基于ZigBee的智能电表监控系统设计开题报告

1. 研究目的与意义

随着国家现代化建设程度不断提高，传统的手抄电表的方式早已落后，或者说早已被淘汰。跟随现代化进程一起，我国人民的住宅建设也快速发展。其中居民小区的发展建设尤为迅速，到目前，现代小区的自动化、智能化、便民要求达到了新的水平。但是传统抄表采用现场手抄，肉眼读表的方式，会产生很大的误差，大量的居民用户就代表着有大量的电表需要读取记录，工作量十分繁重，而且等把工作人员抄下来的数据送回供电总部，再录入系统，这其中的数据延时相当之大。现场手抄的方法早已不适合运用于现代人口众多的居民小区。再从传统电表系统的建造方式来看，传统电表一户一表，由于小区人口众多，就要专门铺设线路，将电表集中到一处，建成一面表墙。这导致建造工程量过大，而且一旦有一户出现故障，维修难度和费用都很大。由于上述的方法存在的问题，电表抄表技术的革新成为了目前研究的一个热点。

电表抄表最开始使用现场手抄的方法，这是一种传统的抄表方法，对居民和中小型用电户还有使用。这种方法一般需要两名人力配合工作，一个抄表一个记录在册。这样的作业方式会出现读取误差，笔误，误抄，数据传送延迟等诸多问题，而且非常耗时耗力。随着科技的发展出现了ic卡抄表管理。这种方法不再需要人工抄表。需要用户购买ic卡，将电费充入卡中，先买电后用电。用户只要把卡插在电表上，就可以用电了，卡里没有余额了就只能停电摸黑。这种方式有效解决了收费难的问题，减去了很多人力。随后又出现了智能远程抄表，远程抄表系统可以自动抄表数据，并自行统计用电情况。现在智能远程抄表主要分为四种。rs485抄表，电力载波抄表，nb-iot无线网络，lora抄表。但是rs485等总线成本太高，而且还需要穿墙打洞，对楼体造成一定的破坏。以上三种抄表方式都存在通信距离有所限制，建造成本比较高，而且或多或少会在建造过程中建筑造成破坏，安全性可靠性有所欠缺，网络集成化程度不够等问题。不符合智能化程度高，网络化集中管理的趋势。

本设计拟用zigbee技术解决以上问题，实现降低电表抄表的成本，提高可靠性和智能化程度，便于集中管理，操作方便的目标。相比于以上技术，作为一项新技术，zigbee具有传统通信无法比拟的优势，不仅能过近距离传输，而且能源消耗低。由于可以无线传输，建造成本比其他技术低很多，而且安全可靠，精确度也高，可作为众多用户的理想选择。zigbee的特征主要表现为：①低功耗。待机状态下，两节干电池可以支持一个节点工作6个月以上。②低成本。zigbee的协议非常简单，且免收协议专利费，所以元件很便宜。③短时延。zigbee响应速度非常快，转换到工作状态只需要15ms，访问网络只需要30ms。④低速率。zigbee以20-250kbit/s的低速率工作，满足了低速率传输数据的要求。⑤容量大。zigbee可以采用星状，片状和网状结构，最多可以形成65,000个节点的大型网络。⑥近距离。有效覆盖为10100m，基本可以覆盖普通家庭或者办公环境。⑦高安全性。zigbee使用aes-128加密算法提供数据完整性检查和身份验证功能。基本不存在数据丢失的现象⑧免许可证频段：直接序列扩频用于工业科学医学（ism）频段，2.4ghz（全球），915mhz（美国），868mhz（欧洲）。另外，在故障排查方面，zigbee技术也有很大的优势，比如野外的路灯发生故障时，用现阶段的电表查表方式很难找出故障点，但是对于zigbee技术，运用远程通信，就可以很容易找出故障点。

2. 研究内容和预期目标

主要研究内容：

（1）zigbee开发套件，zigbee模块，pc机一台，传感器;

（2）完成的功能：本系统分为硬件设计和软件编程，系统整体设计完成后，需做到反应灵敏、工作稳定、智能化程度高，人机界面友好等特点，具有良好的产业化前景；

3. 研究的方法与步骤

本课题拟采用软硬件相结合组成实际控制系统。主要分为以下几个部分：电路原理图设计与分析，算法模型建立并进行软件的编程及其功能的调试与仿真。

拟采用的具体步骤：

（1）查阅设计中涉及的参考资料，包括：zigbee无线组网原理、zigbee技术的应用概况、基于zigbee协议栈的程序开发、基于zigbee模块的硬件电路设计

4. 参考文献

[1]黎步银,张杰. 基于zigbee的智能电网高级量测体系数据采集系统[j]. 仪表技术与传感器,2015(10):60-63. doi:10.3969/j.issn.1002-1841.2015.10.019.

[2]汪玉凤,姜林. 基于zigbee和gprs的无线抄表系统[j]. 仪表技术与传感器,2010(10):49-50,59. doi:10.3969/j.issn.1002-1841.2010.10.017.

[3]张威振,刘勇. 基于物联网技术的智能电表监控系统设计[j]. 信息系统工程,2019(8):132. doi:10.3969/j.issn.1001-2362.2019.08.090.

5. 计划与进度安排

（1）2024.2.22—2024.3.07 查阅资料，撰写开题报告；
（2）2024.3.07—2024.4.04 硬件功能分析，熟悉CC2530系统指令及编程语言；
（3）2024.4.04—2024.5.09 设计电路原理图、开发本设计的应用程序；
（4）2024.5.09—2024.5.19 系统调试及改进；
（5）2024.5.19—2024.5.30 整理设计文档，撰写毕业论文；
（6）2024.5.30—2024.6.08 提交毕业论文，准备毕业答辩。