基于Atmega128L的低功耗無線水表數(shù)據(jù)采集通信終端的設(shè)計和研究
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2 軟件設(shè)計
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行通信，采用主-從結(jié)構(gòu)的半雙工通信方式，設(shè)計通信協(xié)議如表1所示。
根據(jù)CJ/T188-2004《用戶計量儀表數(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；地址域是識別每個采集終端的唯一標識，由7個字節(jié)組成，每個字節(jié)為2位BCD碼，地址長度為14位十進制數(shù)，最少可接入上千億個終端；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)，用十六進制表示，讀終端數(shù)據(jù)時L不大于64H，寫終端數(shù)據(jù)時L不大于32H，L=0時無數(shù)據(jù)域；數(shù)據(jù)域為傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)標識、序列號和數(shù)據(jù)；校驗碼用來檢驗該組數(shù)字的正確性，采用偶校驗；結(jié)束符標識一幀信息的結(jié)束，規(guī)定為16H。
字節(jié)格式為每字節(jié)含8位二進制碼，傳輸時加上一個起始位(0)、一個偶校驗位(E)和一個停止位(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
終端節(jié)點上的軟件負責完成用戶數(shù)據(jù)的實時采集，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)。當終端接收到內(nèi)部定時器的喚醒命令后，終端節(jié)點被喚醒，處理器進行數(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)點發(fā)送的數(shù)據(jù)，集中器要返回給終端節(jié)點一個收到數(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)點的軟件工作流程如圖5所示。
3 實驗數(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行了實驗。測試結(jié)果如表2所示。
對比在有障礙物和空曠地帶的實驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，障礙物的阻擋導致丟包率和正確率的下降、傳輸距離變小，嚴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，丟包率越高、正確率越低。結(jié)合實驗結(jié)果及反復實驗情況，得出影響水表采集通信終端可靠性的主要因素有兩個：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)計上，增加接收反饋幀以及超時重發(fā)。實驗證明，在數(shù)據(jù)采集通信終端在地下時，完全可以實現(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)計和研究，實現(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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