基于zigbee的家庭無線終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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1、哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文本篇論文是根據(jù)本人的實(shí)際工作內(nèi)容進(jìn)行編寫，研究內(nèi)容主要包括該系統(tǒng)的構(gòu)架設(shè)計(jì)以及產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)等。1.2家庭無線終端的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1家庭無線終端的國外研究現(xiàn)狀在國外很早就提出了智能電網(wǎng)的概念，其發(fā)展大致經(jīng)過了兩個(gè)時(shí)間段。首先[6]是在2006年，美國的IBM公司提出了一個(gè)“智能電網(wǎng)”的方案。該方案的目的是使電網(wǎng)的運(yùn)行更安全并且可靠性更高。同時(shí)在中國發(fā)布了建設(shè)智能電網(wǎng)的白皮書，闡述的智能電網(wǎng)的功能包括三個(gè)方面。一是運(yùn)用新的傳感器技術(shù)，使設(shè)備之間互連；二是建立并整合數(shù)據(jù)，建立相應(yīng)的處理系統(tǒng)

2、；三是通過所掌握的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，使整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行更安全可靠，提高管理效率。該方案提出了對傳統(tǒng)的電力的生產(chǎn)、輸送、消費(fèi)等相關(guān)的環(huán)節(jié)使用高新技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使資源合理配置，提高能源的生產(chǎn)效率及利用率，減少能源消耗，達(dá)到節(jié)能減排的目的。[7]其次是美國總統(tǒng)奧巴馬提出的能源發(fā)展計(jì)劃。計(jì)劃將對美國的電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行升級，減少電力的輸送損耗，降低故障幾率，并建立統(tǒng)一的電網(wǎng)體系。同時(shí)，把太陽能、風(fēng)能等其他自然能源也納入統(tǒng)一的智能電網(wǎng)體系，使智能電網(wǎng)的價(jià)值及效率得到最大的發(fā)揮。智能電網(wǎng)是一個(gè)龐大的系統(tǒng)，涉及了無數(shù)的設(shè)備及產(chǎn)品。家庭無線終端產(chǎn)

3、品是處于家庭的網(wǎng)絡(luò)中，是用戶與電力供應(yīng)商之間的通信工具，并能管理家庭中的[8]智能家電產(chǎn)品。首先，家庭無線終端通過注冊接入電網(wǎng)公司的網(wǎng)絡(luò)，能夠即時(shí)讀取并顯示家庭中能源的消耗量及消耗費(fèi)用。其次，通過用戶的設(shè)定自動的控制家電設(shè)備的啟動及關(guān)閉。通過供電商與用戶之間數(shù)據(jù)的交互，實(shí)現(xiàn)電能的高效利用，優(yōu)化電網(wǎng)的負(fù)荷控制及保護(hù)，提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。1.2.1.1美國Comverge公司產(chǎn)品Comverge是一家為客戶提供新的能源解決方案的公司。該公司設(shè)計(jì)并生產(chǎn)[9]了一款家用的電能使用顯示設(shè)備，設(shè)備體積較小，用戶可手持使用。該設(shè)備

4、可以實(shí)時(shí)顯示電能的當(dāng)前使用情況，見圖1-1。在2008年，該設(shè)備被美國科羅拉多州的博爾德市采用，安裝到市民家中。人們可以通過設(shè)備直觀地了解即時(shí)電價(jià)，合理避開峰時(shí)電價(jià)，節(jié)省消費(fèi)費(fèi)用。這款設(shè)備目前使用戶了解的信息比較有限，顯示了當(dāng)前的電力的價(jià)格及每小時(shí)消耗的費(fèi)用。而且為手持使用，電池供電，需要定期充電。采用的黑白色的LCD也不能滿足用戶日益增長的需求體驗(yàn)。-2-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文圖1-1美國comverge公司IHD產(chǎn)品1.2.1.2日本星電公司IHD產(chǎn)品日本的星電公司在2009年開發(fā)出了一個(gè)小型終端用于顯示家

5、庭用電量。已于2010年10月開始向美國等地的電力供應(yīng)商提供樣品。該設(shè)備采用了ZigBee技術(shù)，可以與用戶家中的智能電表連接，讀取消費(fèi)數(shù)據(jù)機(jī)實(shí)時(shí)電費(fèi)。該設(shè)備重量為60g，可以懸掛在墻壁或一些電器的上面，使用方便。內(nèi)置鋰離子電池，充電后可以使[10]用的時(shí)間比較長。采用了2.4G的ZigBee技術(shù)，最大可通信距離約為100m。產(chǎn)品見圖1-2。圖1-2日本星電公司IHD產(chǎn)品這款產(chǎn)品采用了ZigBee的技術(shù)，能與家庭中的智能電表相連接，可以獲取當(dāng)前消費(fèi)的費(fèi)用。并支持了ZigBee聯(lián)盟中的一些應(yīng)用協(xié)議，如可以自適應(yīng)電力供應(yīng)商的

6、階梯電價(jià)調(diào)整，從而自身數(shù)據(jù)測量也做調(diào)整。裝置前面有三個(gè)指示燈，在不同階梯電價(jià)等級時(shí)會點(diǎn)亮不同的指示燈，使用用得知當(dāng)前能源消耗的情況。星電公司的產(chǎn)品也是采用電池供電，需要定期充電。同時(shí)，也只能顯示當(dāng)前的消費(fèi)數(shù)-3-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文據(jù)，不能對歷史的記錄進(jìn)行存儲及查詢。1.2.2家庭無線終端的國內(nèi)研究現(xiàn)狀中國國家電網(wǎng)在2009年5月首次提出了建設(shè)智能電網(wǎng)的計(jì)劃，并在2020年建成信息化、自動化、數(shù)字化的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)。智能電網(wǎng)技術(shù)在中國推廣，能過提高輸電、智能終端、智能電表、電子傳感器及電網(wǎng)管理的綜合水平。中國在

7、上海世博園區(qū)已經(jīng)展示了一個(gè)示范的智能電網(wǎng)的項(xiàng)目，展示了智能電網(wǎng)在中國發(fā)展的[11]水平，為進(jìn)一步的推廣打下了基礎(chǔ)。目前國內(nèi)的許多公司已經(jīng)進(jìn)入了家庭能源管理的領(lǐng)域，并致力于建立能兼容智能家居、家電、電力供應(yīng)商的多方的產(chǎn)品與服務(wù)，讓用戶輕松管理家庭的能源，使每個(gè)家庭參與到環(huán)保節(jié)能的行動中。國內(nèi)的許多公司在智能電表的生產(chǎn)方面，[12]在國際上已經(jīng)取得了領(lǐng)先的方面。但在家庭無線終端產(chǎn)品方面，還沒有資料表明有這方面的產(chǎn)品上市。1.2.3家庭無線終端的通信技術(shù)現(xiàn)狀家庭中的終端產(chǎn)品受家庭空間影響及易于部署等方面考慮，一般采用無線通[

8、13]信的方式。目前，比較流行的幾種無線通信的技術(shù)主要有藍(lán)牙、Wi-Fi、ZigBee及GPRS/GSM等。Wi-Fi是近來發(fā)展最熱門的無線通信技術(shù)之一。它有較高的傳輸速率，一般有11Mbps，采用新的無線傳輸協(xié)議可以達(dá)到54Mbps。它的通信距離可以達(dá)到100米，可以方便的部署到一個(gè)建筑物中。同時(shí)，它采用的是TCP/IP協(xié)議，很