基于無線網絡的遠程電力抄表系統的設計

圖4 終端節點流程圖

2 網關節點程序設計
網關設備是整個ZigBee網絡的核心，一方面擔任起網絡協調器的角色，另一方面還要完成與Web服務器的通信。

首先系統開始啟動，然后初始化所有的硬件和軟件，并組織以自己為協調器的網絡，初始化網絡的深度等網絡有關的信息，然后定時發送信標幀。隨后進入中斷的循環檢測和處理過程，查看是否有中斷信息的到來，如果是來自網絡中某一節點發送的數據中斷，則對此數據進行整理，然后發送給GPRS模塊，通過GPRS網絡發送到遠程的服務器端，并且給網絡中源節點確認信息。如果這個中斷是來自網絡中管理信息的中斷，例如，一個節點申請加入到該網絡當中，則根據整個網絡的容量，給出相應的應答信息給此節點。

注意網關模塊與遠程服務器的通信模式：網關模塊要把數據發送到遠程的服務器，先是通過串口用AT命令集把數據發到GPRS模塊，有GPRS模塊完成數據的發送。當GPRS模塊接收到數據，會通過串口，以中斷的方式告知。通知控制器來處理數據。

3 服務器端接收數據
服務器從指定端口的TCP SOCKET接收電表數據，按照網關設備終端確定的應用層數據格式從各數據報中提取電表數據，最后把接收到的電表數據保存到數據庫的DeviceData字段中。服務器數據庫選用的是SQL Server2000。

低功耗設計
從兩個方面進行了低功耗設計，即本質低功耗設計和控制低功耗設計。

本質低功耗設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。

控制低功耗設計是指在系統工作時通過控制各部分的供電來降低系統總功耗。本系統的終端節點在初始化完畢后即進入休眠狀態，只有在外中斷喚醒它時才進入工作狀態，數據發送完畢后又進入休眠狀態。網關節點由定時器控制定時發送信標幀進行網絡動態管理，接收網絡的中斷信號進行相應的操作，除此之外的其他時間網關節點也進入休眠態。通過對程序的仔細設計，系統可以有80%以上的時間處于休眠態，因此也極大地降低了功耗。

實驗原型系統測試，ZigBee網絡通信成功率98.12%，電池在系統測試運行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。

結束語
介紹了一種基于ZigBee和GPRS無線網絡的遠程電力抄表系統。利用ZigBee協議簡單、成本低、距離近、動態組網以及GPRS網絡瞬間上網、永遠在線、按量計費、數據傳輸量大的特點，以一個樓道或一棟建筑物為單元組建一個無線局域網，再利用ZigBee/GPRS網關轉換，通過GPRS網絡發送給數據電力公司的抄表中心，較好地解決了現行抄表系統節點眾多、布線復雜、維護不便的問題。終端節點和網關節點所選用的CC2430和MC35i均為行業最具代表性的芯片，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”低功耗設計。原型系統通信可靠、耗電極低、抗干擾能力強，其推廣應用前景十分遠大。