Xbee Pro模塊在無線供熱計(jì)量系統(tǒng)中的應(yīng)用

王 肖（濟(jì)南大學(xué)泉城學(xué)院，山東煙臺，265600）

Xbee Pro模塊在無線供熱計(jì)量系統(tǒng)中的應(yīng)用

王 肖
（濟(jì)南大學(xué)泉城學(xué)院，山東煙臺，265600）

針對我國供熱收費(fèi)改革對熱計(jì)量系統(tǒng)迫切需求的現(xiàn)狀，本文設(shè)計(jì)了一種基于無線自組網(wǎng)絡(luò)的熱量遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)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(wǎng)狀網(wǎng)的組網(wǎng)方式，最終實(shí)現(xiàn)了低功耗、低復(fù)雜度的傳輸系統(tǒng)。使用戶和供暖公司能夠共同監(jiān)測熱量表的運(yùn)行情況，也實(shí)現(xiàn)熱計(jì)量系統(tǒng)管理、監(jiān)控的信息化、自動化。

供熱計(jì)量；Xbee Pro模塊；無線網(wǎng)狀網(wǎng)；系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)

隨著熱價(jià)的上漲和供暖糾紛的頻發(fā)，傳統(tǒng)按住宅面積收取熱費(fèi)的方法受到越來越多用戶質(zhì)疑，所以必須對計(jì)量方式進(jìn)行改革。使用熱量表的分戶計(jì)量是一種科學(xué)、合理的計(jì)費(fèi)模式，為了使用戶和供暖公司雙方都能看到熱量表的運(yùn)行情況，本文設(shè)計(jì)了一種基于Xbee Pro模塊和無線自組網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)方案，可以實(shí)現(xiàn)熱計(jì)量的遠(yuǎn)程傳輸。Xbee Pro模塊功耗低、體積小、可以直接安裝在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)處，使系統(tǒng)終端具有無線收發(fā)功能；組網(wǎng)方式采用新型無線網(wǎng)狀網(wǎng)技術(shù)，組成像漁網(wǎng)一樣的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，數(shù)據(jù)通信有多個(gè)路徑可以進(jìn)行選擇，這要比單跳網(wǎng)絡(luò)更加穩(wěn)定。

1　無線供熱計(jì)量網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

在供熱計(jì)量遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用無線組網(wǎng)技術(shù)，用戶熱量表就是熱計(jì)量網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)。在系統(tǒng)終端節(jié)點(diǎn)上，無線發(fā)射/接收部分選擇了Xbee Pro模塊來進(jìn)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(tǒng)的計(jì)算機(jī)上，實(shí)現(xiàn)用熱量的遠(yuǎn)程傳輸、監(jiān)控。

在本系統(tǒng)中，每一個(gè)Xbee Pro模塊將系統(tǒng)終端接入自組網(wǎng)中，即數(shù)據(jù)可以在無線網(wǎng)狀網(wǎng)中通過每個(gè)節(jié)點(diǎn)選擇最合適的路徑到達(dá)目的地。因?yàn)槊總€(gè)節(jié)點(diǎn)都可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，所以從一個(gè)節(jié)點(diǎn)到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)有很多通信路徑可以選擇，這需要選擇最優(yōu)路徑，如：路徑最短，速度最快，干擾最少等。這種“端到端”的運(yùn)行模式，使網(wǎng)絡(luò)具備自動恢復(fù)功能。避免了因某一節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障而影響網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，也提高了系統(tǒng)的可靠性。

2　基于Xbee 的計(jì)量節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

2.1節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。作為系統(tǒng)終端節(jié)點(diǎn)的熱量表，其工作原理是：將一對溫度傳感器分別安裝在進(jìn)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(jìn)水管道流進(jìn)采暖設(shè)備向用戶供熱，而后低溫?zé)崴畯幕厮艿懒鞒?。熱量表能測量到水的流速、進(jìn)出口的溫差、供熱時(shí)間等，在一定的時(shí)間內(nèi)，用戶能夠通過公式計(jì)算出采暖設(shè)備所釋放或吸收的熱量值。其傳熱公式為：

在本系統(tǒng)中無線收發(fā)模塊選擇了Xbee Pro模塊來進(jìn)行設(shè)計(jì)，該模塊作為熱量表和上位機(jī)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉蛄海窍到y(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。

2.2Xbee無線射頻模塊。系統(tǒng)中的收發(fā)模塊Xbee Pro采用的是由Digi公司生產(chǎn)的一款無線RF模塊。模塊傳送RF數(shù)據(jù)包時(shí)，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(shù)據(jù)，同時(shí)，如果又有大量的數(shù)據(jù)發(fā)送到該模塊上，可能就會出現(xiàn)存滿和溢出。

2.3Xbee Pro的通訊。MSP430單片機(jī)和Xbee Pro模塊均由3.0V的鋰電池來供電，為確保其穩(wěn)定性，在電路中增加一穩(wěn)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(gè)復(fù)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(fā)送狀態(tài)為低電平有效，當(dāng)Xbee Pro模塊的接收緩存溢出時(shí)，會變?yōu)楦唠娖?，這時(shí)主控制器不再向Xbee Pro模塊發(fā)送數(shù)據(jù)。SLEEP_RQ狀態(tài)用來對模塊進(jìn)行喚醒或使其進(jìn)入睡眠。

3　軟件設(shè)計(jì)

API方式提供配置模塊和在應(yīng)用層的尋址方式。主機(jī)應(yīng)用程序可以發(fā)送包含地址和有效載荷信息的數(shù)據(jù)幀到模塊而不會使

用指令更改地址。模塊發(fā)送數(shù)據(jù)幀到應(yīng)用程序，其中包含數(shù)據(jù)包的狀態(tài)，以及數(shù)據(jù)包來源，接收到的數(shù)據(jù)包的有效載荷信息。

其中MSB是最高有效字節(jié)，LSB是最低有效字節(jié)。

創(chuàng)建一個(gè)API AT指令結(jié)構(gòu)對Xbee進(jìn)行設(shè)定 （設(shè)置NJ到0xFF）。 框架如下：

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

即 0x0005 = 長度

還要設(shè)定時(shí)間喚醒發(fā)射模塊，時(shí)間一到，單片機(jī)就對各個(gè)設(shè)置進(jìn)行上電初始化，準(zhǔn)備進(jìn)入通信狀態(tài)，開始對信道進(jìn)行掃描，將熱量表中數(shù)據(jù)發(fā)送出去，發(fā)送完畢后要再發(fā)送一個(gè)確認(rèn)幀，告訴接收模塊信息發(fā)送完畢，同樣，接收端接受完信息以后也要發(fā)一個(gè)確認(rèn)幀，表示接受完畢，可以進(jìn)入休眠狀態(tài)，使能量消耗降到最低。

4　實(shí)驗(yàn)測試

把Xbee Pro模塊通過串口與微機(jī)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(yīng)著Xbee Pro模塊）；在“Function set”下設(shè)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(shè)置好各個(gè)節(jié)點(diǎn)的參數(shù)后，點(diǎn)擊“Write”寫入模塊。將模塊1連接到電腦上，其他模塊放在適當(dāng)位置。在“Terminal”空白窗口輸入如下命令：

連續(xù)輸入 “+++”返回“OK” /進(jìn)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(fā)送到模塊2。

5　結(jié)論

本文將內(nèi)置Xbee Pro無線收發(fā)模塊的熱量表作為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)終端節(jié)點(diǎn)，通過Xbee Pro模塊、路由器、Internet網(wǎng)等組成自組網(wǎng)絡(luò)，對住宅內(nèi)的耗熱量進(jìn)行自動采集，再傳輸?shù)焦┡行墓芾硐到y(tǒng)，使供暖公司和用戶共同監(jiān)測熱量表的運(yùn)行情況。實(shí)現(xiàn)了熱計(jì)量的無線遠(yuǎn)程監(jiān)控。當(dāng)熱計(jì)量發(fā)生錯(cuò)誤、異常時(shí)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)，使用戶和供熱部門的關(guān)系簡單明了，其多種糾紛也會在無形中化解。也實(shí)現(xiàn)熱計(jì)量系統(tǒng)管理、監(jiān)控的信息化、自動化。

［1］ 王肖，馬汝建，楊雪巖.基于RFID技術(shù)的供熱計(jì)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，24（2）：176-179.

［2］ 王肖.基于射頻識別技術(shù)的供熱計(jì)量系統(tǒng)研究［D］.山東：濟(jì)南大學(xué)，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

A