專利名稱：一種基于Zigbee技術的開關量傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種開關量傳感器，尤其是一種基于Zigbee技術的開關量傳感器，屬于物聯網的感知層技術領域。
背景技術：
物聯網是人與人、人與物、物與物全面互聯的網絡。由于物沒有能夠標識的“身份證”，因此物與信息是分離的，難以進行管理和跟蹤。物聯網時代就是要使所有物都有自己的“身份證”，通過感知和識讀對數據信息進行自動采集，并通過無線傳輸實現信息化的智能管理。物聯網都擁有自身獨特的技術和產業(yè)特征，具有創(chuàng)新性強、產業(yè)鏈條長、輻射面廣、 帶動力強的基本特點，是不同于其他新一代信息技術的新興技術產業(yè)領域。物聯網通常由感知層、網絡層和應用層組成，包括數據采集、傳感器網絡組網和協同信息處理、網絡通信傳輸、中間件、應用集成、信息安全等技術。無線傳感器網絡作為物聯網技術的感知層技術，在其發(fā)展起著至關重要的作用， 因Zigbee技術特有的低功耗、低復雜度和低成本的優(yōu)勢，其無疑成為無線傳感網絡通信的首先技術，成功地應用到工業(yè)自動控制、智能電網等多個領域之中。Zigbee網絡由三種網絡節(jié)點組成網絡協調器、路由節(jié)點、終端節(jié)點。網絡協調器包含所有的網絡消息，存儲容量大、計算能力最強，發(fā)送網絡信標、建立一個網絡、管理網絡節(jié)點、存儲網絡節(jié)點信息、尋找一對節(jié)點間的路由消息、不間斷地接收消息；路由節(jié)點是網絡中的中繼，連接網絡各個節(jié)點，延伸和擴展網絡的覆蓋范圍和網絡規(guī)模。終端節(jié)點是只能直接發(fā)消息給網絡協調器和路由節(jié)點，所有采集的數據信息都經過該節(jié)點而進入Zigbee 通信網絡，對處理能力和內存的需求低，可進入省電模式。在物聯網中，傳感器將各種物體的物理量或狀態(tài)量轉換成電氣量，然后再轉換成數字量數據來進行監(jiān)視與控制。其中對開關量設備進行身份標識以及狀態(tài)監(jiān)測與控制是非常重要的部分，目前，通常對外場開關量的設備都是通過電纜連入室內的保護設備，然后通過保護設備最終連入物聯網數據處理中心。該方法存在一些不足首先，開關量設備比較多時，大量的電纜將占有更多的空間，尤其是存在多個開入量來表達和控制設備的某種狀態(tài)時，合并布置不靈活，也給管理帶來較多復雜；其次，無發(fā)對開關量設備進行身份標識； 再者，成本上也不具備優(yōu)勢。

實用新型內容本實用新型的目的是，提供一種開關量傳感器，具有布置靈活、傳輸距離長、安裝調試簡單、抗干擾能力強、實用性以及性能價格比高的特點。為解決上述技術問題，本實用新型提供一種基于Zigbee技術的開關量傳感器，包括開入電路和開出電路，其特征在于所述開入電路包括開入端子，開入端子通過開入模件與單片機相連，所述開出電路包括開出端子，開出端子通過開出模件與單片機相連，所述單片機與Zigbee無線射頻模塊相通信。[0008]前述的一種基于Zigbee技術的開關量傳感器，其特征在于所述Zigbee無線射頻模塊與功率放大器相連。前述的一種基于Zigbee技術的開關量傳感器，其特征在于還包括電源模塊，所述電源模塊為3. 3V電池、直流電源或太陽能電池。前述的一種基于Zigbee技術的開關量傳感器，其特征在于所述開入電路和開出電路各為4路。前述的一種基于Zigbee技術的開關量傳感器，其特征在于還包括兩個開關選擇按紐，一個用于選擇是否使用開入合并功能，一個用于選擇是否使用開出合并功能，同時包括兩個檔位選擇按紐，一個用于選擇4路開入中哪幾路用于開入合并，一個用于選擇4路開出中哪幾路用于開出合并。本實用新型的工作原理本實用新型采用Zigbee的無線射頻芯片做為射頻數據的收發(fā)處理，使用單片機作為開關量數據的處理以及Zigbee協議棧的實現，開入開出通用模件。根據傳輸距離的要求不同，無線射頻芯片可能需要加上功率放大器模塊來增加無線信號傳輸的距離。該傳感器靠近需要采集開關量信息的設備布置，在采集設備的開關量信息的同時，也提供對該設備的身份標識以及一些附屬信息。被管理設備通過短引線將開關量接入本傳感器，由開入邏輯來判斷開關量的狀態(tài)為高電壓或低電壓，然后通過單片機的輸入引腳來讀取開關量的狀態(tài)，轉化成數字1或0， 當開關量狀態(tài)發(fā)生變位時，將觸發(fā)單片機將開關量狀態(tài)數據以及設備的身份標識作為應用層數據，按照Zigbee協議標準，將數據打包成IEEE802. 15. 4格式的物理層數據包，并驅動 Zigbee無線射頻模塊將數據進行編碼然后經由天線發(fā)送到空中接口進行傳輸。本開關量傳感器通過接收無線信號來獲取開出的自動控制命令，由Zigbee無線射頻模塊解碼來自空中接口的信號，解碼后將成為Zigbee物理層的幀格式，由單片機按照 Zigbee標準協議進行解包，得到對設備的工作狀態(tài)的操作命令，然后通過開出邏輯實現最終的開關量控制，開關量控制的結果一般對會通過開入來反饋執(zhí)行的結果。本實用新型所達到的有益效果采用Zigbee技術來進行開關量狀態(tài)信息的傳輸， 替代傳統(tǒng)的電纜，將采集的過程前置到靠近設備端，布置靈活可靠、成本低、效率高；同時還提供對每個開入設備的身份標識，方便連入物聯網進行統(tǒng)一規(guī)劃管理；當使用多個開入來表達設備工作狀態(tài)時，本傳感器能夠將這些開入信號合并成一個數字來表達設備的工作狀態(tài)，大大減少了電纜鋪設及其復雜度，同時也降低了成本。該傳感器特別適合用于任何設備的開關量狀態(tài)的監(jiān)視與控制，如對電力系統(tǒng)中的斷路器、隔離開關、變壓器檔位以及柴油發(fā)電機組燃油油箱內液位開關量等。

圖1為本實用新型的整體結構示意圖；圖2為本實用新型的開入部分的電路原理圖；圖3為本實用新型的開出部分的電路原理圖。
具體實施方式
[0020]一種基于Zigbee技術的開關量傳感器將開關量采集與Zigbee無線技術相結合， 涉及開入、開出、開入開出數據處理以及Zigbee無線信號的發(fā)送與接收。本開關量傳感器電源有三種方式采用3. 3V電池供電，可用常用的7號電池或紐扣電池，其優(yōu)勢在于電池很容易購買，一般可以使用1-2年左右；5V直流電源供電，根據不同場合需要配上不同的電源適配器，比如將220V交流轉成直流5V的適配器，該適配器可以集成在開關量傳感器設備中；如果在露天使用，利用新能源太陽能，將太陽能儲存在儲能電池中，通過儲能電池來供電，當儲能電池電能被消耗部分，沒有飽和，則通過吸收太陽能來補充電能，器件采用5V太陽能電池板和DC 5V儲能電池。開入開出邏輯采用光電隔離器件，開入開出電壓5V由開關量傳感器本身的電源來供電，如果開出電壓5V不滿足要求，可采用開出電壓24V電源供電，同時提供4路開入與 4路開出，更多的開入開出量可以擴充該開入開出邏輯部件來實現，每一路開入都對應一個身份標識ID。因為開關量傳感器僅靠被采集的設備端，所以無需強電110V、220V或380V直流供電開出或開入。在開關量傳感器面板上提供二個開關選擇按紐來，一個用于選擇是否使用開入合并功能，一個用于選擇是否使用開出合并功能，同時提供兩個檔位選擇按紐，一個用于選擇 4路開入中，哪幾路用于開入合并，一個用于選擇4路開出中，哪幾路用于開出合并。開入合并后的設備的標識都以第一個開入的標識做為設備的身份標識。Zigbee無線射頻模塊實現2. 4G頻段無線信號的發(fā)射與接收、將無線信號解碼成 Zigbee物理層幀數據以及將Zigbee物理層幀數據編碼成2. 4G無線信號進行傳輸的功能， 其編碼解碼的方式遵循IEEE802. 15. 4協議標準；單片機實現Zigbee標準的協議棧；功率放大器在發(fā)射時起著功率線性放大的作用，目的是增加無線信號的覆蓋范圍，實現Zigbee 協議數據的更長距離的傳輸與通信。上面三者結合可以放入一塊SoC的芯片之中，市面也有些比較成熟的芯片廠商，如freescale、TI和Jermic等，本實用新型采用JermiC5148的芯片來實現。綜上所述，采用本實用新型后，能夠有效利用近距離無線傳輸的優(yōu)勢靈活布置、 可靠傳輸、低成本等，充分結合物聯網的核心技術，將采集前置于設備端，采用Zigbee技術來承載開關量、自動控制以及其他的狀態(tài)和身份標識等信息，減少了對電纜采購、布置與管理的需求，同時也減少了對強電開入的需求。本發(fā)明特別適用于開關量設備的狀態(tài)監(jiān)測與自動控制，如斷路器、隔離開關、變壓器檔位、柴油發(fā)電機組燃油油箱內液位開關量等。由此可見，本發(fā)明具有顯著性進步和優(yōu)化提高的特點，其應用前景非常廣闊。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例子而已，并非對本實用新型作任何形式上的限制，凡是依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與裝飾，均仍屬于本實用新型技術方案的范圍內。
權利要求1.一種基于Zigbee技術的開關量傳感器，包括開入電路和開出電路，其特征在于所述開入電路包括開入端子，開入端子通過開入模件與單片機相連，所述開出電路包括開出端子，開出端子通過開出模件與單片機相連，所述單片機與Zigbee無線射頻模塊相通信。
2.根據權利要求1所述的一種基于Zigbee技術的開關量傳感器，其特征在于所述 Zigbee無線射頻模塊與功率放大器相連。
3.根據權利要求1所述的一種基于Zigbee技術的開關量傳感器，其特征在于還包括電源模塊，所述電源模塊為3. 3V電池、直流電源或太陽能電池。
4.根據權利要求1所述的一種基于Zigbee技術的開關量傳感器，其特征在于所述開入電路和開出電路各為4路。
5.根據權利要求4所述的一種基于Zigbee技術的開關量傳感器，其特征在于還包括兩個開關選擇按紐，一個用于選擇是否使用開入合并功能，一個用于選擇是否使用開出合并功能，同時包括兩個檔位選擇按紐，一個用于選擇4路開入中哪幾路用于開入合并，一個用于選擇4路開出中哪幾路用于開出合并。
專利摘要本實用新型公開了一種基于Zigbee技術的開關量傳感器，包括開入電路和開出電路，其特征在于所述開入電路包括開入端子，開入端子通過開入模件與單片機相連，所述開出電路包括開出端子，開出端子通過開出模件與單片機相連，所述單片機與Zigbee無線射頻模塊相通信。本實用新型采用Zigbee技術來進行開關量狀態(tài)信息的傳輸，替代傳統(tǒng)的電纜，將采集的過程前置到靠近設備端，布置靈活可靠、成本低、效率高。
文檔編號G01R31/327GK202166724SQ20112025911
公開日2012年3月14日 申請日期2011年7月21日 優(yōu)先權日2011年7月21日
發(fā)明者劉亮, 張笑天, 張雷, 徐大可, 楊春瑜, 賴曉璐 申請人:國電南京自動化股份有限公司