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摘要：ZigBeee作为一种新型的无线通信技术，具有成本和功率低的优点，因此其作为实现近距离传感器网络是最合适的方案。本文从对基于ZigBeee的无线抄表系统的设计进行分析，为基于ZigBeee无线抄表系统的实现提供可靠的依据。
关键词：ZigBeee；无线抄表系统；设计
Abstract: ZigBeee as a new type of wireless communication technology, has the advantages of low cost and power, so as to realize proximity sensor network is the most appropriate solution. Based on the design of the wireless meter reading system based on ZigBeee is analyzed, based on ZigBeee reliable basis for the realization of the wireless meter reading system.
Key words: ZigBeee; The wireless meter reading system; design
中图分类号： F281 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
传统人工抄表方式的很多不足已无法适应现代抄表需求，人们开始对自动抄表方式进行深入研究并使用。本文提出了基于ZigBee技术的无线抄表设计方案，其具有可靠性高、功耗低、计量准确、操作简单以及自动化程度高等优点。
基于ZigBee的无线抄表系统总体设计
图1为基于ZigBee无线抄表系统的网络结构图，其主要由ZigBee自组网、集抄中心及GPRS网三部分共同构成。它们各自都具有不同的功能，在系统中发挥着非常重要的作用，构成一个完整的系统。ZigBee自组网的主要功能是进行数据的采集和存储，同时实现数据采集器与集中器之间的数据通信；GPRS网是完成集中器与集抄中心之间的数据通信；在集抄中心配有数据库以及PC机，进而实现对所有数据的储存、分析、处理并发出命令。
ZigBee自组网可以设计为数据采集器、中转器及集中器三个部分，它们均属于ZigBee网的节点，都带有节点硬件，集中器为中心节点。
图1基于ZigBee的无线抄表系统网络结构图
基于ZigBee的无线抄表系统的硬件设计
2.1 ZigBee节点的硬件设计
图2为ZigBee节点原理图，其硬件主要包括CC2430、天线、传感器、功率放大以及电源这五个部分，其中CC2430模块的核心芯片的设计结合了Chipcpn公司先进的ZigBee协议栈和工具包；以IDE作为支持，内部线路的交互式调试以IAR为支持；结合DSSS和8051控制器，在国内外嵌入式射频芯片中性能和功能都是无可比拟的。对于ZigBee之外2.4GHz频率的设备也具有适用性；传感器模块的主要功能就是对电度表计的数据进行采集，通过信号功率放大器模块实现传感器所采集数据的放大再将其传给CC2430模块进行后续的处理，这时CC2430模块将所采集到的数据信号进行模数转换之后进行处理，处理完成之后通过天线模块将出现信号发出；电源模块所起到的作用就是给整个系统供电。
图2 ZigBee节点原理图
2.2数据中转器的硬件设计
系统通常所处的位置是比较复杂的家居环境当中，无疑受到很多干扰，给ZigBee的信号强度造成不同程度的影响，这样传输距离就缩短了，但事实上采集器和集中器之间的距离是比较远的，而且采集器不具备存储数据的功能，基于此种情况，文中在系统中设计了数据中转器，其主要由CC2430、射频RF功率放大及存储器等共同构成。在射频芯片和天线之间设计了RF公路放大电路以保证整个系统的数据传输能力；存储器的主要作用就是对来自采集器数据电路存储。
2.3集中器的硬件设计
集中器作为系统中心节点，其主要由CC2430、GPRS模块、ARM芯片、复位模块以及电源共同构成，如图3所示。以下主要分析ARM芯片以及GPRS模块的选型。ARM微处理器由于局域很多领域中都得到了极为广泛的应用。综合考虑多种因素，文中设计的系统最后选用了三星公司生产的S3C2410，其作为一款嵌入式微处理器，对便携式、高性价比以及低功耗设备尤为适用；GPRS通信网具有性能完善、覆盖面广、纠错能力强等优点，文中所设计的系统选用它来保证集抄中心和集中器之间通信的实时性和可靠性。本设计选用了SIM100，它具有较高的性价比，同时具有增强型AT命令集，可以为用户提供功能完善的系统接口，可有效节约成本。模块可以支持外部的SIM卡，所选用的SIM卡应开通GPRS业务。
图3 GPRS模块电路原理图
软件设计
图4为系统核心部件集中器软件的工作流程图，其主要包括对所有ZigBee节点以及集抄中心的监听。在受到入网的信息时，集中器对所属ZigBee网络的网址和节点个数机械查询，若有空节点存在且不是已有网址，便进行入网允许；在收到表计数据时通过GPRS向集抄中心上报。在收到下发给集中器的信息时，由集中器完成处理；在收到向电表下发的信息时，将其通过ZigBee传给电表由其进行一定的处理。
图4集中器软件工作流程图
结束语
文中所设计的无线抄表系统采用了ZigBee技术，经过实践，该系统具有良好的性能、较好的使用价值和开发性，对居民小区的自动抄表领域具有較强的适用性。由于系统具有较高的可靠性，将会有着广阔的应用和发展前景。
参考文献
[1]王凯,彭瑜,郑丽国,黄冠宇.基于ZigBeee无线水表自动抄表系统的研究与设计[J].自动化仪表.2006(1).
[2]石家骏.钟俊.易平.基于ZigBeee的无线抄表系统网关的设计与实现[J].计算机工程与设计.2011(3).
[3]何宾,吕育斌,冯涛.ZigBeee技术和DL/T645规约在无线抄表系统中的应用[J].电力系统保护与控制.2009(24).
关键词：ZigBeee；无线抄表系统；设计
Abstract: ZigBeee as a new type of wireless communication technology, has the advantages of low cost and power, so as to realize proximity sensor network is the most appropriate solution. Based on the design of the wireless meter reading system based on ZigBeee is analyzed, based on ZigBeee reliable basis for the realization of the wireless meter reading system.
Key words: ZigBeee; The wireless meter reading system; design
中图分类号： F281 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
传统人工抄表方式的很多不足已无法适应现代抄表需求，人们开始对自动抄表方式进行深入研究并使用。本文提出了基于ZigBee技术的无线抄表设计方案，其具有可靠性高、功耗低、计量准确、操作简单以及自动化程度高等优点。
基于ZigBee的无线抄表系统总体设计
图1为基于ZigBee无线抄表系统的网络结构图，其主要由ZigBee自组网、集抄中心及GPRS网三部分共同构成。它们各自都具有不同的功能，在系统中发挥着非常重要的作用，构成一个完整的系统。ZigBee自组网的主要功能是进行数据的采集和存储，同时实现数据采集器与集中器之间的数据通信；GPRS网是完成集中器与集抄中心之间的数据通信；在集抄中心配有数据库以及PC机，进而实现对所有数据的储存、分析、处理并发出命令。
ZigBee自组网可以设计为数据采集器、中转器及集中器三个部分，它们均属于ZigBee网的节点，都带有节点硬件，集中器为中心节点。
图1基于ZigBee的无线抄表系统网络结构图
基于ZigBee的无线抄表系统的硬件设计
2.1 ZigBee节点的硬件设计
图2为ZigBee节点原理图，其硬件主要包括CC2430、天线、传感器、功率放大以及电源这五个部分，其中CC2430模块的核心芯片的设计结合了Chipcpn公司先进的ZigBee协议栈和工具包；以IDE作为支持，内部线路的交互式调试以IAR为支持；结合DSSS和8051控制器，在国内外嵌入式射频芯片中性能和功能都是无可比拟的。对于ZigBee之外2.4GHz频率的设备也具有适用性；传感器模块的主要功能就是对电度表计的数据进行采集，通过信号功率放大器模块实现传感器所采集数据的放大再将其传给CC2430模块进行后续的处理，这时CC2430模块将所采集到的数据信号进行模数转换之后进行处理，处理完成之后通过天线模块将出现信号发出；电源模块所起到的作用就是给整个系统供电。
图2 ZigBee节点原理图
2.2数据中转器的硬件设计
系统通常所处的位置是比较复杂的家居环境当中，无疑受到很多干扰，给ZigBee的信号强度造成不同程度的影响，这样传输距离就缩短了，但事实上采集器和集中器之间的距离是比较远的，而且采集器不具备存储数据的功能，基于此种情况，文中在系统中设计了数据中转器，其主要由CC2430、射频RF功率放大及存储器等共同构成。在射频芯片和天线之间设计了RF公路放大电路以保证整个系统的数据传输能力；存储器的主要作用就是对来自采集器数据电路存储。
2.3集中器的硬件设计
集中器作为系统中心节点，其主要由CC2430、GPRS模块、ARM芯片、复位模块以及电源共同构成，如图3所示。以下主要分析ARM芯片以及GPRS模块的选型。ARM微处理器由于局域很多领域中都得到了极为广泛的应用。综合考虑多种因素，文中设计的系统最后选用了三星公司生产的S3C2410，其作为一款嵌入式微处理器，对便携式、高性价比以及低功耗设备尤为适用；GPRS通信网具有性能完善、覆盖面广、纠错能力强等优点，文中所设计的系统选用它来保证集抄中心和集中器之间通信的实时性和可靠性。本设计选用了SIM100，它具有较高的性价比，同时具有增强型AT命令集，可以为用户提供功能完善的系统接口，可有效节约成本。模块可以支持外部的SIM卡，所选用的SIM卡应开通GPRS业务。
图3 GPRS模块电路原理图
软件设计
图4为系统核心部件集中器软件的工作流程图，其主要包括对所有ZigBee节点以及集抄中心的监听。在受到入网的信息时，集中器对所属ZigBee网络的网址和节点个数机械查询，若有空节点存在且不是已有网址，便进行入网允许；在收到表计数据时通过GPRS向集抄中心上报。在收到下发给集中器的信息时，由集中器完成处理；在收到向电表下发的信息时，将其通过ZigBee传给电表由其进行一定的处理。
图4集中器软件工作流程图
结束语
文中所设计的无线抄表系统采用了ZigBee技术，经过实践，该系统具有良好的性能、较好的使用价值和开发性，对居民小区的自动抄表领域具有較强的适用性。由于系统具有较高的可靠性，将会有着广阔的应用和发展前景。
参考文献
[1]王凯,彭瑜,郑丽国,黄冠宇.基于ZigBeee无线水表自动抄表系统的研究与设计[J].自动化仪表.2006(1).
[2]石家骏.钟俊.易平.基于ZigBeee的无线抄表系统网关的设计与实现[J].计算机工程与设计.2011(3).
[3]何宾,吕育斌,冯涛.ZigBeee技术和DL/T645规约在无线抄表系统中的应用[J].电力系统保护与控制.2009(24).