基于CC2480的Zigbee無線水表自動(dòng)抄表系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

摘要：隨著科技的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)抄水表技術(shù)已不再適合當(dāng)今物業(yè)管理的需要，無線自動(dòng)抄水表技術(shù)與其相比具有不入戶、管理費(fèi)用低，快速以及避免誤抄、錯(cuò)抄等優(yōu)點(diǎn)。基于此設(shè)計(jì)了一種無線抄表系統(tǒng)，該設(shè)計(jì)共包含遠(yuǎn)程用戶終端模塊和無線收發(fā)模塊兩部分，這兩部分都采用射頻芯片CC2480和相應(yīng)的電路組成，并采用T1最新推出的首款Z-Aeee1系列處理器。用二進(jìn)制計(jì)數(shù)方法讀取水表數(shù)據(jù)．然后通過射頻部分收集此數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)不入戶采集多戶數(shù)據(jù)，且成本較低。
關(guān)鍵詞：Zigbee；無線網(wǎng)絡(luò)；IEEE 802．15．4規(guī)范；CC2480；傳統(tǒng)抄水表；無線抄水表

0 引 言
隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，無線抄表系統(tǒng)越來越受到人們的親睞并逐漸取代了傳統(tǒng)的抄表系統(tǒng)傳統(tǒng)抄表系統(tǒng)大致可以分為三類：智能卡水表、有線自動(dòng)抄表系統(tǒng)、無線智能水表。其中有線自動(dòng)抄表系統(tǒng)又可分為分線制集中抄表和總線制集中抄表。由于前兩種方式都存在著不利因素，故目前無線自動(dòng)抄表系統(tǒng)越來越受到業(yè)界的矚目。

l Zigbee技術(shù)簡(jiǎn)介
1．1 Zigbee技術(shù)概述
Zigbee采用IEEE 802．15．4通信標(biāo)準(zhǔn)，工作于免申請(qǐng)和免費(fèi)使用的2．4 GHz頻段，是一種新興的短距離、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本、低復(fù)雜度的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要用于近距離傳輸，適合用于無線數(shù)據(jù)采集、無線工業(yè)控制、消費(fèi)性電子設(shè)備、汽車自動(dòng)化、家庭和樓宇自動(dòng)化、醫(yī)用設(shè)備控制、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制等場(chǎng)合。Zigbee技術(shù)同Bluetooth，Wi-Fi相比較具有如下優(yōu)點(diǎn)：
數(shù)據(jù)傳輸速率低：10～250 KB／s，專注于低傳輸應(yīng)用。
功耗低：在低功耗待機(jī)模式下，兩節(jié)普通5號(hào)電池可使用6～24個(gè)月。
成本低：Zigbee數(shù)據(jù)傳輸速率低，協(xié)議簡(jiǎn)單，所以大大降低了成本。
網(wǎng)絡(luò)容量大：網(wǎng)絡(luò)可容納65 000個(gè)設(shè)備。
時(shí)延短：典型搜索設(shè)備時(shí)延為30 ms；休眠激活時(shí)延為15 ms；活動(dòng)設(shè)備信道接入時(shí)延為15 ms。
網(wǎng)絡(luò)的自組織、自愈能力強(qiáng)，通信可靠。
數(shù)據(jù)安全：Zigbee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，采用AES-128加密算法，各個(gè)應(yīng)用可靈活確定其安全屬性。
1．2 Zigbee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
Zigbee技術(shù)具有強(qiáng)大的組網(wǎng)能力，可以形成星型、樹型和MESH網(wǎng)狀網(wǎng)如圖1所示。實(shí)際中根據(jù)需要選擇合適的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器就是網(wǎng)絡(luò)中的中心節(jié)點(diǎn)，是網(wǎng)絡(luò)的組織者，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)組建和信息路由；全功能設(shè)備FFD可作為協(xié)調(diào)器使用，是具有路由與中繼功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，可以與RFD節(jié)點(diǎn)通信，也可以與別的FFD節(jié)點(diǎn)通信；精簡(jiǎn)功能設(shè)備RFD節(jié)點(diǎn)作為網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點(diǎn)，相互間不能直接通信，只能通過FFD節(jié)點(diǎn)發(fā)送和接收信息，不具有路由和中繼功能。但FRD和FFD的硬件結(jié)構(gòu)完全相同，只是網(wǎng)絡(luò)層不一樣。

2 設(shè)計(jì)方案
本設(shè)計(jì)主要用于樓宇水表的自動(dòng)抄表，抄表人員可以不用進(jìn)入各個(gè)住戶而將表數(shù)據(jù)讀回。圖2為單元樓內(nèi)Zig-bee通信框圖?？傮w設(shè)計(jì)為首先在單元樓內(nèi)安裝一個(gè)Zigbee數(shù)據(jù)采集模塊，用于方便讀表人員收集各住戶水表數(shù)據(jù)；同時(shí)還要在各住戶家中安裝一Zigbee遠(yuǎn)程用戶終端模塊，其主要用來讀取水表的數(shù)據(jù)然后通過Zigbee的射頻部分將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絑igbee的數(shù)據(jù)采集模塊。
2．1 CC2480介紹
Zigbee遠(yuǎn)程用戶終端模塊和Zigbee數(shù)據(jù)采集模塊中，Zigbee部分采用德州儀器(TI)近日宣布推出最新Z-Accel系列2．4 GHz Zigbee認(rèn)證網(wǎng)絡(luò)處理器中的首款產(chǎn)品――CC2480來完成，CC2480只需要很少的外圍器件(外圍電路如圖3所示)且該器件無需了解繁瑣的全功能Zigbee協(xié)議棧，從而減少開發(fā)時(shí)間并簡(jiǎn)化了Zigbee功能。CC2480不僅能夠通過SPI或UART接口與各種MCU通信，還能與TI的MPS430超低功耗MCU等器件相結(jié)合。Z-stack軟件Zigbee-2006協(xié)議棧可以在Zigbee處理器上運(yùn)行，而應(yīng)用程序則能在外部MCU上運(yùn)行。CC2480能夠處理所有時(shí)序關(guān)鍵型與處理密集型Zigbee協(xié)議任務(wù)，而將應(yīng)用MCU的資源占用的空間釋放出來用于滿足其他程序的要求。圖2單元樓內(nèi)Zigbee通信框圖