一種ZigBee電力無線抄表數(shù)據(jù)收發(fā)終端設(shè)計

摘要：為了解決ZigBee無線抄表系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集發(fā)送集成度不高、設(shè)備繁瑣等問題，通過對ZigBee無線標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的研究和對當(dāng)前無線抄表系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程的分析，設(shè)計出一種基于ZigBee的電表數(shù)據(jù)收發(fā)終端。該終端主要是將MCU系統(tǒng)和RF CC2430無線射頻芯片相結(jié)合，包括數(shù)據(jù)接收、無線數(shù)據(jù)發(fā)送和電源三個硬件電路部分，完成對電表數(shù)據(jù)的接收和無線發(fā)送，重點(diǎn)闡述該終端節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計和軟件設(shè)計流程。通過對其在無線抄表系統(tǒng)中檢測，接收發(fā)送數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。實(shí)踐表明，該終端可作為一個通用模塊應(yīng)用到其他無線收發(fā)系統(tǒng)中，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和可移植性的特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：ZigBee；ATmega64L；CC2430；無線抄表；RS 485

0 引言
隨著無線網(wǎng)絡(luò)的不斷興起，由于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)極大的優(yōu)越性，使得越來越多的行業(yè)有線產(chǎn)品和技術(shù)被無線替代，在我國，自動無線抄表技術(shù)(AMR)作為一種新型的抄表技術(shù)，具有易操作，成本低，不入戶等優(yōu)點(diǎn)，ZigBee作為一種新興的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具有功耗低、速率低、可靠性高、保密性強(qiáng)等特點(diǎn)，同時工作于國際免費(fèi)頻段，相比其他無線技術(shù)的較高網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用，大大降低了成本，很適合應(yīng)用于自動無線抄表系統(tǒng)中。本文所設(shè)計終端是無線抄表中的重要一部分，數(shù)據(jù)收集主要采用RS 485總線和MCU控制模塊，無線發(fā)送部分采用ZigBee無線通信模塊。

1 ZigBee協(xié)議分析
ZigBee協(xié)議棧依次從最底層開始由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層組成，其中物理層和數(shù)據(jù)鏈路層由IEEE 802．15．4工作組制定，網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層(APL)由ZigBee聯(lián)盟制定。物理層定義了3種流量等級：當(dāng)頻率采用868 MHz時，提供20 Kb／s的傳輸速率；當(dāng)采用915MHz時，提供40 Kb／s的傳輸速率；當(dāng)采用2．4 GHz時，能夠提供250 Kb／s的傳輸速率，在我國采用的是這種免費(fèi)頻段。數(shù)據(jù)鏈路層可分為邏輯鏈路控制子層(LLC)和介質(zhì)訪問控制子層(MAC)，其功能包括數(shù)據(jù)包的分段與重組，數(shù)據(jù)包的順序傳輸，無線鏈路的建立、維護(hù)和拆除，確認(rèn)模式的幀傳送和接收，信道接入控制、幀校驗(yàn)、預(yù)留時隙管理和廣播信息管理等。網(wǎng)絡(luò)層的功能包括拓?fù)涔芾怼AC管理、路由管理和安全管理。應(yīng)用層是協(xié)議棧的最上層定義了各種類型的應(yīng)用業(yè)務(wù)。該系統(tǒng)中主要涉及ZigBee網(wǎng)路中數(shù)據(jù)采集終端節(jié)點(diǎn)的設(shè)計，也可作為網(wǎng)絡(luò)路由器應(yīng)用。

2 無線抄表數(shù)據(jù)收發(fā)終端總體設(shè)計
RS 485總線具有很強(qiáng)的抗共模干擾能力，可以進(jìn)行多點(diǎn)和雙向通信，允許在一對雙絞線上驅(qū)動一個或多個設(shè)備，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一個收發(fā)器管理多個用戶電表。基于RS 485總線電表簡單易操作，成本低，市場上很多都是采用RS 485智能電表，該系統(tǒng)可以廣泛應(yīng)用。無線Zig-Bee模塊通過SPI接口接收來自微控制器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信號，將數(shù)據(jù)信號發(fā)送出去。
無線抄表數(shù)據(jù)收發(fā)終端在整個抄表系統(tǒng)中扮演的是路由和終端的角色，是一種全功能設(shè)備FFD(Full Function Device)。該系統(tǒng)總體設(shè)計思路是：通過RS 485總線將電表數(shù)據(jù)收集，然后通過MCU電路處理，通過RS 232，SPI接口發(fā)送到ZigBee無線通信模，塊，最后利用無線通信模塊發(fā)送到路由器節(jié)點(diǎn)或網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。