基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)居民小區(qū)抄表系統(tǒng)的技術(shù)要求，設(shè)計(jì)了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的的遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)方案，該系統(tǒng)將有線通信與無線通信、ZigBee短距離通信與GPRS／CDMA／3G遠(yuǎn)距離通信有機(jī)地結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了居民小區(qū)的遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表。給出了組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖，闡述了抄表管理中心的軟件結(jié)構(gòu)框圖和主要功能。與傳統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案相比，該方案的通信設(shè)計(jì)有明顯的優(yōu)勢(shì)。
關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；自動(dòng)抄表；通信組網(wǎng)；居民小區(qū)

0 引言
供水、供電、供氣等系統(tǒng)的用戶表數(shù)據(jù)自動(dòng)抄送具有十分重要的意義，不僅便于數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和管理，而且極大地提高了工作效率，同時(shí)也改善了居民的生活質(zhì)量。自動(dòng)抄表(Automatic Meter Reading，AMR)系統(tǒng)，是指利用微電子、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及傳感等技術(shù)自動(dòng)讀取和處理儀表數(shù)據(jù)，將城市居民的用水、用電、用氣等信息加以綜合處理的自動(dòng)化系統(tǒng)。目前的自動(dòng)抄表系統(tǒng)，可分為有線方式和無線方式兩類。由于無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了許多面向抄表系統(tǒng)的無線解決方案，如無線數(shù)傳電臺(tái)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以及GPRS／CDMA／3G無線公網(wǎng)或者多種方式結(jié)合等。有線方式，如RS 485總線，技術(shù)簡單、成熟，易于實(shí)現(xiàn)，但施工布線工作量大，網(wǎng)線易受人為破壞。無線抄表系統(tǒng)在系
統(tǒng)安裝的方便、快捷方面具有更大優(yōu)勢(shì)。

1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks，WSN)是當(dāng)前在國際上備受關(guān)注的、涉及多學(xué)科高度交叉、知識(shí)高度集成的前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域。它綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等，能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實(shí)時(shí)監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對(duì)象的信息，這些信息通過無線方式發(fā)送，并以自組織多跳的網(wǎng)絡(luò)方式傳送到管理終端。

2 居民小區(qū)遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
2．1 系統(tǒng)組成
系統(tǒng)由位于監(jiān)測管理中心的主站(包括前置機(jī)、多個(gè)工作站和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器)和數(shù)據(jù)采集器及ZigBee節(jié)點(diǎn)、ZigBee中心節(jié)點(diǎn)及GPRS／CDMA ／3G轉(zhuǎn)發(fā)點(diǎn)、用戶表等部分組成。
2．2 居民小區(qū)組網(wǎng)
居民小區(qū)抄表分為新建小區(qū)和舊城小區(qū)。新建小區(qū)根據(jù)建設(shè)部提出的小康型住宅小區(qū)規(guī)劃要求，新建和改建的住宅統(tǒng)一規(guī)劃，實(shí)行水、電、氣三表出戶統(tǒng)一管理表具，用戶表比較集中。舊城小區(qū)用戶表比較分散。采用ZigBee技術(shù)實(shí)現(xiàn)水、電、氣三表的無線抄表是一個(gè)非常理想的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點(diǎn)，綜合考慮自動(dòng)抄表系統(tǒng)的穩(wěn)定性、系統(tǒng)成本及樓宇小區(qū)的實(shí)際情況，提出有線與無線網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的綜合通信組網(wǎng)方式。
居民樓層內(nèi)采用RS 485有線連接、居民樓層間ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)、居民小區(qū)無線公網(wǎng)的綜合通信方式，為水電氣三表的無線自動(dòng)抄表提供了切實(shí)可行的解決方案。每樓層內(nèi)的用戶表數(shù)據(jù)通過RS 485總線傳輸?shù)揭粋€(gè)數(shù)據(jù)采集器，該采集器通過小區(qū)ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)叫^(qū)的數(shù)據(jù)采集中心，小區(qū)數(shù)據(jù)采集中心通過GPRS／CDMA／3G無線公網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳送到水、電、氣公用事業(yè)公司的抄表管理中心。
小區(qū)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)布設(shè)示意如圖1所示。特點(diǎn)如下：