小区无线抄表系统设计

小区无线抄表系统设计（共8篇）

小区无线抄表系统设计 篇1

1 引言

在传统的电能管理中, 使用的是人工抄表, 即每月定期派人到各用户那里抄表, 然后手工输入计算机, 再进行核算和收费的模式。随着生活提高, 电器的使用负荷的急剧增长, 这种模式显然已经不符合城市居民住宅小区自动化、现代化和智能化发展的要求, 使用人工抄表, 将耗费大量的人力, 物力与财力, 既不方便, 也容易发生漏抄、错抄的情况。而且在传统抄表模式下, 抄表周期比较长, 如一个月或者一个季度一抄表, 这样就使得用户用电量无法及时读取, 给电力管理部门分析用电情况带来很大的困难。随着电网的发展和电力市场运营进程的加快, 远程电能自动抄表就成为电能管理部门的一个重要课题。

自动抄表系统的出现解决了传统人工抄表过程中遇到的许多问题, 并且提高了工作效率和数据的准确性。随着近年来计算机技术、网络技术和微电子技术的飞速发展, 越来越多的新技术应用于自动抄表系统, 它们能够降低设备成本, 提高可靠性、准确性和抄表效率, 已经展现出十分广阔的应用前景。

本系统就是利用无线收发模块和微控制器实现的电能计量无线抄表系统。

2 总体结构

无线抄表系统主要由四部分部分组成, 包括用户电表、无线数据采集器、无线数据集中器和监控中心。系统框图如图1。

数据采集器采集安装于每栋居民楼中, 采集一栋居民楼内各个电表的电量数据, 其通过RS485总线收集每户电表的电量数据, 并存储在存储器中, 以完成对用户的抄表, 并在需要时将数据发送给数据集中器。

数据集中器安装于居民楼的中心位置附近, 并通过internet与监控中心连接, 其与数据采集器进行无线通讯, 实时的抄录电表的数据, 并完成与电量监控中心计算机的通信, 将用户电表参数、电量数据等监控中心需要的信息传送到监控中心数据库。

监控中心可对用电量数据进行统计处理, 实现对用户用电量的自动采集、传输和远程监控, 同时通过无线的双向系统实现对计量电表的远程控制, 进行参数调整、开关等控制操作。

本系统中, 采集器定时采集电表数据, 存放于存储器中;集中器每月按时从采集器收集电量数据, 然后以表的形式储存起来;监控中心根据需要通过internet读取集中器中的电量数据, 供工作人员查询使用。同时本系统可实现实时监控, 具体过程是监控中心通过internet向集中器发送控制或查询指令, 集中器接受到指令后从采集器收集当前用户的电表电量, 然后传回监控中心, 或者通过采集器对电表进行控制。

3 硬件设计

此系统的硬件部分可以分为两个模块:无线数据采集器和无线数据集中器。两个模块可选的微控制器与无线收发模块种类较多, 对各种可选型号进行仔细比较后, 本系统选用ARM微控制器LPC2210以及安美通公司的无线收发模块APC200A-43实现。

3.1 无线收发模块

APC200A-43是深圳安美通公司新一代无线数据传输模块, 其提供了多个频道的选择, 能够透明传输任何大小的数据, 而用户无须编写复杂的设置与传输程序, 并提供UART/TTL, RS-485以及RS-232三种接口。同时其兼具体积小巧, 宽电压运行, 较远传输距离等优点, 是目前应用较为广泛的无线传输模块之一。

该模块有以下特点:

(1) 采用GFSK (高斯频移键控) 调制方式, 有效传输距离1000米 (1200bps) , 工作频率431-478MHz, 只需很少外围元件就可实现可靠传输, 适用于工业场合;

(2) 提供16位的可选RFID, 支持UART/TTL, RS-485以及RS-232三种接口, 拥有超大的256bytes数据缓冲区, 方便驱动程序编写;

(3) APC200A-43模块有二种数据传输方式, 第一透明数据传输:所收的数据就是所发的数据;第二分地址数据传输:此时所传内容的前二个字节为地址, 后为数据, 若接收端接收到地址匹配的数据包, 即将地址、数据传给终端设备, 否则将丢弃, 使用这种方式可以减轻上位机的软件开销, 因此本无线抄表系统使用地址数据传输模式。

3.2 ARM微控制器LPC2210

为了使系统稳定可靠, 满足低功耗、智能化的设计要求, 本系统选用了LPC2210作为无线数据采集器和无线数据集中器的核心控制器。LPC2210是一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的32位ARM7TDMI-S微控制器, 其主要性能如下:

(1) 32位ARM7TDMI-S核, 它具有高性能和低功耗的特性, 由于使用了流水线技术, 处理和存储系统的所有部分都可以连续工作, 可以高效地完成采集器和集中器的数据处理、收发工作;

(2) 拥有32k B的片内静态RAM, 128位宽度接口/加速器可实现高达60MHz的工作频率, 可实现在线编程和用于非易失性程序的存储, 可存储大量电量信息, 为无线抄表系统的设计提供方便;

(3) 支持2个低功耗模式:空闲和掉电, 同时可通过个别使能/禁止外部功能来优化功耗, 满足无线抄表系统的低能耗需求

3.3 无线数据采集器模块设计

数据采集器通过RS-485总线与电表连接, 并通过无线收发模块APC200A-43与数据集中器通信。采集器的外部扩展EEPROM用于保存电量记录和电能表的工作参数, 如剩余电量, 用电量, 表号等数据。本模块扩展采集器按时读取数字电表的读数, 并将数据以表的形式储入EEPROM中;同时采集器可接收集中器指令来传输储存的电量数据和进行效时操作。

3.4 无线数据集中器模块设计

数据集中器通过无线收发模块A P C 2 0 0 A-4 3接收和发送数据, 当APC200A-43收到数据, 经过处理后, 存入EEPROM中, 并可通过LCD查看用户用电量。同时, L P C 2 2 1 0通过以太网控制器RTL8019AS与internet相连, 通过internet与监控中心通讯。

4 软件设计

本系统的软件设计可以划分为采集器、集中器和监控中心上位机三个层次, 其中运行与采集器和集中器的程序采用C语言编写, 经过ARM编译软件ADS生成可执行程序, 运行于LPC2210中。使用Visual Basic 6.0开发上位机界面, 使用SQL Server存储和管理数据。整个上位机软件采用结构化设计, 便于维护与修改。

现在将采集器和集中器的部分程序加以分析。

4.1 无线采集器程序设计

采集器初始化之后, 检查是否有数据输入, 若无, 则定时调用RS-485通讯程序采集电表数据, 完成数据存储, 以后进入低功耗模式, 若有则进入数据接收模式接受数据帧, 待数据帧接收完成后分析数据帧, 根据数据帧内容选择完成修改电表参数或者发送数据两个操作。

4.3 无线集中器程序设计

集中器初始化后, 检查监控中心是否发来指令, 若无指令则定期采集无线采集器上的数据, 若有指令, 则分析指令, 选择完成修改某采集器控制下的电表的参数或者向监控中心上传保存的数据两种任务, 然后进入低能耗模式。如图6所示。

值得一提的是, 在程序设计中必须注意:APC200A-43模块虽然有256bytes大容量缓冲区, 但若串口速率大于等于空中速率, 则存在数据流量的问题, 可能会出现数据溢出而导致的数据丢失的现象。在这种情况下, 终端设备要保证串口平均速率不大于60%空中速率, 如串口速率为9600bps, 空中速率为4800bps, 终端设备每次向串口发送100字节, 那么终端设备每次向串口发送的时间约104ms, (104ms/0.6) * (9600/4800) =347ms, 所以终端设备每次向串口发送100字节每次间隔不小于347ms, 以上问题则不会出现。

5 结语

无线抄表是未来仪表的发展趋势, 采用无线抄表系统具有使用方便、成本低廉、应用灵活等优点。笔者利用微控制器LPC2200以及无线传输模块APC200A-43设计的无线抄表系统实现了对用户用电量的无线采集, 并通过对数据的统计处理, 实现了对用电量的实时监控, 是一种高效、可靠的自动化抄表系统。

摘要：介绍了一种基于微控制器LPC2210和无线通讯模块APC200A-43的无线抄表系统, 该系统实现了对用户用电量的无线采集和实时监控, 并且成本低、可靠性高、实时性强, 有效的防止了欠费和窃电等情况的发生。

关键词：无线抄表,LPC2210,APC200A-43

参考文献

[1] 李志勇, 林久令, 李长安等.无线采集与电力线传输构建新型自动抄表系统[J].现代电子技术, 2008, 31 (23) :23-25.

[2] 李朝青.无线发送/接收IC芯片及其数据通信技术选编 (1) [M].北京:北京航空航天大学出版社, 2003.

[3] 周立功.ARM微控制器基础与实战[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2003.

[4] 蔡旭斌, 罗玲.电能计量自动抄表技术的现状与发展[J].广东电力, 2003, (4) , 5-8.

[5] 深圳市安美通科技有限公司.安美通无线数传模块[Z].深圳市安美通科技有限公司, 2006.

[6] 彭蓓蓓, 曾春年.基于以太网传输的远程抄表系统的研究[J].武汉理工大学学报.2006, 28 (3) :39-42.

浅析居民小区远程抄表系统 篇2

【摘 要】该文通过对目前国内远程抄表系统进行分析，提出直接利用低压电力线构成与低压电网系统结构相对应的用户电能表终端+配变集中器组网的远程抄表系统。

【关键词】远程抄表；居民小区；低压扩频载波

1.远程自动抄表系统的现状及其特点

一般情况下，一个家属楼单元有14～18块低压电能表，单元子区数据采集器负责采集其下属的电能表电量数据，配变集中器则负责收集配电变压器下面的所有单元子区采集器的数据。从数据传输的角度看，其组网方式有：两级纯专线组网方式、 两级混合组网方式、两级载波组网方式。

从组网拓扑的角度讲，只要在用户电能表、单元子区采集器、配变集中器采用专用信道通信，远程自动抄表系统的缆线工程量就非常大，有线专用信道的维护也有一定困难。鉴于这种情况，各科研单位和厂商都在努力做到取消单元子区采集器，实现用户电能表与配变集中器的直接低压电力线载波通信，这样就大大减少了缆线工程量，而且数据远程传输的组网拓扑与低压配电网保持一致，有利于系统的运行维护和用户数量的模数化扩展。这种拓扑要求一个用户终端，不但要实现电能计量，还要实现数据信息的编码、解码、载波收发等功能。可以构成完全基于低压电力线信道的载波电能表+配变集中器+营业站主机的组网拓扑。

2.试点居民小区远程抄表系统方案

（1）在试点小区的配电变压器和小区住户之间不敷设任何专用有线信道，数据的上行或下行传送必须使用现成的低压电力线作为数据媒介。

（2）只在配电变压器和住户地点对应安装数据的收发装置，建立起各用户电能表终端与配变集中器的直接数据链路，中间不安装任何硬件上的中继或第二级集中转发装置。

（3）用户电能表终端除了记录电量外，它还应该执行就地保护和远方监控功能。

2.1系统组成结构

系统由营业站用电管理主机、配电变压器集中器、接在配电变压器低压电力线上的多个用户电能表终端（接于A相的A1～Ap终端、接于B相的B1～Bm终端、接于C相的C1～Cn终端）和通信信道组成。配电变压器集中器和用户电能表终端分别与配电变压器、用户一一对应并就地分布式安装。用电管理信息只能在系统的上下级之间传输。其中用电管理主机到配电变压器集中器的信息传输媒介采用扩频无线信道或公共电话网（第一级信道），配电变压器集中器到用户电能表终端的信息传输媒介利用低压电力线载波信道（第二级信道）。本系统的任务在于实现低压用户电量数据的远程传输和抄算，对低压电力用户的负荷和用电进行远程监控。

由于使用了分布式安装结构，在系统建设上与集中抄表箱用电系统相比，无须庞大繁琐的缆线工程，施工难度将会大幅下降。系统的扩展将随用户或配变数量的递增而模数化扩展，就象增加一个用户增加一块电能表那样简单。因此，系统扩展极具伸缩性，不会象集中式系统那样新建时资源闲置，用户发展时容量又不够。应该说，这个系统比较符合营业用电管理系统发展的主流方向。

2.2网络通信协议的选择与研究

在计算机网络中，信道共享技术已经比较成熟。一般可分为两类，即受控接入和随机接入。

随机接入共享信道的特点是所有用户都可以根据自己的意愿随机地发送信息。实际上就是争用接入，征用胜利者才能获得总线，从而发送自己的信息。典型的随机接入是载体侦听多重访问/冲突检测（CSMA/CD）网络，其为总线型结构，后文重点介绍的基于CEbus的扩频载波线性扫频信号（Chirp）由于具有自相关性，所以适用于CSMA网络。结合电力线的传输特性，综合比较各种网络，在本文所要开发的远抄系统中选用CSMA协议应该是比较合适的。CSMA协议网络的缺点，如时延不确定、重载时效率下降，对数据传输量较小的远程抄表系统来讲，并不是值得考虑的问题。

2.3用户电能表终端的总体设计

用户电能表终端由AC/DC开关电源模块、电量传感器模块、故障保护模块、计量模块、负荷控制模块、LED显示模块、MCU系统模块、低压扩频载波通信模块构成。

多输出开关电源负责为用户电能表终端供电，它输出DC+5V 0.5A和DC±15V0.5A电源各一组，其交流输入的设计范围为AC220V ±20%。为了降低电源模块的体积，采用TOP2XX脉宽调制功率开关为核心器件，构成单端反激式电路。

故障保护模块负责监视低压用户的负荷电器的运行情况，当发生短路、过流、漏电或电网电压超标时，向MCU系统模块发出信号请求执行断电控制程序。

计量模块负责把用户的用电功率转化为频率正比于功率大小的脉冲串，提供给MCU系统模块进行电量计算。即使用户实施了窃电行为，它仍然可以输出正确的电量计算脉冲串，并向MCU系统发出窃电信号。

负荷控制模块是一个受MCU系统输出的TTL电平控制的大功率交流无触点开关，能够过零关断或开启6kW的负荷功率。

MCU系统由AT89C528位单片机、X5045看门狗芯片和DS1302时钟日历芯片构成。它是用户电能表终端的计算监控中心，主要负责对电量脉冲串进行计算或处理，执行就地或远方的负荷控制程序，与低压扩频载波通信模块进行数据交换并控制其收发信。

显示模块由一个8位LED及其动态扫描控制芯片构成，主要完成电量数据的旧的查询显示，便于用户了解自己的电量或电费情况。

低压扩频载波模块主要由SSC P200低压电力线扩频载波网络控制器、前置功放和电力线耦合电路构成，负责对MCU系统送来的数据进行线性扫频调制，放大后耦合到电力线上，对通过电力线送来的载波信号进行扫频解调后送给MCU系统。这种数据通信采用了收发分时控制的半双工通信。该模块与配变集中器的设计通信距离为1000 m。在信道特性最恶劣的情况下，也要保证不小于600m。

2.4配电变压器集中器的总体设计

配变集中器主要由三个分相耦合的低压扩频通信模块、三个按相配置的电能表模块、MCU单片机系统、3个双口RAM和一个工控机系统及电话线调制解调器构成。

低压扩频载波通信模块分相配置，是为了杜绝跨相耦合载波信号，电能表和MCU电路按相配置是为了使集中器能够并行处理各相的用户终端数据，增加数据传输和处理速度。以上电路基本上与用户终端类似，只是不具备故障保护、窃电侦测和负荷控制电路而已。

在配变集中器内设置电能表模块便于对每一相的总电量进行计量和统计分析，以作为用电管理部门考核线损和平衡3相负荷的依据。

工控机完成与每一相的MCU系统交换数据，并通过Modem和公用电话网与营业站抄算主机交换数据信号。上行和下行数据要经过工控机的处理，并在不需要数据通信的时候储存在工控机的磁盘中。鉴于数据处理量不是很大，选用486工控机就能满足要求。

2.5营业站抄算主站的总体设计

营业站抄算主机主要由PC机、电话线Modem及其软件构成。主要负责营业站到配电变压器集中器之间的数据指令的调制发送、解调接受及综合分析处理。另外，电话线Modem还可以将营业站用电管理主机与电费托收银行联机。

PC微机主要完成用户用电数据的采集，送电能表参数、用电信息、欠费警告及断电控制，不安全和违章用电监视报警，用户用电管理及查询，报表输出等功能。

【参考文献】

[1]邵源，钟炬，等.关于低压用户集中抄表系统综述.电力系统自动化，1999（9）.

[2]徐平平，邱玉春.电力集中抄表中的通信技术.电力系统通信，1999（4）.

小区水表无线抄表系统设计 篇3

无线抄表系统是在传统的线抄表系统的基础上发展起来的, 解决了传统抄表系统中需要抄表员入户抄表的难题, 又省去了手工输入等繁琐的工作。

目前, 国内外智能抄表系统主要有以下几种: (1) 有线方式:技术成熟, 操作简单, 但投入人力资源多, 维护工作量大; (2) 公用电话网方式:维护少, 需要固定运行费用, (3) 电台传送方式:后期成本低, 前期投入大, 不利于偏远地区; (4) 电力载波方式:电网干扰较大, 稳定性差; (5) 网络传输方式:实时性强, 可远程控制、覆盖范围广、建设成本低。

2、系统各模块介绍

无线抄表系统主要由无线水表、集中器、计算机监控中心组成。系统框图如图1。

无线水表由基表和电子仪器组成, 即普通计量表内嵌入无线传输模块。无线水表完成表计量工作后, 将数据及有关状态定量或定时传给集中器。

集中器在系统中处于信息传输的中间位置, 实时或定时抄表, 并保存数据, 存储的数据包括抄表的记录值、用户信息等多项内容。集中器和用户水表之间的通信采用nRF9E5无线传输模块, 与监控管理中心之间采用GSM无线通信网络来传输, 基于GSM通信网的无线抄表系统具有数据传输速度快、可靠性高、实时在线等优点。

监控管理中心负责整个网络的组建和维护, 所有的控制指令都由中心通过GSM无线通信网络下发到各小区集中器, 各种通信、操作参数也由管理中心完成, 用户数据也都上传到中心, 管理中心将数据进行处理。管理中心还具有查询、管理、定时或实时抄表、断线检测等功能。

无线作效率高, 数据准确可靠抄表系统与传统。的手工抄表系统相比有 (2) 能及时发现系统故障, 减少损失如下优势葈垗:。 (1 (3) ��运) 工行成本低, 减少大量人力物力, 没有手工抄表员入户难等问题。 (4) 具有报警功能, 及时发现盗水等现象。垝�

3、软、硬件设计PP衹恌悇H�蠫HH (.JOU����������

3.1无线水表硬件萓葕��

无线水表的硬件电路包括:处理器、无线通信模块、通信部分、EEPROM、报警部分、水表接口电路、电源电路等。�m�HZ��R�

处理器采用PIC16CE624单片机, PIC16CE624单片机采用H�R�RISC技术, 仅35条指令, 低价格、低功耗、高性能、全静态, 有很高的性价比, 能有效降低终端设计成本, 广泛用于仪器仪表及工业自动化。

无线通信模块采用nRF9E5, nRF9E5可在433/868/915M多个频段工作, 本系统选用433 MHz频段, 外接50Ω天线, 无障碍物时, 发射距离为500m, 有遮挡时350m左右。该模块内置电压调整模块, 为系统提供1.9-3.6V工作电压, QFN5x5mm封装, 能有效地抑制噪音, 且功耗低, 工作可靠, 没有复杂的通讯协议, 对用户透明, 同种产品间可自由通讯, 降低了无线应用的开发难度。

3.2集中器

集中器主要由无线收发模块、GSM模块、串行通信接口电路组成。集中器将管理中心的命令发送给智能水表, 也将智能水表的数据、信息返回给管理中心。

集中器与水表间的无线收发模块是nRF9E5, 完成用户水表信息的传输。GSM模块采用用SIMENZ公司的TC35T模块, 完成与管理中心的传输。GSM模块对外有一个串行接口, 支持9600bps速率, 通过串行接口对GSM模块进行操作、收发短信、得到相应的返回数据。

管理控制中心通过GSM通信网络将控制命令发给小区的集中器, 集中器通过无线传输模块nRF9E5将命令发给用户端的无线水表, 集中器得到水表数据后, 再通过GSM网络传回管理中心。本系统采用的是GSM通信网络的短信业务, 短信通过专有控制信令信道传送, 通过短消息中心来存储, 传输采用专有信道, 可靠性高, 且费用低。

3.3管理监控中心软件

管理监控软件是在Delphi 6平台下开发的, 软件包括以下几个部分的功能: (1) 数据处理:实时抄表及用户各种信息, 或预设后自动定时抄表、保存数据。 (2) 监控:可以实时查看系统运行的异常情况, 方便查看、分析故障。 (3) 用户管理:根据用户的信息, 可以实时更改用户信息, 设定使用权限等。 (4) 到处功能:可以数据导出并保存, 以便处理。 (5) 系统的管理:根据小区的管理情况, 管理员可以添加或删除一些选项, 以便管理。

综上所述, 该软件能够灵活、方便的监控管理无线抄表系统的运行情况, 如有异常情况可及时发现、处理。

4、结语

采用nRF9E5和GSM模块的无线水表的抄表系统安装、使用方便灵活, 给水务工作人员带来极大的方便。本文仅做了水表的无线抄表的设计, 该系统可进一步应用到电表、煤气表、热能表上, 进而实现四表合一的无线自动抄表系统。因此, 该系统具有很高的推广价值。

摘要：无线抄表系统包括无线水表、集中器、管理中心, 整个系统的数据传输都是无线。水表与集中器间的传输通过nRF9E5完成, 集中器与管理中心间的数据传输采用GSM网络的SMS短消息业务, 软件根据实际情况增加或减少选项。整个系统使用起来方便、灵活。

关键词：无线传输,nRF9E5,GSM

参考文献

[1]张鸿博, 张洋.基于GSM模块的无线抄表终端设计[J].华北水利水电学院学报, 2010.8.

[2]张炳达, 翁情安.基于nRF9E5和GPRS的无线抄表系统[J].电子技术应用, 2006.12.

[3]张在新, 孔繁军.基于nRF905的无线水表自动抄表系统设计.电子设计工程.2012.5.

无线智能抄表系统设计 篇4

随着住户对居住环境及物业管理水平的要求的日益提高, 人工抄表的弊端越来越突出。

而智能抄表则是利用先进技术, 集表具计量、数据采集、后台处理等功能于一体, 将居民用水、用电、用气等数据加以综合处理的自动化系统。借助该系统不仅可以提高工作效率, 还可以提高水电气计量的准确性及数据统计的实时性。

一、系统总体设计

1.1系统功能说明

主要功能如下:

(1) 对水表的水量脉冲进行准确计数。

(2) 小区集中抄表器能定时和定量通过无线方式采集各用户的水表水量。

(3) 对水量采集模块采用电池供电, 并实现电池低压报警功能。

(4) 通过液晶显示屏显示楼栋内所有用户实时水量。

(5) 通过键盘设置房号、初始水量、校准日期时间、抄表等。

(6) 掉电数据保护。

(7) 本地保存前两个月历史用水记录。

(8) 时钟和日历功能。

(9) 操作蜂鸣器提示功能。

1.2系统整体设计方案

系统的软、硬件设计主要集中在楼栋集中器上。集中器通过无线单收模块接受水表的数据, 通过无线双向模块与抄表中心连接。数据传输的路径有两条:一是集中器被动接收水表的数据, 并将该数据存储到铁电存储器中;二是集中器与抄表中心, 采用被动数据传输, 集中器接收到上层抄表中心的抄表命令, 通过无线双向模块接收和发送数据。

二、硬件设计

2.1楼栋集中器硬件结构

如图2, 集中器硬件由微控制器模板、人机接口模板、存储模板、抄表接口模板、电源模块组成。

2.2微控制器模块

图3, 微控制器模板采用Ateml公司产的8位单片机芯片AT89S8252, 它完全与MCS-51系列单片机兼容, 且内部集成了8KB的Flash, 可满足整个设计需要

P1.0~P1.3用来控制LCD的片选、背光、数据传输和时钟;P0.0~P0.7用于按4*4的键盘;P2.2和P2.3用于处理器与铁电存储器之间的数据传输;P2.7用于控制蜂鸣器;P3.2作为外部中断使用, 与转换芯片相连。

2.3存储模块

为了实现掉点数据的保护功能, 最后选定铁电存储器FM3130作为系统的存储设备, 同时可以实现实时时钟功能。

FM3130没有使用后背电池, 小区抄表器每隔3分钟会对所有楼栋集中器进行校时, 以保证时间准确性。

2.4人机接口模块

此模块包括LCD显示、4*4键盘输入、蜂鸣器提示。

1. LCD模块

LCD (液晶显示器) 模块是嵌入式设备常用的显示模块, 其采用了OCMJ4*8C液晶显示模块, 主要特征如下:

(1) 具有绘图及文字画面混合显示功能, 对于汉字可显示4行, 每行8个。

(2) 提供三种控制接口, 分别是8位微控制器接口, 4位微控制器接口及串行接口。

处理器与LCD的连接选择串行方式。相对于并行传输方式, 串行方式下数据传输速度稍慢, 但较稳定;硬件接口电路较简单;节约处理器的硬件接口资源。

2. 键盘模块

(1) 键盘上的ON/OFF为液晶显示屏的背光开关键;TIME为时间显示键;PAS为密码校验键;SHIFT和上、下、左、右为功能组合键。每行和每列各有一根信号线相连, 当按键按下时, 相应的行和列导通。再根据引脚的值得出那个按键按下。

(2) 蜂鸣器主要用于按键提示和错误报警, 软件编程控制, 如图6。蜂鸣器使用PNP三极管Q2进行驱动控制, 当P2.7控制电平输出0时, Q2导通, 蜂鸣器蜂鸣;当P2.7控制电平输出1, Q2截止, 蜂鸣器停止蜂鸣。

2.5抄表接口模块

楼栋集中器主板需要两个UART口, 而微控制器SC16IS752内部仅有一个UART组件, 所以本系统选择SC16IS752芯片, 实现与无线模块的连接。

2.6无线模块

无线模块的选择与使用直接影响着无线抄表系统的性能。

(1) 无线单发模块:

为了实现无线智能抄表, 需要在普通水表的基础上加装无线水表单发模块。此模块应具有采集、计量、无线通信、电源管理等功能。

(2) 无线单收模块:

无线单收模块选用深圳市华奥通信技术有限公司生产的HAC-LM, 用于接收HAC-uT空中发来的数据, 并通过UART口以1200N81的个数送到楼栋集中器的微控制器中。

三、软件设计

3.1楼栋集中器系统软件流程

图7所示, 开机提示音通过控制蜂鸣器实现。铁电中读取楼栋集中器信息主要包括系统标识、集中器号、集中器地址、集中器存储的用户数和集中器所在的小区号。此后主程序进入一个无限循环。主程序中有一个变量叫g_DisplayStatus, 它表示LCD屏显示界面, g_DisplayStatus变量值不同, 代表的显示界面不同, 即功能不同。无限循环主要读取键盘, 并根据当前LCD屏显示内容和按键值进行不同的操作。g_DisplayStatus共有11个有效值, 即0~10, 分别代表的界面和功能如下:

(1) 管理员界面-楼栋集中器系统的主界面, 用于显示各子菜单, 根据按键值的不同进入到各子菜单中, 子菜单包括初始化水表、设置管理员密码、水量显示、日期时间显示、设置集中器、设置按键声音、格式化铁电、设置日期时间、恢复出厂值和水量查询。

(2) 初始化水表界面-包括表号、脉冲常数、水量和接收此水表数据的集中器号。

(3) 密码设置界面—设置和更改管理员密码。在LCD屏上以*显示, 更改密码需要输入旧密码, 通过验证后才可输入新密码。

(4) 水量显示界面—滚动显示各用户的水表号、用户号和水量。

(5) 日期时间显示界面—读取实时时钟寄存器的值, 并将年、月、日、时、秒显示在LCD屏上。

(6) 设置集中器—设置集中器号、管理的用户数、小区号、集中器地址、用户号, 房间号、各用户对应水表的初始水量等, 将此信息写入铁电中。

(7) 设置按键声音—关闭或打开按键声音。

(8) 铁电格式化界面—将存入铁电中的所有参数信息全部清除, 以0代替。

系统中还使用了一个外部中断INT0, 当SPI-UART转换芯片SC16IS752收到无线模块发送来的数据, 会通过外部中断通知处理器AT89S8252, 处理器通过SPI接口将数据读出。无线循环和中断的配合实现了系统的整个功能。

四、结束语

本系统是基于单片机实现无线智能抄表。使用该系统有抄表快速、准确、使用方便、成本低, 安装方便、集中抄表范围广等好处, 非常适合用于城市小区建设和电表、燃气表等智能仪表的无线抄取, 具有广阔的市场前景。

参考文献

[1]朱世华.程控数字交换原理与应用[M].西安:西安交通大学出版社, 1993.

[2]李延文.中文版Visual Basic 6.0控件高级编程[M].北京:人民邮电出版社, 2002.

智能抄表系统的无线传感网络设计 篇5

随着信息化发展和居民对居住环境和物业管理智能化要求的日益提高,传统的抄表方式存在的费工、费时、不便捷等因素也越发突出,因此研究开发远程智能抄表系统,利用无线传感网络实现居民用水、用电和用气等信息的智能采集,对于提高抄表准确性、实时性和抄表效率等方面都具有重要的意义[1]。本文将重点阐述远程抄表系统的网络设计方法,针对楼宇节点布局相对固定等特征,设计实现一种分簇树状无线传感网络的通信协议。

2、远程抄表系统整体方案

远程抄表系统采集水表水量,通过Zigbee无线传感网络传输水表信息到小区基站中心节点,利用该节点的GPRS模块经过Internet发送至远程监控抄表计算机,实现信息的远程传输功能。图1为无线抄表系统的总体结构,涉及五类无线传输节点和一个中央监控抄表计算机,包括基站中心点、续传路由点、网关路由点、收发路由点,水表采集点。

远程监控抄表计算机首先要通过Internet发送针对每个小区实际楼宇结构的远程控制命令给基站中心节点,中心节点通过GPRS模块接收初始化命令,启动无线抄表网络的初始化工作:对网关路由器进行门户节点数、楼层数等信息的初始化设置;通过广播方式为网络各节点设置实时时钟(RTC)同步信息。

网关路由器在广播发送RTC同步命令一定时间后,按照路由地址表依次发送包含目标地址信息的广播数据包;子网内各收发路由节点对收到的广播数据包按照编址算法提取目标地址的楼层信息,定向广播目标地址在其子网内的数据包;安装在每家每户的水表采集节点接收到广播数据包后,比较目标地址是否与本地地址相等,如相等则准确计数水量脉冲,将水表水量数据按照通讯协议打包上传给父节点,然后进入休眠省电模式。

无线抄表网络在上述初始化和传输“接收数据命令”等广播信息时,都会保存上级父节点的地址信息,因此在终端水表采集节点上传数据时,即可按照各路由节点建立的动态路由表寻找路径逐级上传到路由网关节点。

路由网关节点等待子网内各节点的数据上传完毕后,即按照通讯协议进行数据融合,重组数据包并发送至基站中心点,基站中心点保存来自各网关路由点的水表数据包,并发出应答数据包,当统计各网关路由节点都完成数据传输,则统一打包将数据经过GPRS模块发送到远程监控抄表计算机。

3、系统硬件设计

远程抄表系统各节点硬件主要组成为Zigbee无线传输模块,其中基站中心节点的硬件设计框图如图2所示。无线传输模块采用RadioPuls公司的MG2455,集成了符合ZIGBEE协议标准的射频收发器和微处理器,抗干扰能力强,组网灵活,完全兼容IEEE 802.15.4标准和ZigBee标准[2],提供介质访问层的协议服务,使系统数据传输具有防碰撞的流量控制功能。在空旷场合,通信距离可以达到200m,在睡眠模式下,电流消耗低于1uA。实时时钟芯片S35190A具有超低消耗电流、宽工作电压范围,2线串行接口数据便于与微处理器连接。SIM300C具有GSM/GPRS功能,尺寸小,功耗低,能实现数据的高速传输,内嵌TCP/IP协议,仅通过AT指令即可完成检测GPRS信号强度、注册GPRS网络,建立数据传输透明通道等操作。

4、无线抄表系统网络协议实现

4.1 网络拓扑

为了减少无线传感网络整体的功耗,提出基于分簇结构的多层树状无线传感网络架构,其层次型树状网络拓扑如图3所示,每个节点都有一个父节点,有若干个子节点。为了节省数据传输过程中所消耗的能量,根据楼宇间距离的远近将节点划分成簇,基于簇的树状分层结构具有天然的分布式处理能力,每个簇由同一楼栋内节点组成,每个楼栋具有数据融合功能的网关路由节点GR即为簇首,每个簇成员都把数据传给簇首,簇首作为无线传感器网络的一个汇节点,负责收集和协调簇内节点的水表监测数据。从每个楼栋到小区基站中心节点C还需要续传路由节点TR的续传功能,TR是各簇连接到C的必由之路,成为网络主干节点。每个簇内又包含每个楼层的收发路由节点RS和位于每户的终端水表采集节点EP[3]。

各节点通信协议设计采用状态机轮转方式实现组网和数据传输功能。组网阶段由中心节点C广播发出RTC同步命令实现网络Ping命令功能,其命令码为0x4A。各节点上电即进入轮询等待,接收到命令包则进入命令解析,如果包序号与上一包序号不同则接收,记录上级源地址并设置时钟,否则放弃该数据包,建立树状结构网络拓扑。数据传输阶段由网关路由节点GR发出采集数据命令,中间路由节点RS负责向下转发命令包并记录上级节点地址建立动态路由表;水表采集节点EP工作在接收状态02,即收到包后比较目标地址与本地地址,相同则采集水表水量数据并打包向上发送,然后进入处理状态06;在状态06,水表采集节点EP根据组网阶段获得的报警时间设置报警中断,初始化变量,然后进入休眠态04;在状态04,水表采集节点EP定时10s休眠醒来查询报警中断信号,在报警中断后即打开RF模块,清中断,进入接收状态02,实现状态机轮转。

4.2 节点地址分配

无线抄表网络的树状拓扑结构,其传输协议中一个重点任务就是按照各节点在簇内的位置特征编址,便于通过软件识别各设备类型和位置,按照协议进行父节点、子节点的路由,以提高控制数据流量的智能性。每个节点的短地址16位,由类型码、区号、层号与序号组成,其中类型码表示节点位置信息和节点类型,区号用以区分每个传感器子网即区分每个楼栋,层号用以表示路由深度,序号即为同类节点的编号。编码规则为层号从1开始编码,其余信息从0开始编码。

0000为基站中心点C的专用地址,FFFF为专用的广播地址。

续传路由节点TP负责连接路由网关与中心点的续传网络,其地址规划如表1所示。

网络设计及编址规则均考虑到节点的冗余性,当某路径不通时,可尝试其它冗余路由节点。允许动态变更节点和网络拓扑,具有很好的扩容性和容错性,系统允许远程计算机将网络结构基本信息发送到网关路由器进行配置,任何新节点加入或节点故障时,节点均可动态加入网络,并不更改现有节点的地址。

4.3 帧格式设计

无线抄表网络中各节点必须始终保持同步时钟,每个父节点同步它的下级子节点,时钟同步的策略有NTP、RBS、TPSN等类型,本文采用TPSN同步策略。由根节点即基站中心节点发起同步,从外部获取时钟源,广播时间同步分组,在层次型网络中,每个节点从其上级父节点获取同步时序信息,最终所有节点均与根节点同步。RTC同步帧格式如表2所示,各节点接收到根节点广播的同步帧则会将时钟信息设置到本地的RTC时钟芯片。

采用应答机制以保证数据传输的可靠性。水表数据是通过网关路由节点集中获取并进行数据融合后发给基站中心节点的,其接收数据的命令有0x2A和0x6A两个,后者表示本轮的最后一个数据请求命令,当各收发路由节点收到0x6A命令帧后,就会在转发完下一个应答数据包后进入休眠模式。当某节点在规定的时间内未收到应答信息时,产生相应的故障应答0xAB,由网关路由节点进行数据融合或发出重发命令请求。数据请求命令帧和数据应答帧格式如下表。

5、结语

本文设计的远程抄表系统在MG2455平台进行组网实验,设计一栋楼8层的网络测试方案,进行各节点地址编码和数据传输测试,水表采集节点上的数据可以通过ZigBee无线通信方式发送至基站中心节点,并通过GPRS模块发送,PC机通过Internet接收数据并显示,达到预期效果。

系统具有性能高、体积小、功耗低、抗干扰能力强、数据传输速率快、安装维护方便等优点,可以迅速将数据传到接收中心,提高了抄表效率和准确度。通过MG2455模块内的监测电路使各节点能在接收到无线传输信号时自动醒来,与父节点通信,大大降低各节点功耗,增加了无线传感网络容量。另外,网关路由节点负责接收数据和数据融合,这样就减少了数据流量,也实现了节能的目的。

摘要：介绍一种基于Zigbee无线传输模块开发智能抄表系统,通过无线中转路由发送水表水量到小区基站中心节点,经GPRS模块发送至远程监控抄表计算机,实现抄表信息的远程传输功能,该网络架构对电表、气表等信息的远程采集具有很好的适用性。采用分簇结构的多层树状无线传感网络架构,解决了各类型节点的时钟同步、地址编码、故障点冗余设计、数据命令帧设计以及应答重发机制等关键问题,应用状态机轮转方法实现网络通信协议。

关键词：无线网络,智能抄表系统,分簇树状网络

参考文献

[1]互益祥,丰住平.远程无线抄表系统的研究[J].自动化仪表,2011,3 2(3):4-7.

[2]瞿雷,刘盛德,胡咸斌.Zig Bee E技术及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2007.

小区无线抄表系统设计 篇6

关键词：Zigbee,Cc2430,GPRS,抄表

0 引言

一直以来, 如何把庞大且分散的用电量和其他数据及时有效且准确无误的进行收集、统计和分析, 都是供电企业迫切需要解决的一个问题。供电企业需要一种计量准确、安装和维护方便、投资较少的电能表抄表解决方案。Zig Bee技术主要适用于自动控制和远程控制领域, 国外一些发达国家研究无线抄表技术比较早, 早在70年代就有研究员研究和开发无线抄表系统, 目前广泛应用于楼宇自动化控制、无线控制家用电器、远程监控以及工业领域的自动化控制等。而中国开始接触无线抄表系统已经到了90年代, 目前人工抄表、有线抄表系统、无线抄表系统以及IC卡预付费表是国内厂家生产的主要抄表系统。本设计结合GPRS技术和Zigbee技术, 研究一种新型的远程无线抄表装置, 有效的解决抄表数据的无线远传和数据的自动采集问题, 方便供电部门的抄表, 提高供电系统自动化水平, 提高了供电公司的经济效益。

1 无线抄表系统的硬件设计

无线抄表系统硬件的设计总体思路为:首先, 在单元楼内安装Zig Bee数据采集模式, 使得读表人员便捷的收集各住户电表数据;同时为了读取水表数据, 还要将ZigBee远程用户终端模块安装于各住户家中;最终, 数据通过Zig Bee的射频部分传输到Zig Bee的数据采集模块。电表数据采集人员通过数据采集模块就可以读出数据。图1为单元楼内Zig Bee通信框图。

1.1 Zig Bee模块的设计

为了实现数字基带处理器功能, Zig Bee模块采用了Chipcon公司推出的一款符合IEEE802.15.4规范的2.4GHz射频芯片CC2430, 并将RF、模拟电路及系统存储器整合在同一个硅晶片上。Zigbee数据采集器由协调器和终端两个部分组成, 而协调器和终端是由软件设定的, 所以协调器和终端的硬件是一样的, 只是安放的位置不同。Zigbee终端是安装在用户的电表里。

1.2 GSM网络采集器设计

GSM网络数据采集终端的主要功能包括电能数据的采集、处理、存储以及传输等, 它一般处于电能采集系统的中间级, 并安装于变电站、发电厂、大用户和关口计算点处。

2 无线抄表系统的软件设计

为了保持整个系统的稳定性并且以较小的系统功耗实现项目的实际需求, 我们将系统软件设计为双节点网络, 即网络由一个协调器节点和一个RFD节点组成。

2.1 RFD节点设计

RFD节点的主要应用程序设计流程图如图2所示, RFD节点主要用于完成加入由协调器节点组建的网络并实现数据的发送功能。硬件初始化是其主要功能, 但同时也要根据用户指令进入工作模式。

2.2 协调器节点设计

组建一个新的网络是协调器节点需要完成的主要功能, 在此之前, 也要完成节点自身的各项初始化、地址配置以及节点间的绑定操作。图3为主程序设计流程图。

参考文献

[1]连瑞红.基于ZigBee的远程抄表系统设计[J].福建电力, 2007, 27 (1) :25-27.

[2]崔静安, 赵峰, 王艳伟.GSM远程抄表系统.电力需求侧管理, 2002, 4 (8) :12～13.

[3]Sabolic, D..Influence of the transmission medium quality on the automatic meter reading system capacity.Power Delivery, 2003, 18 (3) :725～728.

[4]王凯, 彭瑜, 郑丽国等.基于ZigBee无线水表自动抄表系统的研究与设计[J].自动化仪表, 2006, 27:166-174.

[5]马永强, 李静, 冯立营.基于ZigBee技术的射频芯片CC2430[J].新器件新技术, 2006, 3:45-47.

[6]王锐华, 益晓新, 于全.ZigBee与Bluetooth的比较及共存分析[J].测控技术, 2005, 24 (6) :50-56.

小区无线抄表系统设计 篇7

1平台总体设计方案

1.1矩形结构网络的模型

如图1所示, 系统模型主要由协调器和路由采集节点组成, 其中路由采集节点同时具有路由器和无线数据采集节点的功能。

(1) P0 (x0, y0, z0) 表示整个网络的协调器, 功能是接收并处理所有采集到的数据。

(2) 每个采集节点中的数字i表示第i级无线传感网络。

(3) 网络的传输方向是第i级网络向与之相邻的第 (i-1) 级网络传输数据。

1.2基于矩形网络的无线数据采集方案

基于矩形结构的居民无线数据的采集有三部分组成:矩形结构的居民无线采集网络、无线数据传输系统、云端的主控平台显示系统。总体框图如图2所示。

其中, 需要对用户的温度表、热量表、水表、电能表、煤气表 (以下简称为“五表”) 的数据进行实时采集, 每户的数据采集终端同时具有采集和网络路由功能。一楼1户到三楼3户一共9户的数据采集网络构成了一个简易的3*3结构的矩形网络。

在进行数据传输时, 每一级数据处理器收集传感器采集到的“五表”数据, 并对数据进行压缩、标号、打包处理。在此过程中发送设备会与指定的两个到三个次级传输网络相邻节点通过多次握手建立传输通道, 无线数据采集完成以后发送设备会把采集的的数据分别发送到这些与之相邻采集节点。矩形结构在传输过程中, 如果某个网络路由在出现故障时, 对其他用户数据的传输影响将大大减小。

2硬件设计

2.1“五表”的原理

对用户的数据采集中, 主要是对用户的“五表”进行数据的实时监测, 每一种表都是通过单片机进行模拟的。模拟电表的主控芯片是ATmega16单片机, 无线发送模块采用的是NRF24L01无线射频模块。

2.2路由采集节点的组成

每个用户的路由采集节点, 不仅具有数据的采集功能, 而且具有网络路由的功能。该路由采集节点选用的是CC2430芯片模块。

在路由采集终端主要又两部分组成:数据收集存储单元和Zig Bee模块。

(1) 数据收集存储单元的主控芯片为ATmega16单片机, 它控制无线射频模块NRF24L01接收“五表”数据。

(2) Zig Bee模块选择的是CC2430, 通过I/O口与单片机相连从而实现IIC通信。同时它还具有路由器的功能, 结合上一级路由器发来的数据同时传输的路由器发送端, 然后把数据发送给下一级无线路由器。

2.3协调器与3G模块的工作原理

Zig Bee网络协调器是数传网络的重要节点, 负责设备控制、任务调度、通信协议、数据转存等任务, 它与路由节点和采集终端通信并把数据发送到3G模块。Zig Bee网络协调器包括主控模块、无线数据发射模块、两路USART通信端口、3G通信模块和供电模块[3]。

3软件设计

根据上述硬件电路, 对该无线系统软件进行编程的思路是:先对整个系统进行初始化, 这包括Zig Bee控制芯片、NRF24L01无线接收器件以及模拟电表初始化, 而后系统将对网络进行自动搜寻, 网络绑定后将对五个住宅仪表数据进行定时采集, 并时刻侦听次级路由器处于何种工作状态, 根据次级路由器的工作状态进行数据的发送或等待, 数据发送完毕后, 整个系统将进入休眠模式, 从而等待系统唤醒之后再次进行无线数据的采集和传递[3]。

网络协调器是无线数据检测的接收端与3G通信网络连接的纽带, 不仅提供了网络节点运行的环境, 而且对住宅数据进行了中转, 它的运行情况决定了整个系统的稳定性[3]。其工作流程包括:创建Zig Bee协调器网络、配置系统网络、路由采集节点加入协调器网络和各个网络节点之间的数据传输[4]。

4实验结果分析

为实现矩形网络对无线数据采集方案的可行性, 首先通过串口测试在无线数据发送给3G模块之前, 协调器是否能正常接收到每个用户五表的数据。通过上位机就可以观察到每家用户的部分表的用量。该系统一共模拟了9户住宅当日和当月的五表用量的显示, 图3显示了203用户当月的计量表总量图。

5结语

该文针对现有无线数据采集系统数据丢失的问题, 提出了一种基于矩形结构网络无线数据采集系统的改进方案。在进行3*3矩形网络对其进行验证是, 应用到了CC2430进行对无线采集路由和协调器进行了无线数据传输的模拟, 同时用AVR单片机做了对家庭电表的模拟, 总体验证了矩形结构网络在无线数据传输的可行性。通过以上的分析和验证, 进一步证明了矩形结构网络在无线数据网络中是可以实现的, 进一步加强了无线网络的鲁棒。

参考文献

[1]李东旭.无线传感器网络能量高效路由算法研究及协议栈优化[D].大连:大连理工大学, 2008:67-68.

[2]马祖长, 孙怡宁, 梅涛.无线传感器网络综述[J].通信学报, 2004, 25 (4) :114-124.

[3]张冰川, 刘雪岩, 奇冀, 等.基于3G和Zig Bee技术的居民住宅供暖温度远程监测系统设计[J].长春理工大学学报 (自然科学版) , 2014 (1) :129-133.

小区无线抄表系统设计 篇8

在信息化越来越突出的今天,无线抄表将会更多的取代传统人工抄表,它不仅能节约人力资源,降低了抄表成本,而且增强了抄表的时效性和准确性,同时不入户的特点,也使用户减少了一些不必要的麻烦。将Zigbee技术应用到无线抄表中,更加突出了无线抄表优势,给社会带来更大的经济和社会效益。

1 Zigbee技术

Zigbee是以IEEE 802.15.4标准为基础发展起来的无线通信技术,工作于免申请免费使用的2.4GHZ频段,具有低功耗、低成本、低传输速率、高保密性、时延短等特点,表1是Zigbee与其他几种无线技术的简单比较。

从表1中可以看出,低功耗、低成本是Zigbee的最大优势,而这也是商家所要首要考虑的两个问题,Zigbee的最大功耗在1mW左右,一个Zigbee节点设备仅靠两节5号电池就可以维持六个月到两年左右的正常使用时间。一个Zigbee中继路由节点成本仅需1000元左右,而像一个wifi基站需十几万元,更加突出了Zigbee的成本低廉。Zigbee协议栈由一组子层构成。每层都为其上层提供一组特定的服务:一个数据实体提供数据传输服务,一个管理实体提供全部其它服务。每个服务实体通过一个服务接入点(SAP)为其上层提供服务接口,并且每个SAP都提供一系列的基本服务指令来完成相应的功能。Zigbee协议栈分为四层,其中IEEE802.15.4-2003定义了最下面的两层:物理层(PHY)和介质介入子层(MAC)。Zigbee联盟提供了网络层和应用层(APL)框架的设计。其中,应用层的框架包括俄应用支持子层(APS)、Zigbee设备对象(ZDO)和制造商制定的应用对象。

2 系统RF芯片CC2430

本系统采用TI公司生产的CC2430是一颗真正的系统芯片CMOS解决方案,这种解决方案能够提高性能并满足以ZigBee为基础的2.4GHz ISM波段应用,及对低成本,低功耗的要求。它结合一个高性能2.4GHz DSSS(直接序列扩频)射频收发器核心和一颗工业级小巧高效的8051控制器。CC2430在单个芯片上整合了Zigbee射频(RF)前端、内存和微控制器。它使用一个8位MCU(8051),具有128 KB可编程闪存和8 KB的RAM,还包含模拟数字转换器(ADC)、几个定时器(Timer)、AES128协同处理器、看门狗定时器(Watchdog timer)、32 kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路(Power On Reset)、掉电检测电路(Brown out detection),以及21个可编程I/O引脚。CC2430芯片采用0.18μm CMOS工艺生产;在接收和发射模式下,电流损耗分别低于27mA或25 mA。CC2430的休眠模式和转换到主动模式的超短时间的特性,特别适合那些要求电池寿命非常长的应用。

3 RS485总线

RS485是一种串行总线接口的标准,他以差分平衡的方式传输信号,具有很强的抗共模干扰能力,允许在一对双绞线上驱动一个或多个设备。RS485有全双工和半双工两种连接方式。其中采用全双工连接方式时,与RS422一样只能实现点对多的通信,即只能有一个主设备,其余为从设备;另外,由于每一个传输方向都有自己的传输通路,不需要对传输方向进行控制。采用半双工连接方式时,可以实现真正的多点双向通信,但由于发送和接收共享一个信号通道,在某一个时刻只允许接收或发送数据,因此需要对传输方向进行控制。本系统采用全双工通讯,其中用电综合管理终端是主设备,电表为从设备。

4 无线抄表系统构成及硬件组成

无线抄表系统包括:用电综合管理终端,楼宇中继器,小区服务器三部分。一个单元一个用电综合管理终端通过RS485总线读取本单元所有用户电能表数据,通过Zigbee的Ad Hoc自组网技术,使得终端节点加入网络,完成用电综合管理终端、楼宇中继器(Zigbee中路由器)、小区服务器(Zigbee中协调器)三者之间的数据传输。系统各部分组成结构如图1。

各构成硬件组成及功能:

用电综合管理终端:主要由三部分组成,第一部分是ATmega64L单片机及其外围电路组成的数据接收电路,主要通过RS485从电能表接收用户数据,并将数据转化,通过RS232传递给第二部分无线Zigbee发送模块,从而将数据传送到楼宇中继器。第三部分是电源电路,由一个小型变压器及其外围电路组成。

楼宇中继器:主要由CC2430,RF功率放大电路,电源电路等组成,完成Zigbee网络中路由功能。

小区服务器:在Zigbee网络中充当协调器,接收用电综合管理终端发来的数据并发送到PC机上显示,主要由CC2430、RF功率放大电路、存储器单元,电源电路等组成。

CC2430芯片设计如图2,主要包括3.3V和1.8V电源电路、复位电路、晶振和balun电路。芯片本振信号信号有由内部电路提空,所以外加晶振和两个负载电容,电容的大小取决于警惕的频率及输入容抗等参数。由于CC2430的差分射频端口具有两个端口,而天线是单端口,因此需要一个balun电路,如图中方框部分,来完成两端口到单端口的转换。

5 系统软件设计

该系统软件主要是通过对Zigbee网络通信协议操作完成数据采集和数据接收,均包括初始化、发射和接收程序设计。初始化程序主要是对单片机、RF芯片、RS232等进行初始化;发射程序所建立的数据是通过RS232发送给RF模块输出;接收程序完成数据接收并处理。终端设备主要的功能是加入到现有的网络中去读取电表的数据,能够接收Zigbee网络上传来的数据和命令去操作电表,并希望能够作为一个路由节点加入到网络中,为其他节点路由数据。Zigbee网络中存在FFD和RFD,FFD即全功能节点,主要指网络中的路由器节点和协调器节点,RFD即半功能节点,主要指网络中的终端节点,即本系统的用电综合管理系统。本系统中RFD节点和FFD节点程序设计流程如图3和图4所示。

6 结束语

本文采用Zigbee无线传输技术实现电力无线抄表系统,很适合应用于用户终端密集距离较近的居民小区,具有易实现,低成本,节约人力资源等优点。本系统缺点是由于功率放大电路采用低成本的CC2591集成功率放大模块,穿透能力弱,放大传输距离有待提高。

随着Zigbee技术的不断完善和推广,应用领域也不仅仅是无线抄表这块,像智能家居、医院病房管理、及安防等方面,Zigbee技术都将有更大的发展,随着国内外公司越来越多的进入这个领域,Zigbee技术将会有一个更加广阔的前景。

参考文献

[1]李文仲,段朝玉.ZigBee2006无线网络与无线定位实战[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008.

[2]冀小平,商莹,王光玲.基于CC2480的Zigbee无线水表自动抄表系统研究与设计[J].现代电子技术2009,(11):71-73.