一種ZigBee電力無(wú)線(xiàn)抄表數據收發(fā)終端設計

摘要：為了解決ZigBee無(wú)線(xiàn)抄表系統數據采集發(fā)送集成度不高、設備繁瑣等問(wèn)題，通過(guò)對ZigBee無(wú)線(xiàn)標準協(xié)議的研究和對當前無(wú)線(xiàn)抄表系統實(shí)現過(guò)程的分析，設計出一種基于ZigBee的電表數據收發(fā)終端。該終端主要是將MCU系統和RF CC2430無(wú)線(xiàn)射頻芯片相結合，包括數據接收、無(wú)線(xiàn)數據發(fā)送和電源三個(gè)硬件電路部分，完成對電表數據的接收和無(wú)線(xiàn)發(fā)送，重點(diǎn)闡述該終端節點(diǎn)的硬件結構設計和軟件設計流程。通過(guò)對其在無(wú)線(xiàn)抄表系統中檢測，接收發(fā)送數據穩定可靠。實(shí)踐表明，該終端可作為一個(gè)通用模塊應用到其他無(wú)線(xiàn)收發(fā)系統中，具有很強的實(shí)用性和可移植性的特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：ZigBee；ATmega64L；CC2430；無(wú)線(xiàn)抄表；RS 485

0 引言
隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的不斷興起，由于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)極大的優(yōu)越性，使得越來(lái)越多的行業(yè)有線(xiàn)產(chǎn)品和技術(shù)被無(wú)線(xiàn)替代，在我國，自動(dòng)無(wú)線(xiàn)抄表技術(shù)(AMR)作為一種新型的抄表技術(shù)，具有易操作，成本低，不入戶(hù)等優(yōu)點(diǎn)，ZigBee作為一種新興的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，具有功耗低、速率低、可靠性高、保密性強等特點(diǎn)，同時(shí)工作于國際免費頻段，相比其他無(wú)線(xiàn)技術(shù)的較高網(wǎng)絡(luò )費用，大大降低了成本，很適合應用于自動(dòng)無(wú)線(xiàn)抄表系統中。本文所設計終端是無(wú)線(xiàn)抄表中的重要一部分，數據收集主要采用RS 485總線(xiàn)和MCU控制模塊，無(wú)線(xiàn)發(fā)送部分采用ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模塊。

1 ZigBee協(xié)議分析
ZigBee協(xié)議棧依次從最底層開(kāi)始由物理層、數據鏈路層、網(wǎng)絡(luò )層和應用層組成，其中物理層和數據鏈路層由IEEE 802．15．4工作組制定，網(wǎng)絡(luò )層和應用層(APL)由ZigBee聯(lián)盟制定。物理層定義了3種流量等級：當頻率采用868 MHz時(shí)，提供20 Kb／s的傳輸速率；當采用915MHz時(shí)，提供40 Kb／s的傳輸速率；當采用2．4 GHz時(shí)，能夠提供250 Kb／s的傳輸速率，在我國采用的是這種免費頻段。數據鏈路層可分為邏輯鏈路控制子層(LLC)和介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制子層(MAC)，其功能包括數據包的分段與重組，數據包的順序傳輸，無(wú)線(xiàn)鏈路的建立、維護和拆除，確認模式的幀傳送和接收，信道接入控制、幀校驗、預留時(shí)隙管理和廣播信息管理等。網(wǎng)絡(luò )層的功能包括拓撲管理、MAC管理、路由管理和安全管理。應用層是協(xié)議棧的最上層定義了各種類(lèi)型的應用業(yè)務(wù)。該系統中主要涉及ZigBee網(wǎng)路中數據采集終端節點(diǎn)的設計，也可作為網(wǎng)絡(luò )路由器應用。

2 無(wú)線(xiàn)抄表數據收發(fā)終端總體設計
RS 485總線(xiàn)具有很強的抗共模干擾能力，可以進(jìn)行多點(diǎn)和雙向通信，允許在一對雙絞線(xiàn)上驅動(dòng)一個(gè)或多個(gè)設備，這樣就可以實(shí)現一個(gè)收發(fā)器管理多個(gè)用戶(hù)電表?；赗S 485總線(xiàn)電表簡(jiǎn)單易操作，成本低，市場(chǎng)上很多都是采用RS 485智能電表，該系統可以廣泛應用。無(wú)線(xiàn)Zig-Bee模塊通過(guò)SPI接口接收來(lái)自微控制器系統的數據信號，將數據信號發(fā)送出去。
無(wú)線(xiàn)抄表數據收發(fā)終端在整個(gè)抄表系統中扮演的是路由和終端的角色，是一種全功能設備FFD(Full Function Device)。該系統總體設計思路是：通過(guò)RS 485總線(xiàn)將電表數據收集，然后通過(guò)MCU電路處理，通過(guò)RS 232，SPI接口發(fā)送到ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模，塊，最后利用無(wú)線(xiàn)通信模塊發(fā)送到路由器節點(diǎn)或網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器。系統的總體結構如圖1所示。