一種基于自組網(wǎng)絡(luò)的無線抄表系統(tǒng)研制

2．1 MCU+RF模塊
核心模塊采用具有最新技術(shù)的Silicon公司的芯片Si1010。Si10xx系列無線MCU具有25 MHz的8051內(nèi)核、EZRadioPRO Sub-GHz RF收發(fā)器、最高達(dá)64 KB的FLASH和最高12 b的ADC，所有組件集成在5 mm×7 mm大小的封裝內(nèi)。Si10xx系列產(chǎn)品是業(yè)界最高效的單芯片無線MCU解決方案，常用操作模式下具有最低的電流消耗。Si10xx無線MCU是全球惟一能工作在0．9 V、并集成RF無線收發(fā)功能的MCU，它還是目前全球工作功耗最低的MCU，僅有160μA／MHz，這使得基于它的應(yīng)用無需使用昂貴的鋰電池，而可改用便宜的堿性電池。其RF收發(fā)器的輸出功率高達(dá)+20 dBm，室外無線工作距離可達(dá)3 km，在室內(nèi)工作時(shí)可穿過7～10層樓，是無線抄表器的絕佳選擇。
2．2 供電單元
采集控制中心節(jié)點(diǎn)和無線傳感器節(jié)點(diǎn)都采用包括超級(jí)電容的阻容降壓方式供電，亦可選擇電池供電，因?yàn)镾i10xx系列產(chǎn)品的超低功耗架構(gòu)和快速喚醒(2μs)極大地延長了鋰／堿性電池的使用壽命。Si10xx架構(gòu)還包含DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器，可以為大負(fù)載提供高效電能，DC-DC轉(zhuǎn)換器還可為周期性RF收發(fā)提供所需電能，效率高達(dá)90％。
2．3 串口
控制中心節(jié)點(diǎn)可通過串口與PC機(jī)聯(lián)系，如收到上位機(jī)的采集命令，把采集到的數(shù)據(jù)送給PC機(jī)并顯示，故采取標(biāo)準(zhǔn)的RS 232C串口提供連接。對(duì)于分布節(jié)點(diǎn)，則可不需要串口通信。

3 無線自組網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
本設(shè)計(jì)采取CFDA(Cellular Fixed-wireless Digital Access)微蜂窩式固定無線數(shù)據(jù)接入平臺(tái)，每個(gè)分布節(jié)點(diǎn)既是數(shù)據(jù)接入點(diǎn)，同時(shí)也是中繼點(diǎn)，它是一種全路由的網(wǎng)絡(luò)狀的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。智能能源表計(jì)數(shù)據(jù)的可靠傳送是設(shè)計(jì)通信協(xié)議的關(guān)鍵。把每個(gè)數(shù)據(jù)采集終端和能源表計(jì)設(shè)為一個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)(為DAU)，負(fù)責(zé)采集智能表計(jì)的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)采集基站設(shè)為控制中心，智能表計(jì)的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送給CA C，控制中心則負(fù)責(zé)整個(gè)自動(dòng)抄表系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、管理及實(shí)時(shí)監(jiān)控。在小區(qū)自動(dòng)抄表系統(tǒng)中，為了區(qū)別網(wǎng)絡(luò)中每戶能源表計(jì)即無線傳感器節(jié)點(diǎn)，給每個(gè)節(jié)點(diǎn)首先分配一個(gè)惟一的ID信息。
當(dāng)數(shù)據(jù)采集模塊收到發(fā)給自己的采集命令就會(huì)采集數(shù)據(jù)并發(fā)送給控制中心節(jié)點(diǎn)。在抄表中心節(jié)點(diǎn)和采集終端之間采用無線通信方式，由于無線通信距離有限，有些傳感器節(jié)點(diǎn)不能直接把數(shù)據(jù)傳送到抄表中心，這就需要其他的傳感器節(jié)點(diǎn)即中繼節(jié)點(diǎn)來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。
針對(duì)提出的小區(qū)無線自動(dòng)抄表系統(tǒng)，必須處理好下面幾個(gè)問題：網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；新節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)；采集終端之間數(shù)據(jù)傳輸過程中的干擾。
基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)抄表系統(tǒng)是一個(gè)多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)，本設(shè)汁中假?zèng)]一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)最多經(jīng)過3跳就可到達(dá)控制中心節(jié)點(diǎn)，整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。