一種ZigBee電力無線抄表數(shù)據(jù)收發(fā)終端設(shè)計
摘要:為了解決ZigBee無線抄表系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集發(fā)送集成度不高、設(shè)備繁瑣等問題,通過對ZigBee無線標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的研究和對當(dāng)前無線抄表系統(tǒng)實現(xiàn)過程的分析,設(shè)計出一種基于ZigBee的電表數(shù)據(jù)收發(fā)終端。該終端主要是將MCU系統(tǒng)和RF CC2430無線射頻芯片相結(jié)合,包括數(shù)據(jù)接收、無線數(shù)據(jù)發(fā)送和電源三個硬件電路部分,完成對電表數(shù)據(jù)的接收和無線發(fā)送,重點闡述該終端節(jié)點的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計和軟件設(shè)計流程。通過對其在無線抄表系統(tǒng)中檢測,接收發(fā)送數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。實踐表明,該終端可作為一個通用模塊應(yīng)用到其他無線收發(fā)系統(tǒng)中,具有很強(qiáng)的實用性和可移植性的特點。
關(guān)鍵詞:ZigBee;ATmega64L;CC2430;無線抄表;RS 485
0 引言
隨著無線網(wǎng)絡(luò)的不斷興起,由于無線網(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)被無線替代,在我國,自動無線抄表技術(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,ZigBee作為一種新興的無線網(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,同時工作于國際免費頻段,相比其他無線技術(shù)的較高網(wǎng)絡(luò)費用,大大降低了成本,很適合應(yīng)用于自動無線抄表系統(tǒng)中。本文所設(shè)計終端是無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,無線發(fā)送部分采用ZigBee無線通信模塊。
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:當(dāng)頻率采用868 MHz時,提供20 Kb/s的傳輸速率;當(dāng)采用915MHz時,提供40 Kb/s的傳輸速率;當(dāng)采用2.4 GHz時,能夠提供250 Kb/s的傳輸速率,在我國采用的是這種免費頻段。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、預(yù)留時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)點的設(shè)計,也可作為網(wǎng)絡(luò)路由器應(yīng)用。
2 無線抄表數(shù)據(jù)收發(fā)終端總體設(shè)計
RS 485總線具有很強(qiáng)的抗共模干擾能力,可以進(jìn)行多點和雙向通信,允許在一對雙絞線上驅(qū)動一個或多個設(shè)備,這樣就可以實現(xiàn)一個收發(fā)器管理多個用戶電表?;赗S 485總線電表簡單易操作,成本低,市場上很多都是采用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,將數(shù)據(jù)信號發(fā)送出去。
無線抄表數(shù)據(jù)收發(fā)終端在整個抄表系統(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無線通信模,塊,最后利用無線通信模塊發(fā)送到路由器節(jié)點或網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
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