CN108961716A - 一种基于ZigBee的无线抄表系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种基于ZigBee的无线抄表系统，包括控制中心节点、收发节点、由父采集节点和子采集节点构成的数据采集网络；控制中心节点用于向收发节点发送数据采集命令、接收并存储收发节点上传的计量数据；各个收发节点用于将数据采集命令转发给相应父采集节点，接收并存储父采集节点上传的计量数据并上传至控制中心节点；各个父采集节点用于根据数据采集命令进行数据采集或将数据采集命令下发至相应子采集节点；各个子采集节点，用于接收默认父采集节点下发的数据采集命令，根据数据采集命令进行数据采集，并将所采集的计量数据上传至相应默认父采集节点。本发明提供的无线抄表系统，在兼顾数据传输距离的同时降低了抄表系统的构建成本。

Description

一种基于ZigBee的无线抄表系统

技术领域

本发明涉及网络技术和自动抄表技术领域，特别涉及一种基于ZigBee的无线抄表系统。

背景技术

日常生活中，抄表员可通过人工抄表方式来统计水、电、燃气的数据。然而，这种方式存在着入户难、效率低和人力耗费大等缺点。随着无线通信技术的不断发展，针对低成本设备的无线联网需求的ZigBee技术展现出巨大的优势。ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的免频段使用费、低速率、短距离传输的无线通信技术，其突出的优点是近距离、低功耗和低成本，并且具有较高的可靠性、安全性和自组织能力、支持超大网络容量。实际应用中，对于各种计量表构成的数据采集网络而言，具有采集节点数目多、数据流量小和实时性强的特点。有鉴于此，本发明提供了一种基于ZigBee的无线抄表系统。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种基于ZigBee的无线抄表系统，以实现在兼顾数据传输距离不受影响的同时降低抄表系统的构建成本。

为达到上述目的，本发明实施例公开了一种基于ZigBee的无线抄表系统，所述无线抄表系统包括：控制中心节点、多个收发节点、由多个父采集节点和多个子采集节点构成的树状的数据采集网络；其中，

所述控制中心节点，用于向各个收发节点发送数据采集命令、接收并存储各个收发节点上传的计量数据；

各个收发节点，采用网线与所述控制中心节点实现通信连接，分别用于接收所述控制中心节点发送的数据采集命令、并将所述数据采集命令转发给所述数据采集网络中相应的父采集节点，以及接收并存储所述数据采集网络中的父采集节点上传的计量数据、并将所接收的计量数据上传至所述控制中心节点；

各个父采集节点，基于ZigBee与预设的收发节点实现通信连接，用于接收相应收发节点转发的所述数据采集命令，根据所述数据采集命令进行数据采集或将所述数据采集命令下发至相应子采集节点，以及将所采集的计量数据上传至相应收发节点，或接收相应子采集节点上传的计量数据并上传至相应收发节点；

各个子采集节点，基于ZigBee与预设的默认父采集节点实现通信连接，用于接收所述默认父采集节点下发的所述数据采集命令，根据所述数据采集命令进行数据采集，并将所采集的计量数据上传至相应默认父采集节点。

优选地，各个收发节点，用于在接收到各个父采集节点所上传的计量数据后进行数据汇总，并将预设时间段内的汇总数据上传至所述控制中心节点。

优选地，各个子采集节点中预先存储有包含备用父采集节点的父采集节点列表，用于在各个子采集节点的默认父采集节点出现故障时，按照所述父采集节点列表中的备用父采集节点顺序以轮询方式将所采集的计量数据上传至相应收发节点。

优选地，各个父采集节点中设置有计时器，用于按照所述计时器所预设的固定采集周期进行数据采集，以及按照所述固定采集周期依次触发相应子采集节点进行数据采集。

优选地，各个父采集节点、各个子采集节点，用于利用主控芯片的闪存存储小数据量的计量数据，或利用所预留的备用接口进行存储容量扩展以存储大数据量的计量数据。

优选地，各个父采集节点，具体用于将各个父采集节点采集的计量数据或相应子采集节点上传的计量数据与采集相关信息进行打包处理，并以数据包的形式上传至相应收发节点，其中，所述采集相关信息至少包括：父采集节点ID、数据类型、子采集节点ID和故障码。

优选地，所述控制中心节点中设置有计量数据库，用于存储各个收发节点所上传的计量数据，以及提供以父采集节点ID、数据类型、子采集节点ID和/或故障码为索引的数据查询。

优选地，所述控制中心节点设置有最高访问权限和一般访问权限两种；其中，所述最高访问权限为直接通过所述控制中心节点而对计量数据进行查看和修改的权限，所述一般访问权限为通过浏览器进入预设的计量数据网页而对计量数据进行查看的权限。

优选地，各个父采集节点，还用于按照预设检测周期向相应的子采集节点发送节点状态检测信号，并根据相应子采集节点发送的反馈信号进行状态检测，以及在相应子采集节点出现故障时将该子采集节点ID和故障码上传至所述控制中心节点。

优选地，所述控制中心节点基于TCP/IP通信协议与各个收发节点进行数据传输。

本发明实施例提供的一种基于ZigBee的无线抄表系统，包括控制中心节点、多个收发节点、由多个父采集节点和多个子采集节点构成的树状的数据采集网络，各个收发节点采用网线与所述控制中心节点实现通信连接，而各个父采集节点，一方面基于ZigBee与预设的收发节点实现通信连接，另一方面基于ZigBee与预设的默认父采集节点实现通信连接。一方面，ZigBee技术具有免频段使用费、高可靠性高安全性的特点，与基于GPS技术构建的无线抄表系统相比能够大大降低无线抄表系统的构建成本；另一方面，考虑到ZigBee短距离传输的特点，设置了父采集节点和子采集节点的数据采集网络形式，子采集节点可以将所采集的计量数据上传至父采集节点，再由父采集节点将该计量数据上传至相应收发节点，这样，通过层层上传的方式将子采集节点所采集的计量数据上报至控制中心节点，从而使得在兼顾数据传输距离不受影响的同时降低了无线抄表系统的构建成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于ZigBee的无线抄表系统的架构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了在兼顾数据传输距离不受影响的同时，降低抄表系统的构建成本，本发明实施例提供了一种基于ZigBee的无线抄表系统，下面对本发明实施例提供的无线抄表系统进行详细介绍。

如图1所示，为本发明实施例提供的一种基于ZigBee的无线抄表系统的架构示意图，该无线抄表系统包括：控制中心节点10、多个收发节点20、由多个父采集节点30和多个子采集节点40构成的树状的数据采集网络。

其中，所述控制中心节点10，用于向各个收发节点20发送数据采集命令、接收并存储各个收发节点20上传的计量数据。

各个收发节点20，采用网线与所述控制中心节点10实现通信连接，分别用于接收所述控制中心节点10发送的数据采集命令、并将所述数据采集命令转发给所述数据采集网络中相应的父采集节点30，以及接收并存储所述数据采集网络中的父采集节点30上传的计量数据、并将所接收的计量数据上传至所述控制中心节点10。

各个父采集节点30，基于ZigBee与预设的收发节点20实现通信连接，用于接收相应收发节点20转发的所述数据采集命令，根据所述数据采集命令进行数据采集或将所述数据采集命令下发至相应子采集节点40，以及将所采集的计量数据上传至相应收发节点20，或接收相应子采集节点40上传的计量数据并上传至相应收发节点20。

各个子采集节点40，基于ZigBee与预设的默认父采集节点30实现通信连接，用于接收所述默认父采集节点30下发的所述数据采集命令，根据所述数据采集命令进行数据采集，并将所采集的计量数据上传至相应默认父采集节点30。

可以理解的是，本发明实施例提供的无线抄表系统所采集的计量数据，可以是针对水、电、燃气的计量数据，当然还可以是其他实际意义的计量数据，本发明实施例无需对此进行限定。

具体地，以针对电表的无线抄表系统而言，实际应用中，控制中心节点可以是供电公司的后台服务器，收发节点可以是针对各个住宅区的终端设备，例如设置于住宅区物业中心的PC机，而父采集节点和子采集节点可以是针对各个住户电表的终端采集设备；另外，对于父采集节点和子采集节点的设置可以根据距离物业中心的距离、终端采集设备的存储容量等进行设置。

一种实现方式中，如图1所示，可以设置为父采集节点和一级子采集节点的数据采集网络。当然，还可以根据传输距离而设置成父采集节点和多级子采集节点的形式，这也是允许的，本发明实施例无需对子采集节点的层级数目进行限定。

一种优选实现方式中，可以设置为1个父采集节点挂载20个子采集节点的形式。当然，这仅仅是一种具体的实现方式，优选地，子采集节点的数目可以设置为15～25个之间，实际应用中，可以根据父采集节点的自身存储容量进行设置，本发明实施例不对此进行限定。

本发明实施例提供的一种基于ZigBee的无线抄表系统，包括控制中心节点10、多个收发节点20、由多个父采集节点30和多个子采集节点40构成的树状的数据采集网络，各个收发节点20采用网线与所述控制中心节点10实现通信连接，而各个父采集节点30，一方面基于ZigBee与预设的收发节点20实现通信连接，另一方面基于ZigBee与预设的默认父采集节点30实现通信连接。一方面，ZigBee技术具有免频段使用费、高可靠性高安全性的特点，与基于GPS技术构建的无线抄表系统相比能够大大降低无线抄表系统的构建成本；另一方面，考虑到ZigBee短距离传输的特点，设置了父采集节点30和子采集节点40的数据采集网络形式，子采集节点40可以将所采集的计量数据上传至父采集节点30，再由父采集节点30将该计量数据上传至相应收发节点20，这样，通过层层上传的方式将子采集节点40所采集的计量数据上报至控制中心节点10，从而使得在兼顾数据传输距离不受影响的同时降低了无线抄表系统的构建成本。

一种实现方式中，各个收发节点20，用于在接收到各个父采集节点30所上传的计量数据后进行数据汇总，并将预设时间段内的汇总数据上传至所述控制中心节点10。

具体地，各个收发节点在接收到各个父采集节点上传的计量数据后，为了避免频繁地进行数据传输所带来的数据传输压力，可以先缓存所接收的各个计量数据，然后在满足一定的数据上传条件时再将汇总数据上传至控制中心节点，如上所述，可以将预设时间段内的汇总数据上传至控制中心节点。需要说明的是，本发明实施例无需对预设时间段的区间大小进行限定，本领域内的技术人员可以根据实际应用中的具体情况进行合理地设置。

一种实现方式中，各个子采集节点40中预先存储有包含备用父采集节点30的父采集节点列表，用于在各个子采集节点40的默认父采集节点30出现故障时，按照所述父采集节点列表中的备用父采集节点30顺序以轮询方式将所采集的计量数据上传至相应收发节点20。

可以理解的是，在无线抄表系统的构建过程中，通常会为各个子采集节点预先设置一个默认父采集节点与其对应，需要说明的是，这里的“默认父采集节点”是从多个父采集节点中选择出来的一个与某个子采集节点相对应的父采集节点，为了便于描述，这里仅仅是采用“默认父采集节点”与其他父采集节点进行区分，不应理解为对父采集节点的限定。这样，当子采集节点在接收到该父采集节点所下发的数据采集命令后，可以根据该数据采集命令进行数据采集，然后再将所采集的计量数据上传至该默认父采集节点。然而，当该父采集节点出现故障时，该子采集节点便无法通过该默认父采集节点进行数据上传。为了保证子采集节点的计量数据能够及时上传至相应地收发节点，上述实现方式中，在构建无线抄表系统时，在各个子采集节点中预先存储了包含若干个备用父采集节点的父采集节点列表，这样，当默认父采集节点出现故障时，可以按照父采集节点列表中的备用父采集节点顺序来上传计量数据。

具体地，在可以采用轮询的方式进行计量数据上传，例如，父采集节点列表中包括A、B、C三个备用父采集节点，这样，当默认父采集节点出现故障后，子采集节点先向A发送数据上传请求即呼叫A，若A可用，则向该子采集节点发送握手信号，否则，子采集节点需要继续以同样方式继续呼叫B、C。需要说明的是，当父采集节点列表中的全部备用父采集节点均不可用时，则清空子采集节点本次采集的计量数据。另外，当父采集节点列表中的备用父采集节点的数目太多时，还可以通过设置呼叫次数以保证下一数据采集命令到来时不会受到影响。

一种实现方式中，各个父采集节点30中设置有计时器，用于按照所述计时器所预设的固定采集周期进行数据采集，以及按照所述固定采集周期依次触发相应子采集节点40进行数据采集。

可以理解的是，日常生活中，水、电等通常是以自然月为单位进行数据采集的，这样，可以将父采集节点中的计时器的固定采样周期设置为一个自然月。除此之外，控制中心节点还可以不定期的获取各个父采集节点、子采集节点的计量数据，这是根据相关部门的具体需求而随时发送的数据采集命令，这是符合实际应用场景需要的，本发明实施例无需对此进行限定。

另外，控制中心节点还可以向各个收发节点发送携带有本地时间戳的时间校正信号，以对各个收发节点、各个父采集节点、各个子采集节点进行时间校正，以保证计量数据统计的准确性。

一种实现方式中，各个父采集节点30、各个子采集节点40，用于利用主控芯片的闪存存储小数据量的计量数据，或利用所预留的备用接口进行存储容量扩展以存储大数据量的计量数据。

具体地，当所采集的计量数据的数据量较小的时候，可以将所采集的计量数据暂存在主控芯片的闪存内，而当所采集的计量数据的数据量较大时，由于主控芯片的闪存存储空间通常较小，此时便可以将计量数据暂存在通过所预留的备用接口所扩展的存储空间内。一种实现方式中，可以通过插入TF卡的方式进行存储容量扩展。

优选地，父采集节点、子采集节点的主控芯片可以是芯片CC2430，当然，芯片CC2430仅为一种优选方式，本发明实施例无需对主控芯片的具体型号进行限定。

一种实现方式中，各个父采集节点，具体用于将各个父采集节点采集的计量数据或相应子采集节点上传的计量数据与采集相关信息进行打包处理，并以数据包的形式上传至相应收发节点，其中，所述采集相关信息至少包括：父采集节点ID、数据类型、子采集节点ID和故障码。

需要说明的所示，这里所提及的父采集节点ID、子采集节点ID可以是父采集节点、子采集节点的硬件设备标识，当然，实际应用中还采用其他形式的唯一标识码来对各个父采集节点、各个子采集节点进行唯一编码，本发明无需对此进行限定，本领域内的技术人员可以根据实际应用中的具体情况进行合理的设置。

一种实现方式中，所述控制中心节点中设置有计量数据库，用于存储各个收发节点所上传的计量数据，以及提供以父采集节点ID、数据类型、子采集节点ID和/或故障码为索引的数据查询。

可以理解的的是，控制中心节点在收集到上传的计量数据后，可以按照现有技术中构建数据库的方式来构建计量数据库，该计量数据库中可以包括多个字段，例如由父采集节点ID、数据类型、子采集节点ID和/或故障码构成的多个字段，在实际应用中，可以通过选择不用字段来作为索引以实现对计量数据库中的数据查询。

一种实现方式中，所述控制中心节点设置有最高访问权限和一般访问权限两种；其中，所述最高访问权限为直接通过所述控制中心节点而对计量数据进行查看和修改的权限，所述一般访问权限为通过浏览器进入预设的计量数据网页而对计量数据进行查看的权限。

可以理解的是，实际应用中，为了便于技术人员查看计量数据库中的相关计量数据，可以建立对应于该计量数据库的计量数据网页，从而技术人员可以通过浏览器来进入该计量数据网页，需要说明的是，该计量数据网页仅仅是为技术人员提供了可以随时查看计量数据的功能，这是控制中心节点所设置的一般访问权限。但是，为了保证数据安全，当需要对计量数据库中的计量数据进行修改时，则只能在控制中心节点所对应的硬件上如后台服务器进行计量数据的修改，这是符合实际应用场景的。

一种实现方式中，各个父采集节点，还用于按照预设检测周期向相应的子采集节点发送节点状态检测信号，并根据相应子采集节点发送的反馈信号进行状态检测，以及在相应子采集节点出现故障时将该子采集节点ID和故障码上传至所述控制中心节点。

需要说明的是，为了保证各个子采集节点上传的计量数据的准确性，数据采集网络内的各个父采集节点需要对各个子采集节点的状态进行检测，如上所述，可以按照预设检测周期向相应的子采集节点发送节点状态检测信号，并且根据子采集节点发送的反馈信号进行状态检测。

一种实现方式中，各个父采集节点、各个子采集节点上可以设置有外设接口，这样，技术人员可以将便携式电脑与各个父采集节点、各个子采集节点的主控芯片相连接，从而可以实现故障排查。

一种实现方式中，所述控制中心节点基于TCP/IP通信协议与各个收发节点进行数据传输。需要说明的是，这里仅仅是控制中心节点与各个收发节点的一种优选的实现方式，不应理解为对其通信方式的限定。

一种实现方式中，各个父采集节点、各个子采集节点上可以设置有显示屏幕，这样，可以结合该显示屏幕上显示的计量表的型号连接相应的当父采集节点或子采集节点。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施方式中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，这里所称的存储介质，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于ZigBee的无线抄表系统，其特征在于，所述无线抄表系统包括：控制中心节点、多个收发节点、由多个父采集节点和多个子采集节点构成的树状的数据采集网络；其中，

所述控制中心节点，用于向各个收发节点发送数据采集命令、接收并存储各个收发节点上传的计量数据；

各个收发节点，采用网线与所述控制中心节点实现通信连接，分别用于接收所述控制中心节点发送的数据采集命令、并将所述数据采集命令转发给所述数据采集网络中相应的父采集节点，以及接收并存储所述数据采集网络中的父采集节点上传的计量数据、并将所接收的计量数据上传至所述控制中心节点；

各个父采集节点，基于ZigBee与预设的收发节点实现通信连接，用于接收相应收发节点转发的所述数据采集命令，根据所述数据采集命令进行数据采集或将所述数据采集命令下发至相应子采集节点，以及将所采集的计量数据上传至相应收发节点，或接收相应子采集节点上传的计量数据并上传至相应收发节点；

各个子采集节点，基于ZigBee与预设的默认父采集节点实现通信连接，用于接收所述默认父采集节点下发的所述数据采集命令，根据所述数据采集命令进行数据采集，并将所采集的计量数据上传至相应默认的父采集节点。

2.根据权利要求1所述的无线抄表系统，其特征在于，各个收发节点，用于在接收到各个父采集节点所上传的计量数据后进行数据汇总，并将预设时间段内的汇总数据上传至所述控制中心节点。

3.根据权利要求1所述的无线抄表系统，其特征在于，各个子采集节点中预先存储有包含备用父采集节点的父采集节点列表，用于在各个子采集节点的默认父采集节点出现故障时，按照所述父采集节点列表中的备用父采集节点顺序以轮询方式将所采集的计量数据上传至相应收发节点。

4.根据权利要求1所述的无线抄表系统，其特征在于，各个父采集节点中设置有计时器，用于按照所述计时器所预设的固定采集周期进行数据采集，以及按照所述固定采集周期依次触发相应子采集节点进行数据采集。

5.根据权利要求1所述的无线抄表系统，其特征在于，各个父采集节点、各个子采集节点，用于利用主控芯片的闪存存储小数据量的计量数据，或利用所预留的备用接口进行存储容量扩展以存储大数据量的计量数据。

6.根据权利要求1-5任一项所述的无线抄表系统，其特征在于，各个父采集节点，具体用于将各个父采集节点采集的计量数据或相应子采集节点上传的计量数据与采集相关信息进行打包处理，并以数据包的形式上传至相应收发节点，其中，所述采集相关信息至少包括：父采集节点ID、数据类型、子采集节点ID和故障码。

7.根据权利要求1-5任一项所述的无线抄表系统，其特征在于，所述控制中心节点中设置有计量数据库，用于存储各个收发节点所上传的计量数据，以及提供以父采集节点ID、数据类型、子采集节点ID和/或故障码为索引的数据查询。

8.根据权利要求7所述的无线抄表系统，其特征在于，所述控制中心节点设置有最高访问权限和一般访问权限两种；其中，所述最高访问权限为直接通过所述控制中心节点而对计量数据进行查看和修改的权限，所述一般访问权限为通过浏览器进入预设的计量数据网页而对计量数据进行查看的权限。

9.根据权利要求1-5任一项所述的无线抄表系统，其特征在于，各个父采集节点，还用于按照预设检测周期向相应的子采集节点发送节点状态检测信号，并根据相应子采集节点发送的反馈信号进行状态检测，以及在相应子采集节点出现故障时将该子采集节点ID和故障码上传至所述控制中心节点。

10.根据权利要求1-5任一项所述的无线抄表系统，其特征在于，所述控制中心节点基于TCP/IP通信协议与各个收发节点进行数据传输。