Xbee Pro模块在无线供热计量系统中的应用

王 肖（济南大学泉城学院，山东烟台，265600）

Xbee Pro模块在无线供热计量系统中的应用

王 肖
（济南大学泉城学院，山东烟台，265600）

针对我国供热收费改革对热计量系统迫切需求的现状，本文设计了一种基于无线自组网络的热量远程传输系统。网络系统的节点采用MaxStream 公司的Xbee Pro模块和TI 公司的低功耗控制芯片MSP430FW427，并采用无线网状网的组网方式，最终实现了低功耗、低复杂度的传输系统。使用户和供暖公司能够共同监测热量表的运行情况，也实现热计量系统管理、监控的信息化、自动化。

供热计量；Xbee Pro模块；无线网状网；系统节点

随着热价的上涨和供暖纠纷的频发，传统按住宅面积收取热费的方法受到越来越多用户质疑，所以必须对计量方式进行改革。使用热量表的分户计量是一种科学、合理的计费模式，为了使用户和供暖公司双方都能看到热量表的运行情况，本文设计了一种基于Xbee Pro模块和无线自组网络的设计方案，可以实现热计量的远程传输。Xbee Pro模块功耗低、体积小、可以直接安装在网络系统的节点处，使系统终端具有无线收发功能；组网方式采用新型无线网状网技术，组成像渔网一样的网络架构，数据通信有多个路径可以进行选择，这要比单跳网络更加稳定。

1　无线供热计量网络系统

在供热计量远程传输系统设计中采用无线组网技术，用户热量表就是热计量网络系统的节点。在系统终端节点上，无线发射/接收部分选择了Xbee Pro模块来进行传输，在接收端通过Xbee Pro接收模块接收并传送到供暖中心管理系统的计算机上，实现用热量的远程传输、监控。

在本系统中，每一个Xbee Pro模块将系统终端接入自组网中，即数据可以在无线网状网中通过每个节点选择最合适的路径到达目的地。因为每个节点都可以发送和接收数据，所以从一个节点到另一个节点有很多通信路径可以选择，这需要选择最优路径，如：路径最短，速度最快，干扰最少等。这种“端到端”的运行模式，使网络具备自动恢复功能。避免了因某一节点出现故障而影响网络系统的正常运行，也提高了系统的可靠性。

2　基于Xbee 的计量节点硬件设计

2.1节点结构。作为系统终端节点的热量表，其工作原理是：将一对温度传感器分别安装在进水和回水管道，流量传感器安装在入口或出口的管道上，热水以高温从进水管道流进采暖设备向用户供热，而后低温热水从回水管道流出。热量表能测量到水的流速、进出口的温差、供热时间等，在一定的时间内，用户能够通过公式计算出采暖设备所释放或吸收的热量值。其传热公式为：

在本系统中无线收发模块选择了Xbee Pro模块来进行设计，该模块作为热量表和上位机之间数据传输的桥梁，是系统的一个重要组成部分。

2.2Xbee无线射频模块。系统中的收发模块Xbee Pro采用的是由Digi公司生产的一款无线RF模块。模块传送RF数据包时，首先要找到目的地址或确立到目的地路线。在一定情况下，假如Xbee Pro模块无法立即处理接收缓存器中的数据，同时，如果又有大量的数据发送到该模块上，可能就会出现存满和溢出。

2.3Xbee Pro的通讯。MSP430单片机和Xbee Pro模块均由3.0V的锂电池来供电，为确保其稳定性，在电路中增加一稳压模块。MSP430的管脚P1.0、P1.1分别和Xbee Pro模块的DIN、DOUT相连；MSP430和Xbee Pro模块使用同一个复位键；MSP430的管脚P1.2、P1.5分别连接Xbee模块的CTS和SLEEP_ RQ管脚；CTS为流控管脚，正常发送状态为低电平有效，当Xbee Pro模块的接收缓存溢出时，会变为高电平，这时主控制器不再向Xbee Pro模块发送数据。SLEEP_RQ状态用来对模块进行唤醒或使其进入睡眠。

3　软件设计

API方式提供配置模块和在应用层的寻址方式。主机应用程序可以发送包含地址和有效载荷信息的数据帧到模块而不会使

用指令更改地址。模块发送数据帧到应用程序，其中包含数据包的状态，以及数据包来源，接收到的数据包的有效载荷信息。

其中MSB是最高有效字节，LSB是最低有效字节。

创建一个API AT指令结构对Xbee进行设定 （设置NJ到0xFF）。 框架如下：

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

即 0x0005 = 长度

还要设定时间唤醒发射模块，时间一到，单片机就对各个设置进行上电初始化，准备进入通信状态，开始对信道进行扫描，将热量表中数据发送出去，发送完毕后要再发送一个确认帧，告诉接收模块信息发送完毕，同样，接收端接受完信息以后也要发一个确认帧，表示接受完毕，可以进入休眠状态，使能量消耗降到最低。

4　实验测试

把Xbee Pro模块通过串口与微机相连后，安装并打开X-CTU软件，在X-CTU软件中选择“Modem Configuration” 栏，在“modem”下选择模块类型，XBP24（对应着Xbee Pro模块）；在“Function set”下设置模块功能“xbee 802.15.4”；在下面窗口中将Channel的值和PAN ID的值修改成期望值，最后单击上方的“write”就完成了对模块的配置。

在设置好各个节点的参数后，点击“Write”写入模块。将模块1连接到电脑上，其他模块放在适当位置。在“Terminal”空白窗口输入如下命令：

连续输入 “+++”返回“OK” /进入AT命令集/

输入 “ATND R2” 然后回车 /寻找R2，与其建立连接/

返回 “OK”

然后敲击键盘输入任何字符，都会发送到模块2。

5　结论

本文将内置Xbee Pro无线收发模块的热量表作为网络系统终端节点，通过Xbee Pro模块、路由器、Internet网等组成自组网络，对住宅内的耗热量进行自动采集，再传输到供暖中心管理系统，使供暖公司和用户共同监测热量表的运行情况。实现了热计量的无线远程监控。当热计量发生错误、异常时，能够及时发现，使用户和供热部门的关系简单明了，其多种纠纷也会在无形中化解。也实现热计量系统管理、监控的信息化、自动化。

［1］ 王肖，马汝建，杨雪岩.基于RFID技术的供热计量系统设计［J］.济南大学学报（自然科学版），2010，24（2）：176-179.

［2］ 王肖.基于射频识别技术的供热计量系统研究［D］.山东：济南大学，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

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