的電能管理分析系統(tǒng),是基于ZIGBEE(物聯(lián)網(wǎng))無線網(wǎng)絡(luò)的電能管理系統(tǒng),整個系統(tǒng)的組網(wǎng)采用ZIGBEE與RS485混合組網(wǎng)模式。
整個廠區(qū)共設(shè)8個集中監(jiān)測點,分別位于配電間、層配生產(chǎn)動力柜、空調(diào)動力柜、排風(fēng)機(jī)控制箱及位于配電末端的幾個照明控制箱。每個監(jiān)測點各設(shè)置無線ZIGBEE采集器一只,通過RS485總線對位于該監(jiān)測點的電能計量儀表進(jìn)行通訊組網(wǎng);監(jiān)控中心設(shè)置ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)終端一只,結(jié)合現(xiàn)場實際情況及考慮通訊的可靠性,于適當(dāng)位置設(shè)置數(shù)只ZIGBEE中繼路由器。系統(tǒng)的組網(wǎng)示意如圖3
圖3 ZIGBEE(物聯(lián)網(wǎng))無線網(wǎng)絡(luò)電能管理系統(tǒng)解決方案組網(wǎng)示意圖
公司通過建立ZIGBEE(物聯(lián)網(wǎng))無線網(wǎng)絡(luò)電能管理系統(tǒng)解決方案的工廠試點工程,對ANEZB無線ZIGBEE通訊模塊的實際參數(shù)進(jìn)行了驗證。詳細(xì)參數(shù)見表2。
表2 ANEZB系列ZIGBEE通訊模塊性能參數(shù)表
參數(shù) | 備注 |
系統(tǒng)容量 | |
工作頻段 | 2.4GHz | 不同信道,不同ID可以組成不同的子網(wǎng)。 |
無線信道 | 16個 |
網(wǎng)絡(luò)ID數(shù) | 255個 |
子網(wǎng)容量 | |
ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)終端 | 1個 | 網(wǎng)絡(luò)中有時需要犧牲一些ZIGBEE采集器只作中繼路由,防止個別節(jié)點通信不上。 |
ZIGBEE采集器 | ≤30個 |
表計容量 | ≤254個 |
條件 | 穿透距離(單位:米) | 備注 |
空曠無障礙地方傳輸距離 | 1200 | |
24cm厚磚墻,寬4米的房間 | 16(3堵墻) | 建議安裝在靠近外墻,效果更好。 |
單堵24cm厚磚墻 | 40 |
16cm混凝土樓板,層高4米 | 向上傳輸 | 8(2層板) |
向下傳輸 | 4(1層板) |
注1:以上表中數(shù)據(jù)是試點工程中的實測數(shù)據(jù)。在實際情況實施時,應(yīng)視樓宇實際結(jié)構(gòu)而定。
注2:無線信號穿透能力,往往還會受到如房間堆放物品的數(shù)量,堆放物品的高度等影響。
1.5 性能參數(shù)
| ANEZB-485ZIGBEE采集器 | ANEZB-GTWZIGBEE網(wǎng)絡(luò)終端 |
無線 |
頻率范圍 | 2.41GHz~2.48GHz |
RF信道 | 16 |
接收靈敏度 | -94dbm |
發(fā)射功率 | -27dbm~25dbm |
天 線 | 外置SMA天線 |
網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/span> | 網(wǎng)狀 |
尋址方式 | IEEE802.15.4/ZIGBEE標(biāo)準(zhǔn)地址 |
網(wǎng)絡(luò)容量 | zui大255個節(jié)點 |
通信接口 |
通信接口 | RS485 | 工業(yè)以太網(wǎng) |
波特率 | 9600bps(默認(rèn))、4800bps、2400bps、1200bps可選; |
通信協(xié)議 | MODBUS-RTU協(xié)議 |
LED指示 |
網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)指示 | 綠燈 |
POWER指示 | 紅燈 |
數(shù)據(jù)指示 | 綠燈 |
電源 |
輔助電源 | 220V AC |
功耗 | 4W |
電磁兼容 | 浪涌電壓4000V |
快速瞬變?nèi)好}沖4000V |
靜電8000V |
機(jī)械尺寸 | 89*76*74 |
工作溫度 | -20℃~65℃ |
儲藏溫度 | -40℃~85℃ |
1.6 接線方式
1.6.1 ZIGBEE采集器
1.6.2 ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)終端
1.7 外形與安裝尺寸(mm)
1.7.1 ZIGBEE采集器
1.7.2 ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)終端
1.7.3 安裝方式
采用35mm標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝