基于無線網(wǎng)絡(luò)的遠程電力抄表系統(tǒng)的設(shè)計

圖4 終端節(jié)點流程圖

2 網(wǎng)關(guān)節(jié)點程序設(shè)計
網(wǎng)關(guān)設(shè)備是整個ZigBee網(wǎng)絡(luò)的核心，一方面擔(dān)任起網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的角色，另一方面還要完成與Web服務(wù)器的通信。

首先系統(tǒng)開始啟動，然后初始化所有的硬件和軟件，并組織以自己為協(xié)調(diào)器的網(wǎng)絡(luò)，初始化網(wǎng)絡(luò)的深度等網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的信息，然后定時發(fā)送信標(biāo)幀。隨后進入中斷的循環(huán)檢測和處理過程，查看是否有中斷信息的到來，如果是來自網(wǎng)絡(luò)中某一節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)中斷，則對此數(shù)據(jù)進行整理，然后發(fā)送給GPRS模塊，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到遠程的服務(wù)器端，并且給網(wǎng)絡(luò)中源節(jié)點確認信息。如果這個中斷是來自網(wǎng)絡(luò)中管理信息的中斷，例如，一個節(jié)點申請加入到該網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，則根據(jù)整個網(wǎng)絡(luò)的容量，給出相應(yīng)的應(yīng)答信息給此節(jié)點。

注意網(wǎng)關(guān)模塊與遠程服務(wù)器的通信模式：網(wǎng)關(guān)模塊要把數(shù)據(jù)發(fā)送到遠程的服務(wù)器，先是通過串口用AT命令集把數(shù)據(jù)發(fā)到GPRS模塊，有GPRS模塊完成數(shù)據(jù)的發(fā)送。當(dāng)GPRS模塊接收到數(shù)據(jù)，會通過串口，以中斷的方式告知。通知控制器來處理數(shù)據(jù)。

3 服務(wù)器端接收數(shù)據(jù)
服務(wù)器從指定端口的TCP SOCKET接收電表數(shù)據(jù)，按照網(wǎng)關(guān)設(shè)備終端確定的應(yīng)用層數(shù)據(jù)格式從各數(shù)據(jù)報中提取電表數(shù)據(jù)，最后把接收到的電表數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫的DeviceData字段中。服務(wù)器數(shù)據(jù)庫選用的是SQL Server2000。

低功耗設(shè)計
從兩個方面進行了低功耗設(shè)計，即本質(zhì)低功耗設(shè)計和控制低功耗設(shè)計。

本質(zhì)低功耗設(shè)計是指所使用的電子元器件都采用低功耗類的元器件，其特點是低電壓供電。本系統(tǒng)采用的CC2430、MC35i以及MC3485等都采用的是低功耗芯片。

控制低功耗設(shè)計是指在系統(tǒng)工作時通過控制各部分的供電來降低系統(tǒng)總功耗。本系統(tǒng)的終端節(jié)點在初始化完畢后即進入休眠狀態(tài)，只有在外中斷喚醒它時才進入工作狀態(tài)，數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后又進入休眠狀態(tài)。網(wǎng)關(guān)節(jié)點由定時器控制定時發(fā)送信標(biāo)幀進行網(wǎng)絡(luò)動態(tài)管理，接收網(wǎng)絡(luò)的中斷信號進行相應(yīng)的操作，除此之外的其他時間網(wǎng)關(guān)節(jié)點也進入休眠態(tài)。通過對程序的仔細設(shè)計，系統(tǒng)可以有80%以上的時間處于休眠態(tài)，因此也極大地降低了功耗。

實驗原型系統(tǒng)測試，ZigBee網(wǎng)絡(luò)通信成功率98.12%，電池在系統(tǒng)測試運行1個月后幾乎沒有降低，實際使用時可以保證9個月以上的壽命。

結(jié)束語
介紹了一種基于ZigBee和GPRS無線網(wǎng)絡(luò)的遠程電力抄表系統(tǒng)。利用ZigBee協(xié)議簡單、成本低、距離近、動態(tài)組網(wǎng)以及GPRS網(wǎng)絡(luò)瞬間上網(wǎng)、永遠在線、按量計費、數(shù)據(jù)傳輸量大的特點，以一個樓道或一棟建筑物為單元組建一個無線局域網(wǎng)，再利用ZigBee/GPRS網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給數(shù)據(jù)電力公司的抄表中心，較好地解決了現(xiàn)行抄表系統(tǒng)節(jié)點眾多、布線復(fù)雜、維護不便的問題。終端節(jié)點和網(wǎng)關(guān)節(jié)點所選用的CC2430和MC35i均為行業(yè)最具代表性的芯片，功能強大、集成度高且均為低功耗芯片，同時在程序中注重了“休眠”低功耗設(shè)計。原型系統(tǒng)通信可靠、耗電極低、抗干擾能力強，其推廣應(yīng)用前景十分遠大。