本實(shí)用新型涉及一種zigbee節(jié)點(diǎn)，具體涉及一種用于建筑能耗監(jiān)測的zigbee節(jié)點(diǎn)模塊。

背景技術(shù)：

當(dāng)前，我國建筑能耗逐年增加，對(duì)我國能源供應(yīng)和環(huán)境保護(hù)造成了巨大壓力。按照目前的規(guī)劃，到2020年，我國城鎮(zhèn)建筑面積還將新增300億平方米，這將導(dǎo)致建筑用能的不斷增長。對(duì)建筑進(jìn)行節(jié)能是緩解社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源供應(yīng)不足這對(duì)矛盾最有效的措施之一。建筑能耗統(tǒng)計(jì)，特別是能耗分項(xiàng)計(jì)量，對(duì)國家相關(guān)按能源政策的制定及建筑耗能系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行具有重要的意義。

目前，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)傳輸量小，傳輸延時(shí)低的實(shí)時(shí)監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對(duì)象信息中。因此采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行建筑能耗監(jiān)測的方法受到廣泛關(guān)注。ZigBee技術(shù)是一種新興的近距離、低復(fù)雜度、低功耗的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）應(yīng)用技術(shù)，在數(shù)據(jù)無線通信領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

實(shí)用新型目的：本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種用于建筑能耗監(jiān)測的zigbee節(jié)點(diǎn)模塊，利用該節(jié)點(diǎn)模塊，可自組織組建zigbee建筑能耗監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崿F(xiàn)建筑能耗數(shù)據(jù)的采集和無線傳輸，為降低建筑能耗和提高建筑能效，提供決策和參考。

技術(shù)方案：本實(shí)用新型所述的一種用于建筑能耗監(jiān)測的zigbee節(jié)點(diǎn)模塊，包括傳感單元，主控單元和無線zigbee單元，所述主控單元分別與所述傳感單元、無線zigbee單元相互通訊連接；所述傳感單元包括電能采集模塊、紅外探測模塊和溫度采集模塊，所述電能采集模塊的一端與智能電表連接，電能采集模塊的另一端與主控單元連接，所述紅外探測模塊通過模數(shù)轉(zhuǎn)換單元與主控單元連接，所述溫度采集模塊通過單總線驅(qū)動(dòng)單元與主控單元連接；

所述主控單元主要包括主控芯片、晶振電路、電源電路、存儲(chǔ)電路和復(fù)位電路，所述主控芯片分別與所述晶振電路、電源電路、存儲(chǔ)電路和復(fù)位電路電連接；

所述無線zigbee單元采用CC2430作為主控芯片，CC2430芯片的RF-N腳并聯(lián)連接有電感L1和電感L3的一端，所述CC2430芯片的TXRX-SWITCH腳連接有電感L2的一端，所述電感L2的另一端并聯(lián)連接有電阻R3和電阻R4的一端，所述電阻R3的另一端分別連接有電感L1的另一端和CC2430芯片的RF-P腳，所述電阻R4的另一端連接有電感L3的一端，所述電感L3的另一端連接有電容C1的一端，所述電容C1的另一端連接有PCB天線。

進(jìn)一步的，所述電能采集模塊采用RS232接口芯片，通過232通信方式接收智能電表發(fā)送的用電量數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步的，所述紅外探測模塊采用HN911紅外傳感器，模數(shù)轉(zhuǎn)換單元采用12位帶并行微機(jī)接口的逐次逼近型模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD1674。

進(jìn)一步的，所述溫度采集模塊采用小型化溫度傳感器DS18B20，單總線驅(qū)動(dòng)單元采用一片74HC245構(gòu)成，74HC245D的A0和A1口并接后接主控單元的I/O口，DIR口單獨(dú)接主控單元的I/O口，使能端應(yīng)接地。

進(jìn)一步的，所述主控芯片采用51系列單片機(jī)。

進(jìn)一步的，所述晶振電路由兩個(gè)30P的電容，一個(gè)12M的晶振所組成；電源電路采用自流線性穩(wěn)壓器LM7805構(gòu)成；存儲(chǔ)單元電路采用AT24C256作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；復(fù)位電路由MAX813芯片完成。

進(jìn)一步的，所述CC2430芯片的AVDD-DREG腳還連接有電阻R1，RBIAS2腳連接有電阻R2。

進(jìn)一步的，所述CC2430芯片還連接有濾波電容C6和C7。

進(jìn)一步的，所述CC2430芯片還連接有由晶振XTAL1、電容C2、電容C3構(gòu)成的第一晶振電路和晶振XTAL2、電容C4、電容C5構(gòu)成的第二晶振電路。

進(jìn)一步的，所述主控單元與CC2430模塊通過SPI總線相連交互數(shù)據(jù)。

有益效果：本實(shí)用新型利用zigbee節(jié)點(diǎn)技術(shù)，可組建zigbee建筑能耗監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崿F(xiàn)建筑能耗數(shù)據(jù)的采集和無線傳輸，具備低功耗、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性強(qiáng)等特點(diǎn)，具有較好的市場前景和應(yīng)用價(jià)值，且無線通訊電路使用一個(gè)非平衡天線，連接非平衡變壓器可使天線性能更好。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型zigbee節(jié)點(diǎn)模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型主控單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型無線zigbee單元結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示為該zigbee節(jié)點(diǎn)模塊結(jié)構(gòu)示意圖，節(jié)點(diǎn)主要由傳感單元、主控單元和無線zigbee單元等三個(gè)單元構(gòu)成。其中，所述主控單元分別與所述傳感單元、無線zigbee單元相互通訊連接；所述傳感單元包括電能采集模塊、紅外探測模塊和溫度采集模塊，所述電能采集模塊的一端與智能電表連接，電能采集模塊的另一端與主控單元連接，所述紅外探測模塊通過模數(shù)轉(zhuǎn)換單元與主控單元連接，所述溫度采集模塊通過單總線驅(qū)動(dòng)單元與主控單元連接。

電能采集模塊采用RS232接口芯片，通過232通信方式接收智能電表發(fā)送的用電量數(shù)據(jù)；紅外探測模塊采用HN911紅外傳感器，模數(shù)轉(zhuǎn)換單元采用12位帶并行微機(jī)接口的逐次逼近型模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD1674。溫度采集模塊采用小型化溫度傳感器采用DS18B20，其特點(diǎn)是體積小、抗干擾能力強(qiáng)、精度高、功耗超低。測溫范圍可達(dá)-55~+125℃，完全滿足建筑內(nèi)溫度采集的需求。單總線驅(qū)動(dòng)單元采用一片74HC245構(gòu)成，以提高帶負(fù)載能力，74HC245D的A0和A1口并接后接單片機(jī)I/O口，DIR口單獨(dú)接單片機(jī)I/O口，使能端應(yīng)接地。主控單元采用51系列單片機(jī)，無線zigbee單元采用CC2430片上系統(tǒng)。

如圖2所示，主控單元主要包括晶振電路、電源電路、存儲(chǔ)電路和復(fù)位電路（看門狗電路）。晶振電路由兩個(gè)30P的電容，一個(gè)12M的晶振所組成。因?yàn)閱慰偩€控制單元無需要計(jì)算波特率，故采用12MHz晶振。根據(jù)晶振的頻率，起振電容采用30PF。

電源電路采用自流線性穩(wěn)壓器LM7805構(gòu)成，因模塊正常工作電源電壓為5V左右，輸入電源的電壓寬度為12V，所以使用一片5V的自流線性穩(wěn)壓器LM7805，然后輔助1個(gè)47uF電解電容和1個(gè)0.1 uF的磁片電容濾去雜波即可。

存儲(chǔ)單元電路采用AT24C256作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。其在系統(tǒng)中的作用是存儲(chǔ)MCU控制器搜索到的單總線上的ROM序列號(hào)。AT24C256是串行EEPROM存儲(chǔ)器，支持IIC總線數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，存儲(chǔ)器容量為32KB，用2根線與CPU構(gòu)成串行接口。其中SDA和SCL都必須通過上拉電阻接到VCC。在本單元電路中，因?yàn)樵贗IC總線上只掛接一個(gè)24C256，故應(yīng)將24C256D的A0、A1接地，采用地址00。

復(fù)位電路由MAX813芯片來完成?？刂瞥绦蛟谶\(yùn)行過程中由于干擾等各種因素會(huì)出現(xiàn)死機(jī)或程序跑飛等現(xiàn)象。為克服這一缺點(diǎn)，采用MAX813構(gòu)建復(fù)位電路。在該單元電路中中，應(yīng)將MAX813的第1腳與第8腳相連，第7腳接單片機(jī)的復(fù)位腳，第6腳與單片機(jī)的第8腳P17相連。在程序運(yùn)行過程中，P17不斷輸出脈沖信號(hào)。如果因某種原因CPU進(jìn)入死循環(huán)，則P17無脈沖輸出。于是1.6s后在MAX 813的第8腳輸出 低電平，該低電平加到第1腳，使MAX 813產(chǎn)生復(fù)位輸出，使CPU有效復(fù)位，擺脫死循環(huán)的困擾。

如圖3所示的無線zigbee單元電路結(jié)構(gòu)，無線zigbee單元采用CC2430作為主控芯片。所述CC2430芯片的RF-N腳并聯(lián)連接有電感L1和電感L3的一端，所述CC2430芯片的TXRX-SWITCH腳連接有電感L2的一端，所述電感L2的另一端并聯(lián)連接有電阻R3和電阻R4的一端，所述電阻R3的另一端分別連接有電感L1的另一端和CC2430芯片的RF-P腳，所述電阻R4的另一端連接有電感L3的一端，所述電感L3的另一端連接有電容C1的一端，所述電容C1的另一端連接有PCB天線。

該無線zigbee單元電路使用一個(gè)非平衡天線，連接非平衡變壓器可使天線性能更好。電路中的非平衡變壓器由電容C1和電感L1、L2、L3以及一個(gè)PCB微波傳輸線組成，整個(gè)結(jié)構(gòu)滿足RF輸入/輸出匹配電阻（50歐）的要求。內(nèi)部T/R交換電路完成LN A和PA之間的交換。R1和R2為偏置電阻，R1主要用來為32MHz的晶振提供一個(gè)合適的工作電流。用1個(gè)32MHz的石英諧振器（XTAL1）和2個(gè)電容（C2和C3）構(gòu)成一個(gè)32MHz的晶振電路。用1個(gè)32. 768 kHz的石英諧振器（XTA L2）和2個(gè)電容（C4和C5）構(gòu)成一個(gè)32. 768kHz的晶振電路。電壓調(diào)節(jié)器為所有要求1. 8 V電壓的引腳和內(nèi)部電源供電，電容C6和C7是去耦電容，用來為電源濾波，以提高芯片工作的穩(wěn)定性。該部分與單總線主控制單元通過SPI接口相連以交互數(shù)據(jù)。

本實(shí)用新型利用zigbee節(jié)點(diǎn)技術(shù)，可組建zigbee建筑能耗監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崿F(xiàn)建筑能耗數(shù)據(jù)的采集和無線傳輸，具備低功耗、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性強(qiáng)等特點(diǎn)，具有較好的市場前景和應(yīng)用價(jià)值，且無線通訊電路使用一個(gè)非平衡天線，連接非平衡變壓器可使天線性能更好。

以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何形式上的限制，雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本實(shí)用新型，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。