基于zigbee的家庭无线终端的设计与实现

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1、哈尔滨工业大学工程硕士学位论文本篇论文是根据本人的实际工作内容进行编写，研究内容主要包括该系统的构架设计以及产品的实现等。1.2家庭无线终端的国内外研究现状1.2.1家庭无线终端的国外研究现状在国外很早就提出了智能电网的概念，其发展大致经过了两个时间段。首先[6]是在2006年，美国的IBM公司提出了一个“智能电网”的方案。该方案的目的是使电网的运行更安全并且可靠性更高。同时在中国发布了建设智能电网的白皮书，阐述的智能电网的功能包括三个方面。一是运用新的传感器技术，使设备之间互连；二是建立并整合数据，建立相应的处理系统

2、；三是通过所掌握的数据进行分析，使整个电网的运行更安全可靠，提高管理效率。该方案提出了对传统的电力的生产、输送、消费等相关的环节使用高新技术进行优化，使资源合理配置，提高能源的生产效率及利用率，减少能源消耗，达到节能减排的目的。[7]其次是美国总统奥巴马提出的能源发展计划。计划将对美国的电网系统进行升级，减少电力的输送损耗，降低故障几率，并建立统一的电网体系。同时，把太阳能、风能等其他自然能源也纳入统一的智能电网体系，使智能电网的价值及效率得到最大的发挥。智能电网是一个庞大的系统，涉及了无数的设备及产品。家庭无线终端产

3、品是处于家庭的网络中，是用户与电力供应商之间的通信工具，并能管理家庭中的[8]智能家电产品。首先，家庭无线终端通过注册接入电网公司的网络，能够即时读取并显示家庭中能源的消耗量及消耗费用。其次，通过用户的设定自动的控制家电设备的启动及关闭。通过供电商与用户之间数据的交互，实现电能的高效利用，优化电网的负荷控制及保护，提高电网运行的可靠性。1.2.1.1美国Comverge公司产品Comverge是一家为客户提供新的能源解决方案的公司。该公司设计并生产[9]了一款家用的电能使用显示设备，设备体积较小，用户可手持使用。该设备

4、可以实时显示电能的当前使用情况，见图1-1。在2008年，该设备被美国科罗拉多州的博尔德市采用，安装到市民家中。人们可以通过设备直观地了解即时电价，合理避开峰时电价，节省消费费用。这款设备目前使用户了解的信息比较有限，显示了当前的电力的价格及每小时消耗的费用。而且为手持使用，电池供电，需要定期充电。采用的黑白色的LCD也不能满足用户日益增长的需求体验。-2-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文图1-1美国comverge公司IHD产品1.2.1.2日本星电公司IHD产品日本的星电公司在2009年开发出了一个小型终端用于显示家

5、庭用电量。已于2010年10月开始向美国等地的电力供应商提供样品。该设备采用了ZigBee技术，可以与用户家中的智能电表连接，读取消费数据机实时电费。该设备重量为60g，可以悬挂在墙壁或一些电器的上面，使用方便。内置锂离子电池，充电后可以使[10]用的时间比较长。采用了2.4G的ZigBee技术，最大可通信距离约为100m。产品见图1-2。图1-2日本星电公司IHD产品这款产品采用了ZigBee的技术，能与家庭中的智能电表相连接，可以获取当前消费的费用。并支持了ZigBee联盟中的一些应用协议，如可以自适应电力供应商的

6、阶梯电价调整，从而自身数据测量也做调整。装置前面有三个指示灯，在不同阶梯电价等级时会点亮不同的指示灯，使用用得知当前能源消耗的情况。星电公司的产品也是采用电池供电，需要定期充电。同时，也只能显示当前的消费数-3-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文据，不能对历史的记录进行存储及查询。1.2.2家庭无线终端的国内研究现状中国国家电网在2009年5月首次提出了建设智能电网的计划，并在2020年建成信息化、自动化、数字化的坚强智能电网。智能电网技术在中国推广，能过提高输电、智能终端、智能电表、电子传感器及电网管理的综合水平。中国在

7、上海世博园区已经展示了一个示范的智能电网的项目，展示了智能电网在中国发展的[11]水平，为进一步的推广打下了基础。目前国内的许多公司已经进入了家庭能源管理的领域，并致力于建立能兼容智能家居、家电、电力供应商的多方的产品与服务，让用户轻松管理家庭的能源，使每个家庭参与到环保节能的行动中。国内的许多公司在智能电表的生产方面，[12]在国际上已经取得了领先的方面。但在家庭无线终端产品方面，还没有资料表明有这方面的产品上市。1.2.3家庭无线终端的通信技术现状家庭中的终端产品受家庭空间影响及易于部署等方面考虑，一般采用无线通[

8、13]信的方式。目前，比较流行的几种无线通信的技术主要有蓝牙、Wi-Fi、ZigBee及GPRS/GSM等。Wi-Fi是近来发展最热门的无线通信技术之一。它有较高的传输速率，一般有11Mbps，采用新的无线传输协议可以达到54Mbps。它的通信距离可以达到100米，可以方便的部署到一个建筑物中。同时，它采用的是TCP/IP协议，很