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摘要：将MCU系统与无线射频芯片相结合可以实现对无线电表的控制和对电能数据的采集和传输。本文利用ADE7755作为电能计量芯片，并结合由MCU PIC18F4620和无线射频芯片CC2420组成的ZigBee无线传输网络，实现了基于ZigBee技术的无线抄表系统。
关键词：ADE7755；CC2420；ZigBee；无线抄表系统
中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)09-11628-03
Wireless Meter Reading Technology Based on ZigBee
LI Hai-ying, ZENG Lian-sun
(Shanghai Maritime Univesity, Shanghai 200135, China)
Abstract: The data collecting and transmission can be realized by the system of MCU and radio frequency chips.The wireless meter reading system design based on ZigBee is realized by using ADE7755 as electrical energy measurement chip and connecting the ZigBee wireless netwoek based on the combine of MCU PIC18F4620 and RF chip cc2420.
Key words: ADE7755; CC2420; ZigBee; Wireless meter reading system
1 引言
长期以来，供电管理部门对用户电量的统计一直是在人工抄表的基础上进行的，工作量大，且准确性和及时性得不到可靠的保障，直接影响供电部门的工作效率，行业的实际需求催生着自动抄表系统的技术和应用的不断发展。将ZigBee技术应用于自动抄表系统中，既节省了成本又保证了数据传输的时效性。
2 ZigBee技术简介及其特点
Zigbee技术是基于IEEE802.15.4通信标准的短距离、低速率、低功耗无线网络技术，其PHY层和MAC层协议为IEEE502.15.4协议标准，网络层由ZigBee技术联盟制定，应用层的开发应用根据用户自己的应用需要，对其进行开发利用，因此该技术能够为用户提供机动、灵活的组网方式。其协议结构如 图1所示。
4 系统硬件结构
无线抄表系统的硬件电路主要有电源电路、电能计量电路、射频电路和MCU及其外围电路组成。电源电路为整个系统提供工作电压；电能计量电路实现电量的采集；MCU和射频电路分别实现对系统的控制和数据的收发。
4.1 电能计量电路
电能计量电路主要由电能检测IC ADE7755和电压、电流采样电路组成,如图3所示。ADE7755是ADI公司生产的一款高准确度单相电能测量IC，它将有功功率以频率的形式输出。负载电流经电流互感器CT转换成电压信号后通过滤波器接入ADE7755的V1P和V1N端，220V相电压经变压器PT降压，然后经分压电路和滤波电路接入ADE7755的V2P和V2N端，二者经ADE7755转换成有效功率以高频脉冲形式从CF脚输出并接入MCU的外部中断信号输入端，即通过MCU检测脉冲频率求得功率，同时将ADE7755 REVP端的输出接到MCU的并行输入端，然后根据REVP的高低电平状态的变化来确定功率到底是超前还是滞后。
5 系统软件设计
在软件方面,通过对ZigBee协议栈的操作,实现ZigBee无线通信.本系统设计采用的是Microchip公司的PIC18系列单片机，因而采用了Microchip公司提供的ZigBee协议栈，它支持2.4GHz频带的ChipconCC2420射频收发器；支持简化功能设备和协调器；在协调器节点中实现对邻接表和绑定表的非易失性存储；支持非时隙的星型网络；可以在大多数PIC18系列单片机之间进行移植；易于添加或删除特定模块的模块化设计。
该系统的软件由数据采集终端程序和数据接受终端程序组成，均包括初始化程序、发射程序和接收程序。初始化程序主要是对单片机、射频芯片、SPI 等进行初始化；发射程序将所建立的数据包通过单片机的SPI接口送至射频发射模块输出；接收程序完成数据的接收并进行处理。数据采集终端软件流程如图5 所示。
（1）帧起始符68H：标识一帧信息的开始，其值为68H；
（2）地址域A0-A5：A5：地址域由6 个字节构成，每字节2 位BCD 码。地址长度可达12 位十进制数，可以为表号、资产号、用户号、设备号等。具体使用可由用户自行决定；
（3）控制码C：控制码的格式如图7所示：
D7=0：由主站发出的命令帧；D7=1：由从站发出的应答帧；D6=0：从站正确应答；D6=1：从站对异常信息的应答；D5=0：无后续数据帧；D5=1：有后续数据帧。
D4～D0：请求及应答功能码；00000：保留；00001：读数据；00010：读后续数据；00011：重读数据；00100：写数据；01000：广播校时；01010：写设备地址；01100：更改通信速率；01111：修改密码；10000：最大需量清零。
（4）数据长度L：L 为数据域的字节数。读数据时L≤200，写数据时L≤50，L=0 表示无数据域；
（5）数据域DATA：数据域包括数据标识和数据、密码等，其结构随控制码的功能而改变。传输时发送方按字节进行加33H 处理，接收方按字节进行减33H 处理；
（6）校验码CS：从帧起始符开始到校验码之前的所有各字节的模256 的和，即各字节二进制算术和，不计超过256 的溢出值；
（7）结束符16H：标识一帧信息的结束，其值为16H。
7 结束语
本文的基于ZigBee的无线抄表系统经实验证明能够实现对电能数据的采集和传输，既安全又便利，节省了成本。随着ZigBee技术的不断发展，无线抄表系统将更加成熟。
参考文献：
[1] 蒋挺.紫蜂技术及其应用[M].北京：北京邮电大学出版社．
[2] 广州周立功单片机发展有限公司.DDSF系列电能表的设计方案[EB/OL].http://www.zlgmcu.com．
[3] 中华人民共和国电力行业标准.多功能电能表通信规约[S](DL/T 645-1997),1998-02-10批准,1998-06-01实施.
关键词：ADE7755；CC2420；ZigBee；无线抄表系统
中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)09-11628-03
Wireless Meter Reading Technology Based on ZigBee
LI Hai-ying, ZENG Lian-sun
(Shanghai Maritime Univesity, Shanghai 200135, China)
Abstract: The data collecting and transmission can be realized by the system of MCU and radio frequency chips.The wireless meter reading system design based on ZigBee is realized by using ADE7755 as electrical energy measurement chip and connecting the ZigBee wireless netwoek based on the combine of MCU PIC18F4620 and RF chip cc2420.
Key words: ADE7755; CC2420; ZigBee; Wireless meter reading system
1 引言
长期以来，供电管理部门对用户电量的统计一直是在人工抄表的基础上进行的，工作量大，且准确性和及时性得不到可靠的保障，直接影响供电部门的工作效率，行业的实际需求催生着自动抄表系统的技术和应用的不断发展。将ZigBee技术应用于自动抄表系统中，既节省了成本又保证了数据传输的时效性。
2 ZigBee技术简介及其特点
Zigbee技术是基于IEEE802.15.4通信标准的短距离、低速率、低功耗无线网络技术，其PHY层和MAC层协议为IEEE502.15.4协议标准，网络层由ZigBee技术联盟制定，应用层的开发应用根据用户自己的应用需要，对其进行开发利用，因此该技术能够为用户提供机动、灵活的组网方式。其协议结构如 图1所示。
4 系统硬件结构
无线抄表系统的硬件电路主要有电源电路、电能计量电路、射频电路和MCU及其外围电路组成。电源电路为整个系统提供工作电压；电能计量电路实现电量的采集；MCU和射频电路分别实现对系统的控制和数据的收发。
4.1 电能计量电路
电能计量电路主要由电能检测IC ADE7755和电压、电流采样电路组成,如图3所示。ADE7755是ADI公司生产的一款高准确度单相电能测量IC，它将有功功率以频率的形式输出。负载电流经电流互感器CT转换成电压信号后通过滤波器接入ADE7755的V1P和V1N端，220V相电压经变压器PT降压，然后经分压电路和滤波电路接入ADE7755的V2P和V2N端，二者经ADE7755转换成有效功率以高频脉冲形式从CF脚输出并接入MCU的外部中断信号输入端，即通过MCU检测脉冲频率求得功率，同时将ADE7755 REVP端的输出接到MCU的并行输入端，然后根据REVP的高低电平状态的变化来确定功率到底是超前还是滞后。
5 系统软件设计
在软件方面,通过对ZigBee协议栈的操作,实现ZigBee无线通信.本系统设计采用的是Microchip公司的PIC18系列单片机，因而采用了Microchip公司提供的ZigBee协议栈，它支持2.4GHz频带的ChipconCC2420射频收发器；支持简化功能设备和协调器；在协调器节点中实现对邻接表和绑定表的非易失性存储；支持非时隙的星型网络；可以在大多数PIC18系列单片机之间进行移植；易于添加或删除特定模块的模块化设计。
该系统的软件由数据采集终端程序和数据接受终端程序组成，均包括初始化程序、发射程序和接收程序。初始化程序主要是对单片机、射频芯片、SPI 等进行初始化；发射程序将所建立的数据包通过单片机的SPI接口送至射频发射模块输出；接收程序完成数据的接收并进行处理。数据采集终端软件流程如图5 所示。
（1）帧起始符68H：标识一帧信息的开始，其值为68H；
（2）地址域A0-A5：A5：地址域由6 个字节构成，每字节2 位BCD 码。地址长度可达12 位十进制数，可以为表号、资产号、用户号、设备号等。具体使用可由用户自行决定；
（3）控制码C：控制码的格式如图7所示：
D7=0：由主站发出的命令帧；D7=1：由从站发出的应答帧；D6=0：从站正确应答；D6=1：从站对异常信息的应答；D5=0：无后续数据帧；D5=1：有后续数据帧。
D4～D0：请求及应答功能码；00000：保留；00001：读数据；00010：读后续数据；00011：重读数据；00100：写数据；01000：广播校时；01010：写设备地址；01100：更改通信速率；01111：修改密码；10000：最大需量清零。
（4）数据长度L：L 为数据域的字节数。读数据时L≤200，写数据时L≤50，L=0 表示无数据域；
（5）数据域DATA：数据域包括数据标识和数据、密码等，其结构随控制码的功能而改变。传输时发送方按字节进行加33H 处理，接收方按字节进行减33H 处理；
（6）校验码CS：从帧起始符开始到校验码之前的所有各字节的模256 的和，即各字节二进制算术和，不计超过256 的溢出值；
（7）结束符16H：标识一帧信息的结束，其值为16H。
7 结束语
本文的基于ZigBee的无线抄表系统经实验证明能够实现对电能数据的采集和传输，既安全又便利，节省了成本。随着ZigBee技术的不断发展，无线抄表系统将更加成熟。
参考文献：
[1] 蒋挺.紫蜂技术及其应用[M].北京：北京邮电大学出版社．
[2] 广州周立功单片机发展有限公司.DDSF系列电能表的设计方案[EB/OL].http://www.zlgmcu.com．
[3] 中华人民共和国电力行业标准.多功能电能表通信规约[S](DL/T 645-1997),1998-02-10批准,1998-06-01实施.