|
隨著現代科技的飛速發展，無線抄表系統越來越受到人們的親睞并逐漸取代了傳統的抄表系統傳統抄表系統大致可以分為三類：智能卡水表、有線自動抄表系統、無線智能水表。其中有線自動抄表系統又可分為分線制集中抄表和總線制集中抄表。由于前兩種方式都存在著不利因素，故目前無線自動抄表系統越來越受到業界的矚目。 1 Zigbee技術簡介 1．1 Zigbee技術概述 Zigbee采用IEEE 802．15．4通信標準，工作于免申請和免費使用的2．4 GHz頻段，是一種新興的短距離、低功耗、低數據速率、低成本、低復雜度的無線網絡技術，主要用于近距離傳輸，適合用于無線數據采集、無線工業控制、消費性電子設備、汽車自動化、家庭和樓宇自動化、醫用設備控制、遠程網絡控制等場合。Zigbee技術同Bluetooth，Wi-Fi相比較具有如下優點： 數據傳輸速率低：10～250 KB／s，專注于低傳輸應用。 功耗低：在低功耗待機模式下，兩節普通5號電池可使用6～24個月。 成本低：Zigbee數據傳輸速率低，協議簡單，所以大大降低了成本。 網絡容量大：網絡可容納65 000個設備。 時延短：典型搜索設備時延為30 ms；休眠激活時延為15 ms；活動設備信道接入時延為15 ms。 網絡的自組織、自愈能力強，通信可靠。 數據安全：Zigbee提供了數據完整性檢查和鑒權功能，采用AES-128加密算法，各個應用可靈活確定其安全屬性。 1．2 Zigbee網絡拓撲結構 Zigbee技術具有強大的組網能力，可以形成星型、樹型和MESH網狀網如圖1所示。實際中根據需要選擇合適的網絡結構。 網絡協調器就是網絡中的中心節點，是網絡的組織者，負責網絡組建和信息路由；全功能設備FFD可作為協調器使用，是具有路由與中繼功能的網絡節點，可以與 RFD節點通信，也可以與別的FFD節點通信；精簡功能設備RFD節點作為網絡終端節點，相互間不能直接通信，只能通過FFD節點發送和接收信息，不具有路由和中繼功能。但FRD和FFD的硬件結構完全相同，只是網絡層不一樣。 2 設計方案 本設計主要用于樓宇水表的自動抄表，抄表人員可以不用進入各個住戶而將表數據讀回。圖2為單元樓內Zig-bee通信框圖。總體設計為首先在單元樓內安裝一個Zigbee數據采集模塊，用于方便讀表人員收集各住戶水表數據；同時還要在各住戶家中安裝一Zigbee遠程用戶終端模塊，其主要用來讀取水表的數據然后通過Zigbee的射頻部分將數據傳輸到Zigbee的數據采集模塊。 2．1 CC2480介紹 Zigbee遠程用戶終端模塊和Zigbee數據采集模塊中，Zigbee部分采用德州儀器(TI)近日宣布推出最新Z-Accel系列2．4 GHz Zigbee認證網絡處理器中的首款產品——CC2480來完成，CC2480只需要很少的外圍器件(外圍電路如圖3所示)且該器件無需了解繁瑣的全功能 Zigbee協議棧，從而減少開發時間并簡化了Zigbee功能。CC2480不僅能夠通過SPI或UART接口與各種MCU通信，還能與TI的 MPS430超低功耗MCU等器件相結合。Z-stack軟件Zigbee-2006協議棧可以在Zigbee處理器上運行，而應用程序則能在外部MCU 上運行。CC2480能夠處理所有時序關鍵型與處理密集型Zigbee協議任務，而將應用MCU的資源占用的空間釋放出來用于滿足其他程序的要求。 2．2 Zigbee遠程用戶終端模塊 Zibbee遠程用戶終端模塊安裝于單元樓中各住戶家中。在遠程用戶終端模塊中采用8條數據線來實現讀取水表數據，其中8條數據線與水表連接部分此處不做討論。Zigbee遠程用戶終端模塊如圖4所示。其中，數據線1，2，3用于通過三線譯碼來控制水表數據的某位；數據線4，5，6，7用于顯示水表某位上的數據；8為地線。例如，數據線1，2，3狀態為000，則4，5，6，7位顯示數字為水表第一位數字讀數；數據線1，2，3狀態為111，則 4，5，6，7位顯示數字為水表第八位數字讀數。在每一位讀數后分別送入Zigbee模塊進行處理。 2．3 Zigbee數據采集模塊 Zigbee數據采集模塊(見圖5)安裝于單元樓中的一層或比較方便讀表員讀表的位置。當Zigbee模塊收到數據時通過LED驅動芯片將數據輸出到 LED顯示器上，這樣讀表人員就可以清楚讀數，其中前兩位用于顯示各住戶的房間號，后六位用于顯示對應房間號的水表數據。鍵盤用于控制LED顯示器。其中，智能鍵盤和LED驅動及USB驅動分別采用芯片RIC16C63和芯片USBN9602。 RIC16C63是一款高性能8位微處理器，具有優越的RISC結構，指令系統只有35條指令。具有UARST，SPI，I2C多種串行驅動功能，片內有三個定時器。其特點如下： (1)與CPU鏈接方式采用I2C接口(也可采用USART串行通信接口方式或三線制SPI接口方式)。 (2)最多16個鍵盤輸入，可提供鍵盤中斷信號。 (3)可提供8個LED數碼管，可選擇BCD碼數字驅動方式或段驅動方式，具有LED亮度軟件設置功能。 (4)同時執行鍵盤和顯示操作。 USBN9602是標準雙列直插式28引腳芯片。芯片內部總共帶有7個傳送／接收FIFO緩沖器，1個雙向傳送和接收FIFO緩沖器，3個單向傳送FIFO緩沖器，3個單向接收FIFO緩沖器。USBN9602廣泛用于測控技術、數據采集、信號處理等。 3 結 語 以Zigbee網絡技術為支撐的無線自動抄水表系統，相比人工抄表方式或其他自動抄水表系統大大降低了運行成本和功耗，工作效率明顯提高，節點硬件也易于實現，避免了有線抄表系統施工布線帶來的各種問題。本設計提出的方案，硬件已經實現，當用戶用水時用戶水表的液輪滾動，Zigbee遠程終端用戶模塊通過譯碼方式采集到水表數據，然后通過此模塊的射頻部分傳輸到Zigbee數據采集模塊。采集到的數據有時有延時，主要原因可能是Zigbee的射頻部分所致，因此，還要經過大量實驗，調節Zigbee的射頻部分，使采集到的數據更加精確。 |
