基于ZigBee協(xié)議無(wú)線抄表智能電網(wǎng)終端設(shè)計(jì)?

作者：時(shí)間：2013-11-01 來源：網(wǎng)絡(luò)

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隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的不斷興起，由于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)極大的優(yōu)越性，使得越來越多的行業(yè)有線產(chǎn)品和技術(shù)被無(wú)線替代，在我國(guó)，自動(dòng)無(wú)線抄表技術(shù)(AMR)作為一種新型的抄表技術(shù)，具有易操作，成本低，不入戶等優(yōu)點(diǎn)，ZigBee作為一種新興的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具有功耗低、速率低、可靠性高、保密性強(qiáng)等特點(diǎn)，同時(shí)工作于國(guó)際免費(fèi)頻段，相比其他無(wú)線技術(shù)的較高網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用，大大降低了成本，很適合應(yīng)用于自動(dòng)無(wú)線抄表系統(tǒng)中。本文所設(shè)計(jì)終端是無(wú)線抄表中的重要一部分，數(shù)據(jù)收集主要采用RS 485總線和MCU控制模塊，無(wú)線發(fā)送部分采用ZigBee無(wú)線通信模塊。

1 ZigBee協(xié)議分析

ZigBee協(xié)議棧依次從最底層開始由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層組成，其中物理層和數(shù)據(jù)鏈路層由IEEE 802．15．4工作組制定，網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層(APL)由ZigBee聯(lián)盟制定。物理層定義了3種流量等級(jí)：當(dāng)頻率采用868 MHz時(shí)，提供20 Kb／s的傳輸速率；當(dāng)采用915MHz時(shí)，提供40 Kb／s的傳輸速率；當(dāng)采用2．4 GHz時(shí)，能夠提供250 Kb／s的傳輸速率，在我國(guó)采用的是這種免費(fèi)頻段。數(shù)據(jù)鏈路層可分為邏輯鏈路控制子層(LLC)和介質(zhì)訪問控制子層(MAC)，其功能包括數(shù)據(jù)包的分段與重組，數(shù)據(jù)包的順序傳輸，無(wú)線鏈路的建立、維護(hù)和拆除，確認(rèn)模式的幀傳送和接收，信道接入控制、幀校驗(yàn)、預(yù)留時(shí)隙管理和廣播信息管理等。網(wǎng)絡(luò)層的功能包括拓?fù)涔芾?、MAC管理、路由管理和安全管理。應(yīng)用層是協(xié)議棧的最上層定義了各種類型的應(yīng)用業(yè)務(wù)。該系統(tǒng)中主要涉及ZigBee網(wǎng)路中數(shù)據(jù)采集終端節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，也可作為網(wǎng)絡(luò)路由器應(yīng)用。

2 無(wú)線抄表數(shù)據(jù)收發(fā)終端總體設(shè)計(jì)

RS 485總線具有很強(qiáng)的抗共模干擾能力，可以進(jìn)行多點(diǎn)和雙向通信，允許在一對(duì)雙絞線上驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)設(shè)備，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)收發(fā)器管理多個(gè)用戶電表?；赗S 485總線電表簡(jiǎn)單易操作，成本低，市場(chǎng)上很多都是采用RS 485智能電表，該系統(tǒng)可以廣泛應(yīng)用。無(wú)線Zig-Bee模塊通過SPI接口接收來自微控制器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信號(hào)，將數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送出去。
無(wú)線抄表數(shù)據(jù)收發(fā)終端在整個(gè)抄表系統(tǒng)中扮演的是路由和終端的角色，是一種全功能設(shè)備FFD(Full Function Device)。該系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路是：通過RS 485總線將電表數(shù)據(jù)收集，然后通過MCU電路處理，通過RS 232，SPI接口發(fā)送到ZigBee無(wú)線通信模，塊，最后利用無(wú)線通信模塊發(fā)送到路由器節(jié)點(diǎn)或網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。