一种基于Zigbee技术的能源计量数据采集系统

　　0　引言

　　目前我国工业企业能耗数据采集体系尚不完善,能源的有效利用效率低,建立工业企业能源计量数据采集、监管机制,对煤、油、水、电、气等主要能源的能耗计量数据进行科学采集、综合分析,有利于全面了解我国工业企业总能耗水平、能耗结构和用能模式,为实现“节能减排”目标具有十分重要的意义。而传统的工业集散测控系统的数据采集与控制一般以工业控制总线网络为主,且工业仪表安装位置分散,组网不方便、费用高。

　　ZigBee无线网络技术以其低功耗、低速率、低复杂度、低成本的特点和灵活的组网方式,广泛应用于工业控制、工业无线定位、家庭网络、汽车自动化、楼宇自动化、消费电子、医用设备控制等领域。本文提出了一种基于ZigBee技术的自组网能源数据采集系统,能有效解决工业能源数据采集存在的弊端,同时具有组网方便、成本低、功耗小、接口方式多样化等优点,符合实际应用要求。

　　本系统由能源计量数据采集模块、时钟模块、Zigbee无线通信模块三大部分组成,如图1所示。其中能源计量数据采集模块通过RS-232、RS845等数据通信方式与具有数字信号输出的能源计量仪表相连,同时该系统采用C8051F060自带的16位ADC作为模拟信号的前端数据采集器,可实现对具有(4~20)mA、(0~5)V标准输出的模拟仪表进行数据采集;采集到的数据经MCU处理后经过Zigbee无线模块发送至数据管理中心。MCU控制系统的采样速率、采样时间间隔、数据发送、校准等设置工作。

　　2　硬件设计

　　本系统的硬件部分主要由电源管理模块、微处理模块、接口电路、定时器模块、Zigbee无线数据传输模块组成。

　　2·1　微处理器

　　本系统采用Silicon Labs公司生产的单片机C8051F060作为本系统的微处理器。C8051F060是完全集成的混合信号片上系统型MCU,具有59个数字I/O引脚;片内集成了两路16位、1 Msps带DMA控制器的ADC;10位、200ksps带8通道模拟多路开关的ADC;64KB可在系统编程的FLASH存储器;4352字节的片内RAM;硬件实现的SPI、SMBus/ I2C和两个UART串行接口。因而可以实现与具有RS-232、或者RS-485输出的数字式仪表,以及具有(4~20)mA、(0~5)V标准输出的模拟式仪表相连,实现能源计量数据的实时采集。且C8051F060内部定时器和I/O口资源丰富,使得系统设计更加简单。

　　2·2　定时器模块

　　本系统采用美国DALLAS公司推出的实时钟芯片DS12C887作为系统时钟。DS12C887是一种高性能的时钟芯片,为24引脚DIP封装形式。其自带晶体振荡器和电池,在没有外部电源的情况下可工作10年,内建128字节RAM,其中14字节时钟控制寄存器,114字节通用RAM。DS12C887与MCU的接口电路如图2所示,在本系统中MOT(模式选择)端接地,采用Intel方式。