供应安科瑞ZIGBEE无线传输模块(物联网)无线网络电能管理系统

1.1　概述
　　随着无线通信技术的不断发展，近年来出现了面向低成本设备无线联网要求的技术，称之

为ZIGBEE，它是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，

主要适合于自动控制、远程控制领域及家用设备联网。
　　由于ZIGBEE的优越特性，基于ZIGBEE技术的无线组网是一种比较合适的下行信道的实现

手段。适合应用于一些短距离的无线网络的组网，例如写字楼、办公楼、宿舍楼、工厂等，适

用于企业内部能耗监测及管理系统，尤其适用于一些布线困难旧楼改造的能耗管理系统中。而

若将其与成熟的工业以太网和GPRS/CDMA上行信道结合，与后台管理主站组成一个完整的集

抄和监控系统，则可以为远程管理提供一个有效的解决方案。ZIGBEE与其他“最后一公里”

技术比较见表1。

表1　ZIGBEE与其他“最后一公里”技术的比较

1.2　ZIGBEE技术特点
　　ZIGBEE协议基于IEEE 802.15.4标准，从2004年发布ZIGBEE V1．0到最新的增加了

ZIGBEE-PRO扩展指令集的ZIGBEE2006版本，ZIGBEE功能不断强大。ZIGBEE具备强大的

设备联网功能(见图1)，它支持3种主要的自组织无线网络类型，即星型结构(Star)、网状

结构(Mesh)和树型结构(Cluster Tree)，特别是网状结构，具有很强的网络健壮性和系统可

靠性。与目前普遍应用的wi-Fi、Bluetooth等短距离无线通讯技术相比较，ZIGBEE的特点主

要有：

图1　ZIGBEE网络拓扑分类

　　(1)工作周期短、收发信息功耗较低，并且RFD(Reduced Function Device，简化功能器件)

采用了休眠模式，不工作时都可以进入睡眠模式。
　　(2)低成本。通过大幅简化协议(不到蓝牙的1/10)，降低了对通信控制器的要求，以8051

的8位微控制器测算，全功能的主节点需要32KB代码，子功能节点少至4 KB代码。
　　(3)低速率、短延时。ZIGBEE的最大通信速率达到250 kb／s(工作在2．4 GHz时)，满足

低速率传输数据的应用需求。ZIGBEE的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms，

节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能。相比较，蓝牙需3～10 S、Wi-Fi需3 S。
　　(4)近距离，高容量。传输范围一般介于10～100 m，在增加RF发射功率后，亦可增加到1~3 km。这指的是相邻节点间的距离，若通过路由和节点间通信的接力，扩展后达到几百米

甚至几公里。ZIGBEE可采用星状、片状和网状网络结构。由一个主节点管理若干子节点，最

多一个主节点可管理254个子节点。
　　(5)高可靠性和高安全性。ZIGBEE的媒体接入控制层(Medium Access Control，MAC)采用CSMA/CA的碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数

据时的竞争和冲突。ZIGBEE还提供了3级安全模式，包括无安全设定、使用接人控制清单防止

非法获取数据以及采用高级加密标准(AdvancedEncryption Standard，AES)的对称密码，以

灵活确定其安全属性。
　　(6)免执照频段。采用直接序列扩频在工业科学医疗(Industrial Scientific Medical，ISM)频段，分别为2．4 GHz(全球)、915 MHz(美国)和868 MHz(欧洲)。

1.3　ZIGBEE(物联网)无线网络电能管理系统的体系结构
　　图2为ZIGBEE(物联网)无线网络电能管理系统网络拓扑图，整个网络主要由四部分组成：

计量仪表、本地无线通信网络、远方通信网络以及数据交换设备。整个网络由计量仪表、

ZIGBEE采集器（负责与仪表之间的通信）、ZIGBEE网络终端（负责与上层通讯网络的对接，

譬如工业以太网等）、上层通信网络和数据交换存储设备。ZIGBEE无线通信管理系统一般采

用的组网方式是MESH的网状网络，MESH网络能更好得保证通信质量，保证单一节点出现故

障时不影响其他节点通信状态。

图2　无线网络拓扑图

1.4　ZIGBEE（物联网）无线网络电能管理系统解决方案
　　安科瑞为生产基地——江苏安科瑞电器制造有限公司设计的针对生产用电进行管理的电能

管理分析系统，是基于ZIGBEE（物联网）无线网络的电能管理系统，整个系统的组网采用ZIGBEE与RS485混合组网模式。
　　整个厂区共设8个集中监测点，分别位于配电间、层配生产动力柜、空调动力柜、排风

机控

制箱及位于配电末端的几个照明控制箱。每个监测点各设置无线ZIGBEE采集器一只，通过

RS485总线对位于该监测点的电能计量仪表进行通讯组网；监控中心设置ZIGBEE网络终端

一只，结合现场实际情况及考虑通讯的可靠性，于适当位置设置数只ZIGBEE中继路由器。

系统的组网示意如图3

图3　ZIGBEE（物联网）无线网络电能管理系统解决方案组网示意图

　　公司通过建立ZIGBEE（物联网）无线网络电能管理系统解决方案的工厂试点工程，对

ANEZB无线ZIGBEE通讯模块的实际参数进行了验证。详细参数见表2。

表2　ANEZB系列ZIGBEE通讯模块性能参数表

　　注1：以上表中数据是试点工程中的实测数据。在实际情况实施时，应视楼宇实际结构而定。
　　注2：无线信号穿透能力，往往还会受到如房间堆放物品的数量，堆放物品的高度等影响。

1.5　性能参数

1.6　接线方式

1.6.1 ZIGBEE采集器

1.6.2 ZIGBEE网络终端

1.7　外形与安装尺寸(mm)

1.7.1 ZIGBEE采集器

1.7.2 ZIGBEE网络终端

1.7.3 安装方式
　　采用35mm标准导轨安装