基于ANT技术的热网无线数据采集系统研究

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我国城市集中供热系统的自动化水平还很低,很多地方热力站之间仍实行独立的调节方式,导致热量无法平衡分配,用户端冷暖不均匀。目前,较成熟的监控系统仅覆盖到热力站,通过有线方式监测热力站二次网的供、回水温度压力,进行热量分配。由于热网用户分布地域广、密度跨度大而且有规律,如采用传统的有线传输方式,不但布线维护难而且成本高。现有针对热网用户端监测的研究多采用无线传感器网络进行工况数据采集,但此类数据采集系统的自组网协议栈复杂、不通用,传感器节点多采用电池供电,导致网络寿命短、维护成本较高。鉴于ANT是一种协议简单、功耗低、传输速率高的无线短距离通信协议,本文提出一种基于ANT技术的热网无线数据采集系统,并从ANT网络硬件和软件设计实现两方面完成对课题的研究。ANT网络的硬件以嵌入式芯片STM32F103RBT6作为中央处理器,以ANT无线通信模块AP1000PA作为无线收发器,完成数据采集节点和数据汇聚节点两部分硬件电路的设计实现。其中,数据采集节点采用太阳能供电,通过对节点能量消耗估计选择合理匹配的太阳能供电电路原器件,如太阳能电池、锂电池、锂电池充电管理芯片等,进而完成太阳能供电电路的设计调试。在ANT网络硬件电路设计实现过程中,先后经过原理图和PCB图的绘制、PCB板制作以及样机的安装调试。ANT网络的软件是在嵌入式实时操作系统uC/OS-Ⅱ和硬件配置文件BSP.C的基础上,设计实现ANT网络协议栈的各层协议,如:物理层数据收发协议、数据链路层信息帧的构建与解析协议、ANT网络组网协议、路由选择维护协议、应用层数据传输协议以及其它功能的实现。课题对小型ANT网络进行测试验证,结果表明:ANT网络可自动完成组网和自动路由选择;网内节点数据传输正常,未发现数据丢失和重复情况发生,基本满足热网应用需求。
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