基于Atmega128L的低功耗無線水表數(shù)據(jù)采集通信終端的設(shè)計(jì)和研究
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2 軟件設(shè)計(jì)
2.1 集中器與采集器通信協(xié)議
為確保集中器與采集器之間能夠順暢地進(jìn)行通信，采用主-從結(jié)構(gòu)的半雙工通信方式，設(shè)計(jì)通信協(xié)議如表1所示。
根據(jù)CJ/T188-2004《用戶計(jì)量儀表數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)條件》，幀起始符是表示一幀信息的開始，規(guī)定為68H；儀表類型是采集通信終端的水表類型，本終端為冷水表，儀表類型是10H；地址域是識別每個(gè)采集終端的唯一標(biāo)識，由7個(gè)字節(jié)組成，每個(gè)字節(jié)為2位BCD碼，地址長度為14位十進(jìn)制數(shù)，最少可接入上千億個(gè)終端；控制碼定義了通信規(guī)則[5]；數(shù)據(jù)長度為數(shù)據(jù)域的字節(jié)數(shù)，用十六進(jìn)制表示，讀終端數(shù)據(jù)時(shí)L不大于64H，寫終端數(shù)據(jù)時(shí)L不大于32H，L=0時(shí)無數(shù)據(jù)域；數(shù)據(jù)域?yàn)閭鬏數(shù)臄?shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)標(biāo)識、序列號和數(shù)據(jù)；校驗(yàn)碼用來檢驗(yàn)該組數(shù)字的正確性，采用偶校驗(yàn)；結(jié)束符標(biāo)識一幀信息的結(jié)束，規(guī)定為16H。
字節(jié)格式為每字節(jié)含8位二進(jìn)制碼，傳輸時(shí)加上一個(gè)起始位(0)、一個(gè)偶校驗(yàn)位(E)和一個(gè)停止位(1)，共11位，先傳低位后傳高位。
2.2 采集通信終端軟件設(shè)計(jì)
終端節(jié)點(diǎn)上的軟件負(fù)責(zé)完成用戶數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，并通過無線通信模塊將采集的數(shù)據(jù)包傳送至數(shù)據(jù)集中器。終端節(jié)點(diǎn)遵循休眠-被喚醒-正常工作-休眠的循環(huán)工作模式。在休眠狀態(tài)下，處理器停止工作，無線模塊處于休眠狀態(tài)。當(dāng)終端接收到內(nèi)部定時(shí)器的喚醒命令后，終端節(jié)點(diǎn)被喚醒，處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、發(fā)送等命令。為了確保集中器能夠收到終端節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)，集中器要返回給終端節(jié)點(diǎn)一個(gè)收到數(shù)據(jù)指令。這樣做可以在軟件上盡量降低丟包率和系統(tǒng)的功耗。終端節(jié)點(diǎn)的軟件工作流程如圖5所示。
3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析
為了測量數(shù)據(jù)采集通信終端的丟包率和正確率，分別選取疊加厚度為70 cm的墻壁和空曠地帶進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。測試結(jié)果如表2所示。
對比在有障礙物和空曠地帶的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，障礙物的阻擋導(dǎo)致丟包率和正確率的下降、傳輸距離變小，嚴(yán)重影響了通信的可靠性。對比不同通信距離的空曠地帶數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，傳輸距離越遠(yuǎn)，丟包率越高、正確率越低。結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果及反復(fù)實(shí)驗(yàn)情況，得出影響水表采集通信終端可靠性的主要因素有兩個(gè)：傳輸距離與障礙物的阻擋情況；其他無線技術(shù)的干擾。為了解決以上問題提高系統(tǒng)的可靠性，可采取如下措施：在硬件設(shè)置上提高發(fā)射功率；在軟件設(shè)計(jì)上，增加接收反饋幀以及超時(shí)重發(fā)。實(shí)驗(yàn)證明，在數(shù)據(jù)采集通信終端在地下時(shí)，完全可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)。
低功耗無線水表數(shù)據(jù)采集通信終端的設(shè)計(jì)和研究，實(shí)現(xiàn)了地下水表數(shù)據(jù)抄收的功能，解決了地下水抄收困難的問題。相信這種自動(dòng)抄表技術(shù)將會在工業(yè)節(jié)水方面得到很好的應(yīng)用和更好的發(fā)展，也會為水表、電表、氣表、熱表的融合提供更好的支持。
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