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魏東旭1，王 平2 時間:2012年10月24日 來源：微型機與應用2012年第16期 摘 要： 為方便、準確、及時地對用戶水表用水量進行抄讀，實現水表抄表的自動化、網絡化和規范化，建立了基于ZigBee無線網絡的自動抄表系統，提出了無線抄表的方案，并完成了對節點電路及各相應模塊電路的設計。通過測試，節點模塊能準確地對脈沖水表進行抄讀，并且各節點之間可以順利、準確地實現數據的傳輸，證實了將ZigBee技術應用于無線抄表的可能性。 關鍵詞： ZigBee；無線抄表；節點；無線網絡 目前的自動抄表系統，從數據傳輸角度劃分，可分為有線、無線兩大類。這兩大類抄表系統各有其適用的應用領域，但就抄表系統的投資、建設、維護等幾方面而言，無線抄表系統顯然具有更大優勢。 從應用角度而言，目前市場上的幾種水表的無線抄表方案或多或少存在以下幾種問題：(1)使用成本較高；(2)網絡的自管理能力有限；(3)抄表終端的供電問題難以很好地解決，由于抄表終端難以做到極低功耗，所以供電問題始終是一個瓶頸。 1 ZigBee技術 1.1 ZigBee技術簡介 隨著無線通信技術的不斷發展，近年來出現了面向低成本設備無線聯網要求的技術，稱之為ZigBee，它是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的雙向無線通信技術，主要適用于自動控制、遠程控制領域及家用設備聯網。采用ZigBee技術可以為水表的無線抄表提供很好的解決方案。 目前主要的無線技術都集中在1 Mb/s以上的速率，新的標準還在追求更快的速率；而IEEE 802.15.4/ZigBee恰恰填補了低速率無線通信技術的空缺，與其他標準在應用上幾乎無交叉[1]。 1.2 ZigBee協議架構 完整的ZigBee協議棧主要由物理層(PHY)、媒體訪問控制層(MAC)、網絡層(NWK)、安全層和高層應用規范組成。其中，物理層和MAC層由IEEE 802.15.4協議標準定義，網絡層和應用層由ZigBee聯盟制定。ZigBee協議架構[2]如圖1所示。 
在節點系統中，采用MSP430單片機實現對脈沖水表和ZigBee無線模塊CC2430的控制。 MSP430系列單片機是美國德州儀器（TI）1996年開始推向市場的一種16位超低功耗、具有精簡指令集(RISC)的混合信號處理器[3-4]（Mixed Signal Processor）。之所以稱為混合信號處理器，是由于其針對實際應用需求，將多個不同功能的模擬電路、數字電路模塊和微處理器集成在一個芯片上，以提供“單片”解決方案。該系列單片機多應用于需要電池供電的便攜式儀器儀表中。 CC2430芯片作為單芯片ZigBee解決方案，已經將ZigBee主要功能電路封裝在模塊內[5-6](如時鐘電路、RF電路、溫度檢測等)，同時芯片內集成了8051 MCU，理論上可以制作為獨立的終端設備，但是考慮到下載程序的要求，必須讓其與單片機構成同一系統，這樣才能下載程序，才能更好地實現對系統的控制。因此要設計相應外圍電路，包括復位電路、電源電路、晶振時鐘電路、接口電路等。
3.3 時鐘電路設計 目前所有的微控制器均為時序電路，需要一個時鐘信號才能工作。晶振電路用于向CPU及其他電路提供工作的時鐘。因此，系統使用較低的外部時鐘信號，以降低因高速開關時鐘所造成的高頻噪聲。本系統選用11.059 2 MHz的晶振。晶振的設計電路原理圖如圖7所示。
4 測試結果及結論 將所建立的硬件開發平臺通過RS232串口和PC機相連，平臺上的數據的發送和接收以及平臺上ZigBee網絡的建立可以通過串口在PC機上串口助手來顯示。通過串口助手觀測硬件電路板發過來的通信信息。 操作步驟： (1)打開一個串口調試程序，設置波特率為9 600 b/s。 (2)組成設備，讓一個節點作為發送設備與PC機串口相連作為節點A，與COM相連，設定自己為第一節點，開始建立網絡。 (3)讓另外一個節點與另外一臺PC機串口相連作為節點B，與COM相連，申請加入A建立的網絡。 (4)從B節點發送數據，可以從A節點成功接收，如圖8所示完成測試。
根據以上測試可知，ZigBee兩個節點之間可以按照ZigBee協議進行正常建網、節點加入和通信，這給ZigBee抄表設計的成功帶來希望，可以此為據進行無線抄表系統的設計。 參考文獻 [1] 冀小平，商瑩，王光玲.基于CC2480的ZigBee無線水表自動抄表系統研究與設計[J].現代電子技術，2009，32（11）：71-73. [2] 朱永利，陳濤，郭少杰.ZigBee技術在無線抄表中的應用[J].電力系統通信，2008，29(8)：37-39. [3] 蔣萬秋，崔明.基于MSP430單片機的紫外線強度探測器設計[J].微計算機信息，2011，27(2)：47-49． [4] 胡大可.MSP430系列超低功耗16位單片機原理與應用[M]．北京：北京航空航天大學出版社，2000． [5] 汪玉鳳，姜林.基于ZigBee和GPRS的無線抄表系統[J]. 儀表技術與傳感器，2010(10)：49-50. [6] 尹應鵬，李平舟，郭志華.基于CC2430的ZigBee無線數傳模塊的設計和實現[J].電子元器件應用，2008(4)：18-21. |
