Xbee Pro模塊在無線供熱計量系統中的應用

王 肖（濟南大學泉城學院，山東煙臺，265600）

Xbee Pro模塊在無線供熱計量系統中的應用

王 肖
（濟南大學泉城學院，山東煙臺，265600）

針對我國供熱收費改革對熱計量系統迫切需求的現狀，本文設計了一種基于無線自組網絡的熱量遠程傳輸系統。網絡系統的節點采用MaxStream 公司的Xbee Pro模塊和TI 公司的低功耗控制芯片MSP430FW427，并采用無線網狀網的組網方式，最終實現了低功耗、低復雜度的傳輸系統。使用戶和供暖公司能夠共同監測熱量表的運行情況，也實現熱計量系統管理、監控的信息化、自動化。

供熱計量；Xbee Pro模塊；無線網狀網；系統節點

隨著熱價的上漲和供暖糾紛的頻發，傳統按住宅面積收取熱費的方法受到越來越多用戶質疑，所以必須對計量方式進行改革。使用熱量表的分戶計量是一種科學、合理的計費模式，為了使用戶和供暖公司雙方都能看到熱量表的運行情況，本文設計了一種基于Xbee Pro模塊和無線自組網絡的設計方案，可以實現熱計量的遠程傳輸。Xbee Pro模塊功耗低、體積小、可以直接安裝在網絡系統的節點處，使系統終端具有無線收發功能；組網方式采用新型無線網狀網技術，組成像漁網一樣的網絡架構，數據通信有多個路徑可以進行選擇，這要比單跳網絡更加穩定。

1　無線供熱計量網絡系統

在供熱計量遠程傳輸系統設計中采用無線組網技術，用戶熱量表就是熱計量網絡系統的節點。在系統終端節點上，無線發射/接收部分選擇了Xbee Pro模塊來進行傳輸，在接收端通過Xbee Pro接收模塊接收并傳送到供暖中心管理系統的計算機上，實現用熱量的遠程傳輸、監控。

在本系統中，每一個Xbee Pro模塊將系統終端接入自組網中，即數據可以在無線網狀網中通過每個節點選擇最合適的路徑到達目的地。因為每個節點都可以發送和接收數據，所以從一個節點到另一個節點有很多通信路徑可以選擇，這需要選擇最優路徑，如：路徑最短，速度最快，干擾最少等。這種“端到端”的運行模式，使網絡具備自動恢復功能。避免了因某一節點出現故障而影響網絡系統的正常運行，也提高了系統的可靠性。

2　基于Xbee 的計量節點硬件設計

2.1節點結構。作為系統終端節點的熱量表，其工作原理是：將一對溫度傳感器分別安裝在進水和回水管道，流量傳感器安裝在入口或出口的管道上，熱水以高溫從進水管道流進采暖設備向用戶供熱，而后低溫熱水從回水管道流出。熱量表能測量到水的流速、進出口的溫差、供熱時間等，在一定的時間內，用戶能夠通過公式計算出采暖設備所釋放或吸收的熱量值。其傳熱公式為：

在本系統中無線收發模塊選擇了Xbee Pro模塊來進行設計，該模塊作為熱量表和上位機之間數據傳輸的橋梁，是系統的一個重要組成部分。

2.2Xbee無線射頻模塊。系統中的收發模塊Xbee Pro采用的是由Digi公司生產的一款無線RF模塊。模塊傳送RF數據包時，首先要找到目的地址或確立到目的地路線。在一定情況下，假如Xbee Pro模塊無法立即處理接收緩存器中的數據，同時，如果又有大量的數據發送到該模塊上，可能就會出現存滿和溢出。

2.3Xbee Pro的通訊。MSP430單片機和Xbee Pro模塊均由3.0V的鋰電池來供電，為確保其穩定性，在電路中增加一穩壓模塊。MSP430的管腳P1.0、P1.1分別和Xbee Pro模塊的DIN、DOUT相連；MSP430和Xbee Pro模塊使用同一個復位鍵；MSP430的管腳P1.2、P1.5分別連接Xbee模塊的CTS和SLEEP_ RQ管腳；CTS為流控管腳，正常發送狀態為低電平有效，當Xbee Pro模塊的接收緩存溢出時，會變為高電平，這時主控制器不再向Xbee Pro模塊發送數據。SLEEP_RQ狀態用來對模塊進行喚醒或使其進入睡眠。

3　軟件設計

API方式提供配置模塊和在應用層的尋址方式。主機應用程序可以發送包含地址和有效載荷信息的數據幀到模塊而不會使

用指令更改地址。模塊發送數據幀到應用程序，其中包含數據包的狀態，以及數據包來源，接收到的數據包的有效載荷信息。

其中MSB是最高有效字節，LSB是最低有效字節。

創建一個API AT指令結構對Xbee進行設定 （設置NJ到0xFF）。 框架如下：

0x7E 0x00 0x05 0x08 0x01 0x4E 0x4A 0xFF 5F

即 0x0005 = 長度

還要設定時間喚醒發射模塊，時間一到，單片機就對各個設置進行上電初始化，準備進入通信狀態，開始對信道進行掃描，將熱量表中數據發送出去，發送完畢后要再發送一個確認幀，告訴接收模塊信息發送完畢，同樣，接收端接受完信息以后也要發一個確認幀，表示接受完畢，可以進入休眠狀態，使能量消耗降到最低。

4　實驗測試

把Xbee Pro模塊通過串口與微機相連后，安裝并打開X-CTU軟件，在X-CTU軟件中選擇“Modem Configuration” 欄，在“modem”下選擇模塊類型，XBP24（對應著Xbee Pro模塊）；在“Function set”下設置模塊功能“xbee 802.15.4”；在下面窗口中將Channel的值和PAN ID的值修改成期望值，最后單擊上方的“write”就完成了對模塊的配置。

在設置好各個節點的參數后，點擊“Write”寫入模塊。將模塊1連接到電腦上，其他模塊放在適當位置。在“Terminal”空白窗口輸入如下命令：

連續輸入 “+++”返回“OK” /進入AT命令集/

輸入 “ATND R2” 然后回車 /尋找R2，與其建立連接/

返回 “OK”

然后敲擊鍵盤輸入任何字符，都會發送到模塊2。

5　結論

本文將內置Xbee Pro無線收發模塊的熱量表作為網絡系統終端節點，通過Xbee Pro模塊、路由器、Internet網等組成自組網絡，對住宅內的耗熱量進行自動采集，再傳輸到供暖中心管理系統，使供暖公司和用戶共同監測熱量表的運行情況。實現了熱計量的無線遠程監控。當熱計量發生錯誤、異常時，能夠及時發現，使用戶和供熱部門的關系簡單明了，其多種糾紛也會在無形中化解。也實現熱計量系統管理、監控的信息化、自動化。

［1］ 王肖，馬汝建，楊雪巖.基于RFID技術的供熱計量系統設計［J］.濟南大學學報（自然科學版），2010，24（2）：176-179.

［2］ 王肖.基于射頻識別技術的供熱計量系統研究［D］.山東：濟南大學，2011.

Application of Pro Xbee module in wireless heating metering system

Wang Xiao
（University of Jinan Shandong Quancheng Institute Yantai，265600）

Regarding requirement of heat metering system from China heating charge reform， this paper is to design a heating remote transmission based on Ad Hoc Network. In order to achieve transmission system of low power consumption and low complexity， the panel points of network is adopting Xbee Pro module owned by MaxStream， low power consumption Controller owned by ChipAmerican TI， and wireless network mode.

heating measurement； Xbee Pro； Wireless mesh network； system node

TP274

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