一種用於建築能耗監測的zigbee節點模塊的製作方法
2023-04-30 15:30:57 2
本實用新型涉及一種zigbee節點，具體涉及一種用於建築能耗監測的zigbee節點模塊。
背景技術：
當前，我國建築能耗逐年增加，對我國能源供應和環境保護造成了巨大壓力。按照目前的規劃，到2020年，我國城鎮建築面積還將新增300億平方米，這將導致建築用能的不斷增長。對建築進行節能是緩解社會經濟發展與能源供應不足這對矛盾最有效的措施之一。建築能耗統計，特別是能耗分項計量，對國家相關按能源政策的制定及建築耗能系統的優化運行具有重要的意義。
目前，無線傳感器網絡（WSN）廣泛應用於數據傳輸量小，傳輸延時低的實時監測、感知和採集各種環境或監測對象信息中。因此採用無線傳感器網絡技術進行建築能耗監測的方法受到廣泛關注。ZigBee技術是一種新興的近距離、低複雜度、低功耗的無線傳感器網絡（WSN）應用技術，在數據無線通信領域得到了廣泛的應用。
技術實現要素：
實用新型目的：本實用新型的目的是為了解決現有技術中的不足，提供一種用於建築能耗監測的zigbee節點模塊，利用該節點模塊，可自組織組建zigbee建築能耗監測網絡，能夠實現建築能耗數據的採集和無線傳輸，為降低建築能耗和提高建築能效，提供決策和參考。
技術方案：本實用新型所述的一種用於建築能耗監測的zigbee節點模塊，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採集模塊、紅外探測模塊和溫度採集模塊，所述電能採集模塊的一端與智能電錶連接，電能採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轉換單元與主控單元連接，所述溫度採集模塊通過單總線驅動單元與主控單元連接；
所述主控單元主要包括主控晶片、晶振電路、電源電路、存儲電路和復位電路，所述主控晶片分別與所述晶振電路、電源電路、存儲電路和復位電路電連接；
所述無線zigbee單元採用CC2430作為主控晶片，CC2430晶片的RF-N腳並聯連接有電感L1和電感L3的一端，所述CC2430晶片的TXRX-SWITCH腳連接有電感L2的一端，所述電感L2的另一端並聯連接有電阻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晶片的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。
進一步的，所述電能採集模塊採用RS232接口晶片，通過232通信方式接收智能電錶發送的用電量數據。
進一步的，所述紅外探測模塊採用HN911紅外傳感器，模數轉換單元採用12位帶並行微機接口的逐次逼近型模/數轉換晶片AD1674。
進一步的，所述溫度採集模塊採用小型化溫度傳感器DS18B20，單總線驅動單元採用一片74HC245構成，74HC245D的A0和A1口並接後接主控單元的I/O口，DIR口單獨接主控單元的I/O口，使能端應接地。
進一步的，所述主控晶片採用51系列單片機。
進一步的，所述晶振電路由兩個30P的電容，一個12M的晶振所組成；電源電路採用自流線性穩壓器LM7805構成；存儲單元電路採用AT24C256作為數據存儲器；復位電路由MAX813晶片完成。
進一步的，所述CC2430晶片的AVDD-DREG腳還連接有電阻R1，RBIAS2腳連接有電阻R2。
進一步的，所述CC2430晶片還連接有濾波電容C6和C7。
進一步的，所述CC2430晶片還連接有由晶振XTAL1、電容C2、電容C3構成的第一晶振電路和晶振XTAL2、電容C4、電容C5構成的第二晶振電路。
進一步的，所述主控單元與CC2430模塊通過SPI總線相連交互數據。
有益效果：本實用新型利用zigbee節點技術，可組建zigbee建築能耗監測網絡，能夠實現建築能耗數據的採集和無線傳輸，具備低功耗、數據實時性強等特點，具有較好的市場前景和應用價值，且無線通訊電路使用一個非平衡天線，連接非平衡變壓器可使天線性能更好。
附圖說明
圖1為本實用新型zigbee節點模塊結構示意圖；
圖2為本實用新型主控單元結構示意圖；
圖3為本實用新型無線zigbee單元結構示意圖。
具體實施方式
如圖1所示為該zigbee節點模塊結構示意圖，節點主要由傳感單元、主控單元和無線zigbee單元等三個單元構成。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採集模塊、紅外探測模塊和溫度採集模塊，所述電能採集模塊的一端與智能電錶連接，電能採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轉換單元與主控單元連接，所述溫度採集模塊通過單總線驅動單元與主控單元連接。
電能採集模塊採用RS232接口晶片，通過232通信方式接收智能電錶發送的用電量數據；紅外探測模塊採用HN911紅外傳感器，模數轉換單元採用12位帶並行微機接口的逐次逼近型模/數轉換晶片AD1674。溫度採集模塊採用小型化溫度傳感器採用DS18B20，其特點是體積小、抗幹擾能力強、精度高、功耗超低。測溫範圍可達-55~+125℃，完全滿足建築內溫度採集的需求。單總線驅動單元採用一片74HC245構成，以提高帶負載能力，74HC245D的A0和A1口並接後接單片機I/O口，DIR口單獨接單片機I/O口，使能端應接地。主控單元採用51系列單片機，無線zigbee單元採用CC2430片上系統。
如圖2所示，主控單元主要包括晶振電路、電源電路、存儲電路和復位電路（看門狗電路）。晶振電路由兩個30P的電容，一個12M的晶振所組成。因為單總線控制單元無需要計算波特率，故採用12MHz晶振。根據晶振的頻率，起振電容採用30PF。
電源電路採用自流線性穩壓器LM7805構成，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的自流線性穩壓器LM7805，然後輔助1個47uF電解電容和1個0.1 uF的磁片電容濾去雜波即可。
存儲單元電路採用AT24C256作為數據存儲器。其在系統中的作用是存儲MCU控制器搜索到的單總線上的ROM序列號。AT24C256是串行EEPROM存儲器，支持IIC總線數據傳輸協議，存儲器容量為32KB，用2根線與CPU構成串行接口。其中SDA和SCL都必須通過上拉電阻接到VCC。在本單元電路中，因為在IIC總線上只掛接一個24C256，故應將24C256D的A0、A1接地，採用地址00。
復位電路由MAX813晶片來完成。控制程序在運行過程中由於幹擾等各種因素會出現死機或程序跑飛等現象。為克服這一缺點，採用MAX813構建復位電路。在該單元電路中中，應將MAX813的第1腳與第8腳相連，第7腳接單片機的復位腳，第6腳與單片機的第8腳P17相連。在程序運行過程中，P17不斷輸出脈衝信號。如果因某種原因CPU進入死循環，則P17無脈衝輸出。於是1.6s後在MAX 813的第8腳輸出 低電平，該低電平加到第1腳，使MAX 813產生復位輸出，使CPU有效復位，擺脫死循環的困擾。
如圖3所示的無線zigbee單元電路結構，無線zigbee單元採用CC2430作為主控晶片。所述CC2430晶片的RF-N腳並聯連接有電感L1和電感L3的一端，所述CC2430晶片的TXRX-SWITCH腳連接有電感L2的一端，所述電感L2的另一端並聯連接有電阻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晶片的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PCB微波傳輸線組成，整個結構滿足RF輸入/輸出匹配電阻（50歐）的要求。內部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的晶振提供一個合適的工作電流。用1個32MHz的石英諧振器（XTAL1）和2個電容（C2和C3）構成一個32MHz的晶振電路。用1個32. 768 kHz的石英諧振器（XTA L2）和2個電容（C4和C5）構成一個32. 768kHz的晶振電路。電壓調節器為所有要求1. 8 V電壓的引腳和內部電源供電，電容C6和C7是去耦電容，用來為電源濾波，以提高晶片工作的穩定性。該部分與單總線主控制單元通過SPI接口相連以交互數據。
本實用新型利用zigbee節點技術，可組建zigbee建築能耗監測網絡，能夠實現建築能耗數據的採集和無線傳輸，具備低功耗、數據實時性強等特點，具有較好的市場前景和應用價值，且無線通訊電路使用一個非平衡天線，連接非平衡變壓器可使天線性能更好。
以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，並非對本實用新型作任何形式上的限制，雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本實用新型，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本實用新型技術方案範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本實用新型技術方案的內容，依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本實用新型技術方案的範圍內。