无线抄表系统设计与实现

　　【摘要】对于居民小区抄表终端分布较密、距离较近的情况，采用基于ZigBee的无线组网可妥善解决自动抄表问题。本设计是基于LabVIEW与ZigBee 的无线抄表系统设计与实现，主要介绍了上位机软件设计，下位机硬件组成和工作原理。本设计具有节省时间、人力、物力，提高工作效率、降低物业成本，可及时地将用户水、电、气表数据抄送到物业等优点。
　　【关键词】LabVIEW;ZigBee;无线抄表
　　0 引言
　　基于 ZigBee无线网络平台的自动抄表系统具有以下特点：1）无需布设通信线路，各设备之间实现无线自动组网连接，降低了系统的安装成本;2）由于系统没有控制线路，避免了恶意破坏，整个系统的各个模块具有集成度高、可靠性高、功耗低、成本低、体积小等优点;3）ZigBee具有自组织功能，使网络无需人工干涉，网络节点能够感知其他节点的存在，并确定连接关系;4）整个网络使用的无线频率是国际通用的免费频段（2.4-2.48 GHz ISM），传输方式采用的是抗干扰能力强的直接序列扩频方式，使网络具有卓越的物理性能。本文提出一种基于LabVIEW和ZigBee的无线抄表系统方案，完成硬件设计和软件设计。本设计克服了传统的人工抄表模式的弊端，给水、电、气管理的自动化带来了方便。
　　1 系统总体设计
　　本系统主要包括两部分：上位机和下位机。上位机是小区物业管理中心的PC机，主要完成发送命令给下位机及显示查询结果。下位机主要由数据采集器、路由器、协调器组成。采集器用于处理和采集用户多个电能表信息，并通过无线射频信道与协调器交换数据，采集器通过RS-485总线与电能表连接，向下与仪表进行通信，通过仪表总线将一栋单元楼所有住户的仪表数据进行集抄，这样就构成了ZigBee网络的一个节点，向上则是与路由中继器进行通信，将数据通过 ZigBee网络上传至协调器。采集器节点通常被安置在居民楼顶可以减小环境对设备的干扰，各节点之间采用基于ZigBee协议的无线方式进行数据传输，最终将采集到的数据发送至上位机数据管理平台，系统总体设计框图如图1所示。
　　图1 无线抄表系统基本组成
　　2 下位机硬件设计
　　硬件设计过程中，ZigBee射频模块核心微处理器选用TI公司推出的低功耗片上系统CC2530射频芯片，与第一代CC2430相比，CC2530功耗更低，最大通信距离为400m，多达256kB的闪存以支持更大的应用，其强大的地址识别和数据包处理引擎，能够很好地匹配RF前端，封装更小。
　　2.1 采集器与路由器硬件设计
　　采集器的任务是接收上位机的指令，根据指令的要求抄取底层连接的数字仪表的数据，通过无线网络将数据发送给上位机。路由器的主要功能有：扩展无线传感器网络的传输范围;转发集中器与采集器间的通信命令与数据信息。采集器与仪表通过RS-485标准串行接口连接。根据RS-485通信协议，仪表通过RS- 485接口向采集器返回报文即仪表数据，采集器再将这些数据打包后通过无线网络传给集中器，集中器再将数据包上传给上位机。采集器与路由器硬件由核心处理器CC2530无线模块、RS-485接口电路、无线通信电路、电源电路等几部分组成。采集器与路由器硬件结构示意图如图2所示。
　　图2 采集器与路由器结构示意图
　　2.2 协调器硬件设计
　　协调器的硬件结构如图3所示，其主要功能有：负责启动、配置与协调整个ZigBee网络;下发集抄中心的命令与数据信息给ZigBee网络中的任一设备;接收ZigBee网络中任一设备返回的仪表数据、仪表状态与网络状态信息并上传到小区管理中心上位机。
　　图3 协调器结构示意图

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