隨著無線通信技術的不斷發展
，近年來出現了麵向低成本設備無線聯網要求的技術，稱之為ZIGBEE
，它是一種近距離、低複雜度
、低功耗
、低數據速率、低成本的雙向無線通信技術，主要適合於自動控製、遠程控製領域及家用設備聯網。

由於ZIGBEE的優越特性，基於ZIGBEE技術的無線組網是一種比較合適的下行信道的實現手段。適合應用於一些短距離的無線網絡的組網，例如寫字樓、辦公樓、宿舍樓、工gong廠chang等deng無wu線xian抄chao表biao網wang絡luo，適shi用yong於yu企qi業ye內nei部bu能neng耗hao監jian測ce及ji管guan理li係xi統tong
，尤you其qi適shi用yong於yu一yi些xie布bu線xian困kun難nan舊jiu樓lou改gai造zao的de能neng耗hao管guan理li係xi統tong中zhong。而er若ruo將jiang其qi與yu成cheng熟shu的de工gong業ye以yi太tai網wang和heGPRS/CDMA上行信道結合

，與後台管理主站組成一個完整的集抄和監控係統
，則可以為遠程管理提供一個有效的解決方案。Zigbee與其他最後一公裏通訊技術比較見表1。

	PLC	RS485	ZIGBEE無線
建網難度	簡單	困難	簡單
一次性投資	小	一般	較大
運行維護	困難	比較困難	容易
通信速度	低	高	高
可靠性	差	一般	好
實時監控	不能	能	能

 

2 技術特點

ZIGBEE協議基於IEEE 802.15.4標準，從2004年發布ZIGBEE V1．0到最新的增加了ZIGBEE-PRO擴展指令集的ZIGBEE2006版本

，ZIGBEE功能不斷強大。ZIGBEE具備強大的設備聯網功能（見圖2），它支持3種主要的自組織無線網絡類型
，即星型結構（Star）、網狀結構（Mesh）和樹型結構（Cluster Tree），特別是網狀結構，具有很強的網絡健壯性和係統可靠性。與目前普遍應用的wi-Fi
、Bluetooth等短距離無線通訊技術相比較
，ZIGBEE的特點主要有：

 

（1）工作周期短、收發信息功耗較低
，並且RFD（Reduced Function Device
，簡化功能器件）采用了休眠模式
，不工作時都可以進入睡眠模式。

（2）低成本。通過大幅簡化協議（不到藍牙的1/10）
，降低了對通信控製器的要求，以8051的8位微控製器測算，全功能的主節點需要32KB代碼，子功能節點少至4 KB代碼。

（3）低速率、短延時。ZIGBEE的最大通信速率達到250 kb／s（工作在2．4 GHz時），滿足低速率傳輸數據的應用需求。ZIGBEE的響應速度較快
，一般從睡眠轉入工作狀態隻需15ms，節點連接進入網絡隻需30ms
，進一步節省了電能。相比較，藍牙需3～10 S
、Wi-Fi需3 S。

（4）近距離，高容量。傳輸範圍一般介於10～100 m
，在增加RF發射功率後，亦可增加到1~3 km。這指的是相鄰節點間的距離
，若通過路由和節點間通信的接力，擴展後達到幾百米甚至幾公裏。ZIGBEE可采用星狀、片狀和網狀網絡結構。由一個主節點管理若幹子節點，最多一個主節點可管理254個子節點。

（5）高可靠性和高安全性。ZIGBEE的媒體接入控製層（Medium Access Control，MAC）采用CSMA/CA的碰撞避免機製，同時為需要固定帶寬的通信業務預留了專用時隙，避免了發送數據時的競爭和衝突。ZIGBEE還提供了3級安全模式
，包括無安全設定

、使用接人控製清單防止非法獲取數據以及采用高級加密標準（AdvancedEncryption Standard
，AES）的對稱密碼
，以靈活確定其安全屬性。

（6）免執照頻段。采用直接序列擴頻在工業科學醫療（Industrial Scientific Medical，ISM）頻段，分別為2．4 GHz（全球）、915 MHz（美國）和868 MHz（歐洲）。

3 性能參數

Zigbee采集器/終端主要參數見表3。

型 號 參 數	ANEZB-485 ZIGBEE采集器	ANEZB-GTW ZIGBEE網絡終端
無線
頻率範圍	2.41GHz~2.48GHz
RF信道	16
接收靈敏度	-94dbm
發射功率	-27dbm~25dbm
天 線	外置SMA天線
網絡拓撲	網狀
尋址方式	IEEE802.15.4/ZIGBEE標準地址
網絡容量	最大255個節點
通信接口
通信接口	RS485	工業以太網
波特率	9600bps（默認） 、4800bps、2400bps、1200bps可選  ；
通信協議	MODBUS-RTU協議
LED指示
網絡狀態指示	綠燈
POWER指示	紅燈
數據指示	綠燈
電源
輔助電源	220V AC
功耗	4W
電磁兼容	浪湧電壓4000V
	快速瞬變群脈衝4000V
	靜電8000V
機械尺寸	89*76*74
工作溫度	-20℃~65℃
儲藏溫度	-40℃~85℃

 

4 接線方式

4.1 ZIGBEE采集器
，見圖4.1

4.2 ZIGBEE網絡終端，見圖4.2.

5 外形與安裝尺寸（mm）

5.1 ZIGBEE采集器，見圖5.1。

5.2 ZIGBEE網絡終端，見圖5.2。

5.3 安裝方式

采用35mm標準導軌安裝
，見圖5.3。

圖6為無線通信抄表係統網絡拓撲圖，整個網絡主要由四部分組成：計量儀表、本地無線通信網絡

、遠方通信網絡以及數據交換設備。ZIGBEE無線通信抄表係統的體係結構也繼承了無線通信抄表係統
，它的結構與無線抄表係統大致一樣，整個網絡也由計量儀表
、ZIGBEE采集器（負責與計量儀表之間的通信）、ZIGBEE網絡終端（負責與上層通訊網絡的對接，譬如工業太網等）、上層通信網絡和數據交換存儲設備。ZIGBEE無線通信抄表係統一般采用的組網方式是MESH的網狀網絡，MESH網絡能更好得保證通信質量

，保證單一節點出現故障時不影響其他節點通信狀態。

 

7 無線抄表解決方案

不管是有線還是無線，抄表係統總會受到環境、距離和場合等因素的影響而各有其不同的解決方案。基於ZIGBEE抄表係統也不會脫離這個約束
，它也會由環境、距離和場合等因素的影響而異
，有不同的解決方案。由於ZIGBEE的定位是短距離的通信，應用於寫字樓、辦公樓、宿舍樓、工廠等無線抄表網絡時，它所考慮的因素相對要少。

圖7為ZIGBEE無線集抄係統單個子網組成示意圖，整個係統前麵闡述的係統體係結構的組成一樣，主要由上行網絡工業以太網和下行網絡ZIGBEE無線局域網絡組成。整個子網主要由電表、ZIGBEE采集器以及ZIGBEE網絡終端組成。電表可以采用ACREL的1352係列卡式電能表和ACR網絡電力儀表等，它們與ZIGBEE采集器之間采用RS485通訊，采用MODBUS通信協議
；ZIGBEE采集器下麵最多可以連接32個表
；由於MODBUS地址有限
，整個ZIGBEE子網中最多能連接255個表
；為了保障通信連接的可靠性，有的時候要視環境和距離的情況，需要多加幾個路由功能的網絡節點（ZIGBEE采集器配置成路由功能），以保證有些孤遠節點的通信正常；另外考慮到無線網絡的擁塞度和實時性傳輸，建議整個子網中的無線節點（即ZIGBEE采集器）的個數不應大於60個，這樣能保證網絡中的通信質量。每個ZIGBEE子網都有各自的ID識別和頻段的劃分
，這樣可以幫助擴充更多的表計數。

8 基於ZigBee電能管理係統的應用實例

圖8.1為ZigBee電能管理係統
，遠程通信網絡采用工業以太網絡，網絡中電表的通信協議采用MODBUS-RTU協議。整個係統中監控主機通過以太網按照TCP/IP協議把MODBUS-RTU命令數據傳遞給ZigBee網絡中心節點，網絡中心節點再通過單點對多點的通信模式，以廣播的方式把命令數據幀傳遞給ZigBee無線網絡中的各個ZigBee采集器，通過ZigBee采集器傳遞給485總線上的各個表計，如果表計的地址與命令幀中所涉及的地址吻合，則做出相應的數據回複
，通過原路返回給監控主機。

整個係統可以監測整個廠區或整幢樓宇等的各個分項的電能計量，譬如一個廠區路燈耗電量

、各個辦公室的耗電量
、各ge條tiao生sheng產chan線xian的de耗hao電dian量liang等deng等deng，還hai可ke以yi以yi報bao表biao的de形xing式shi分fen析xi該gai工gong廠chang在zai一yi段duan時shi時shi間jian內nei的de各ge個ge分fen項xiang能neng耗hao占zhan總zong能neng耗hao的de百bai分fen比bi，以yi便bian工gong廠chang了le解jie這zhe段duan時shi間jian裏li的de各ge個ge分fen項xiang的de能neng耗hao，以yi製zhi定ding出chu往wang後hou能neng耗hao管guan理li方fang案an

，已yi達da到dao節jie能neng減jian耗hao的de效xiao果guo。

目前整個係統在江蘇安科瑞實施運行，按照分項計量的原則，把廠區內的各路進線和出線進行分項計量，圖8.2就是該廠區的配電圖，整個係統對所有的進線回路進行監控
，並全部使用ZigBee采集模塊進行數據采集監控，其中包含電流、電壓
、電能等參數，及一些簡單的開關量的控製。係統還對一些支路進行監視
，譬如生產線
、辦公樓

、空調等等進行全方位的監視，這樣方便工廠了解各項數據，以便製定更詳細的節能方案。

該項目整個ZigBee無線電能管理係統采用的無線模塊為21個
，包括各類表記82個塊。圖8.3為ZigBee無線電能管理係統中的通信圖
，它列出了整個係統包含的所有表計。其中配電室的14個表通過485總線連接到一個ZigBee采集模塊進行無線通信

，各個空調插座由於比較分散
，各采用一個ZigBee采集模塊，等等。具體視表計的離散情況，集中在一起的用485總線連接一個模塊，分散的分別連接一個模塊。以這樣的方式比較靈活
，減少布線帶來的困難。

    整個係統運行良好，已經在現場運行了一段時間。圖8.4為一段時間內主進線電流趨勢圖，它實時反映了工廠這段時間內的電流情況，從而反映整個廠區的負荷情況。

圖8.5為一段時間內的進線回路各項參數的具體數值，它詳細地記錄了進線回路三相電壓、電流
、有功電能、無功能電能、功率因素
、頻率參數。整個廠區各回路電能彙總如圖8.6所示，它記錄了一段時間內各個回路的耗電情況
，包括各回路進行櫃的總電能及分支電能。

9 總結

隨著無線通信及ZigBee技術的迅速發展，基於ZigBee的電能管理係統也將漸漸得到人們的關注。ZigBee可以很好的解決有線通信方式布線難度大、成本高
、不易維護和升級等問題
，而且組網靈活性很高，在電能管理係統中應用前景非常廣泛，而且在智能電網領域內也有著廣泛的應用前景。

介紹的ZigBee無線模塊在ZigBeewuxiandiannengxitongzhongdedaolechenggongdeyingyong

，zhenggexitonghenhaodiduichangquzhonggelujinxianhuilujinxinglejiance，bingnengzhenshidefanyingchangqudefuheqingkuang。ankeruigongsijiangshengchanzhinengdianliyibiaogegongduannenghaojizhengjinenghao，zhunianbidui，zhazhaogaonenghaoyinshu
，lieruzhenggai
，shiyibiaoshengchannenghaozhunianxiajiang，weijienengjianpaizuochuyingyoudegongxian。erweileshiZigBee無線電能管理係統能更好地發揮它的優勢，還需不斷優化係統中的軟硬件設備。