CN104516338A - 基于无线传感器网络技术的电力通信标识资源控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于无线传感器网络技术的电力通信标识资源控制方法，包括以下步骤：1)ZigBee无线网络组网；2)通过软件实现ZigBee网络协调器；3)通过软件实现ZigBee网络节点；4)开发ZigBee应用；5)完成网络架设后，用户通过PC机发出命令读取网络中任何设备上传感器的数据，并测试其参数。可以基于MC13224平台进行了二次开发，在成功组建ZigBee网络的基础上实现了读取传感器参数、控制LED灯等设备的功能。并且节点可以根据光线的强弱自动控制设备的开关，可以以模拟对特定家居的控制。

Description

基于无线传感器网络技术的电力通信标识资源控制方法

技术领域

本发明涉及无线传感器网络和ZigBee技术的应用。

背景技术

通信标识是通信基础资料尤其是现场设备和配线资料的重要组成部分，对指导现场工作人员安全作业起到了重要作用。通信标识的准确性，以及现场资料与运维资料的一致性举足轻重，是顺利开展通信网络运行维护工作的基础。重庆市电力公司于制定了通信标识资源管理办法，对通信资源的权责界面进行了划分，对通信设备的标识方法及标识规范进行了定义。为了配合通信标识管理办法的实施，需要利用信息化手段提供有力的技术支持。其中，标识资源控制的方法极为重要。

无线传感器网络综合了传感器技术、无线通讯技术和计算机技术等，具有信息采集、传输和处理的能力。低成本、低功耗、应用简单的ZigBee协议的诞生为无线传感器网络及大量基于微控制的应用提供了互联互通的国际标准。

ZigBee技术是一种短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术或无线网络技术，是一组基于IEEE802.15.4无线标准研制开发的有关组网、安全和应用软件方面的通信技术。ZigBee是这种技术的商业化命名。具体技术特征如下表所示：

发明内容

本发明的目的是提供一种基于ZigBee技术实现电力通信标识资源控制的方法。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种基于无线传感器网络技术的电力通信标识资源控制方法，包括以下步骤：

1)ZigBee无线网络组网：

ZigBee无线网络由PC机、网关和网络节点组成；所述PC机接收网关数据和发送指令；

所述网关根据PC机发送的指令，发送或接收路由节点或者传感器节点的数据，并将接收到的数据发送给计算机。

所述网络节点控制传感器，并采集传感器获取的数据；

2)通过软件实现ZigBee网络协调器；

3)通过软件实现ZigBee网络节点；

4)开发ZigBee应用：首先，设置开发环境，然后，组装包括各个传感器在内的硬件平台；

5)完成网络架设后，用户通过PC机发出命令读取网络中任何设备上传感器的数据，并测试其参数。

本发明的技术效果是毋庸置疑的。可以基于MC13224平台进行了二次开发，在成功组建ZigBee网络的基础上实现了读取传感器参数、控制LED灯等设备的功能。并且节点可以根据光线的强弱自动控制设备的开关，可以以模拟对特定家居的控制。

附图说明

图1ZigBee协议栈的结构；

图2EXPLORERF-MC13224网关；

图3ZigBee网络拓扑设计；

图4协调器程序流程图；

图5网络节点程序流程图；

图6主要功能模块结构；

图7ZigBee网络工作流程；

图8传感器监控软件；

图9一个终端节点通过协调器加入到网络；

图10RSS曲线显示。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1

基于无线传感器网络技术的电力通信标识资源控制方法，包括以下步骤：

1)ZigBee无线网络组网。ZigBee协议栈由一组子层构成。每层为其上层提供一组特定的服务：一个数据实体提供数据传输服务，一个管理实体提供全部其它服务。每个服务实体通过一个服务接入点(SAP)为其上层提供服务接口，并且每个SAP提供了一系列的基本服务指令来完成相应的功能。ZigBee协议栈的体系结构如图1所示。

实施例以FreeScale公司的以ARM7为内核的ZigBee芯片MC13224为核心，该芯片支持国际802.15.4标准以及ZigBee、ZigBeePRO和ZigBee RF4CE标准，提供了104dB的链路质量，优秀的接收器灵敏度和健壮的抗干扰性，多种供电模式，多种传感器，以及一套广泛的外设集：包括2个高速UART、12位ADC和64个通用GPIO，4个定时器，I2C等。

EXPLORERF-MC13224是MC13224的升级版，完全满足IEEE802.15.4标准和ZigBee2007/PRO技术标准的无线网络技术开发。其工作流程是：当计算机发送命令以后，网关接收命令，首先判断是不是可用的命令，如果可用，根据命令判断计算机需要哪个节点的信息，并向该节点发送命令要求将对应数据传回网关，然后再将接收到的指定节点的信息按既定格式发送给PC机，PC机通过传感器网络PC软件显示出来。

EXPLORERF-MC13224无线传感器平台内配置了ZigBee2007/PRO协议栈，在没有进行网络拓补修改之前支持5级路由，31101个网络节点。传感器网络结构图如图3所示：ZigBee无线网络由PC机、网关和网络节点组成。

所述PC机接收网关数据和发送指令。实现可视化、形象化人机界面，方便用户操作、观察。

所述网关根据PC机发送的指令，发送或接收路由节点或者传感器节点的数据，并将接收到的数据发送给计算机。

所述网络节点控制传感器，并采集传感器获取的数据。更为具体地，网络节点包括两大功能：1)在网关不能和所有的传感器节点通信时，路由节点作为一种中介使网关和传感器节点通信，实现路由通信功能；2)控制设备和采集数据，包括对实施例中的采集对象――LED灯的控制，采集温度、光照度数据等，这些数据来源于电力通信标识资源。

值得说明的是，对于MC1322x来说，FreeScale公司提供了BeeStack协议栈，可以生成不同应用模板。BeeStack协议栈为非抢占式轮转查询式操作系统，已经编写了从MAC层(macEventLoop)到(ZDapp_event_loop)五层任务的事件处理函数。开发者一般情况下只需要编写应用层的任务和处理函数即可。

2)通过软件实现ZigBee网络协调器；实施例中，参见图4，采用星状网络拓扑搭建无线局域网。星状网是以网络协调器为网络中心，网络协调器不仅负责数据的传送，而且负责整个网络的形成和管理，是整个网络的大脑。网络协调器应用层的重要步骤如下：①定义端点与设备；②定义输入簇ID数组与输出簇ID数组；③创建绑定表；④无线信道的访问机制；⑤信道能量检测扫描；⑥信道能量检测结果的处理与信道选择；⑦开启网络协调器；⑧协调器对设备请求连接的处理；⑨非信标网络的同步；⑩协调器提取未决数据操作。

3)参见图5，通过软件实现ZigBee网络节点。值得说明的是，ZigBee网络节点要实现的功能主要是加入现存的无线局域网，获取传感器的数据，然后与网络协调器相互通信。网络设备节点既是信息采集者也是控制信息的执行者。

主要流程包括：①主动信道扫描；②主动信道扫描结果的处理；③间接传输方式；④上层数据控制协议。

4)开发ZigBee应用：首先，设置开发环境(安装ZigBee开发集成环境－安装RDI仿真工具－安装无线龙监控软件环境－安装网关与计算机USB连接驱动)，然后，组装包括各个传感器在内的硬件平台。实施例中，根据网络节点供电方式选择开关，如果选择电池供电方式则检查位于LED灯下方及电源开关上方之间的跳线连接。接着把网关与计算机连接起来(此时不要打开电源开关)。然后，为各网络节点安装电池或电源(此时不要打开电源开关)。最后，通过USB连接线把计算机与仿真器连接起来。本步骤中，重要功能模块设计如图6。

5)完成网络架设后(基于ZigBee2007/PRO协议栈的无线网络在网络设备安装过程架设过程中自动完成)，用户通过PC机发出命令读取网络中任何设备上传感器的数据，并测试其参数。ZigBee网络工作流程如图7。

实施例中，EXPLORERF-MC13224无线传感器平台组网的步骤如下：

①启动网关。

通过电源或USB连接线给网关供电，并打开电源开关后。底板上的LED1闪烁，并在底板液晶上显示：

②网关启动ZigBee无线网络。

按底板S1按键，底板液晶显示如下图，底板上3个LED灯流水显示。

③启动网络节点

检查位于LED灯下方及电源开关上方之间的跳线。

为网络节点安装2节5号电池。并打开电源开关，网络节点上LED1灯闪烁。

按下网络节点S1按键，网络节点上LED1和LED2流水显示，表示正在加入网络。加入网络成功后，网络节点LED1(如果是路由节点则LED1及LED2)常亮。

实施例2

本实施例是对实施例1的ZigBee无线网络应用的测试。

一、用无线龙无线传感器监控软件监测网络。打开无线龙无线传感器监控软件如图8所示。

二、分步连接网络与网络拓扑图

正解打开串口后，并选择“网络拓扑图”，注意确保网关与计算机的正确连接

根据所设的周期自动刷新网络。(注：自动刷新开启后不能执行其它与硬件交互的命令)

在打开自动刷新后，就可以开始组建网络了，首先将下载有路由器程序(如下图中地址为“20000001”的节点)的节点的电源打开，打开电源后再按S1键并确定节点模块上闪烁的LED灯已停止闪烁，这样就表示已连入网络。

现打开下载了终端节点程序的终端节点(地址为“30000002”的节点)的电源，通过路由器(地址为“20000001”的路由功能节点)加入网络。

在离网关不远处开启一个终端节点(地址为“30000001”)，使该节点能直接通过网关接入网络。如图9所示，网络建立完毕。

三、RSS曲线显示(图10)

显示曲线的步骤(以光敏为例)

①在拓扑图中选中节点。

②在RSS曲线部分中的下拉选择框中选择光敏感度。

③点击“开始”按钮，就可开始显示光敏感度的曲线了(注：这时“开始”按钮将变为“关闭”按钮)。

实施例2

本实施例是对实施例1的ZigBee无线网络应用的手动设置测试。

要转到“设置与测试”只需单击“设置与测试”的标签。

先在节点树选择要设定的节点

选择命令发送方式

命令发送有两种方式：

在下拉框中选择“命令头”方式发送。

直接在“输入命令文本框”里输入命令，命令格式为“命令头+帧数+数据”。(注意：当“输入命令文本框”里有数据时，将以“输入命令文本框”里命令“优先”发送。)

表2RND(网络发现)命令表

表3RASWD(读温度传感器)命令表

通过上述命令的发送，对接受到的数据进行观察，判断网络是否联通。

Claims (1)

1.一种基于无线传感器网络技术的电力通信标识资源控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)ZigBee无线网络组网：

ZigBee无线网络由PC机、网关和网络节点组成；所述PC机接收网关数据和发送指令；

所述网关根据PC机发送的指令，发送或接收路由节点或者传感器节点的数据，并将接收到的数据发送给计算机。

所述网络节点控制传感器，并采集传感器获取的数据；

2)通过软件实现ZigBee网络协调器；

3)通过软件实现ZigBee网络节点；

4)开发ZigBee应用：首先，设置开发环境，然后，组装包括各个传感器在内的硬件平台；

5)完成网络架设后，用户通过PC机发出命令读取网络中任何设备上传感器的数据，并测试其参数。