基于無線傳感器網絡的遠程自動抄表系統設計

摘要：針對居民小區抄表系統的技術要求，設計了一種基于無線傳感器網絡的的遠程自動抄表系統方案，該系統將有線通信與無線通信、ZigBee短距離通信與GPRS／CDMA／3G遠距離通信有機地結合起來，實現了居民小區的遠程自動抄表。給出了組網結構圖，闡述了抄表管理中心的軟件結構框圖和主要功能。與傳統的實現方案相比，該方案的通信設計有明顯的優勢。
關鍵詞：無線傳感器網絡；自動抄表；通信組網；居民小區

0 引言
供水、供電、供氣等系統的用戶表數據自動抄送具有十分重要的意義，不僅便于數據的統計和管理，而且極大地提高了工作效率，同時也改善了居民的生活質量。自動抄表(Automatic Meter Reading，AMR)系統，是指利用微電子、計算機網絡以及傳感等技術自動讀取和處理儀表數據，將城市居民的用水、用電、用氣等信息加以綜合處理的自動化系統。目前的自動抄表系統，可分為有線方式和無線方式兩類。由于無線通信技術的不斷發展，出現了許多面向抄表系統的無線解決方案，如無線數傳電臺、無線傳感器網絡以及GPRS／CDMA／3G無線公網或者多種方式結合等。有線方式，如RS 485總線，技術簡單、成熟，易于實現，但施工布線工作量大，網線易受人為破壞。無線抄表系統在系
統安裝的方便、快捷方面具有更大優勢。

1 無線傳感器網絡技術
無線傳感器網絡(Wireless Sensor Networks，WSN)是當前在國際上備受關注的、涉及多學科高度交叉、知識高度集成的前沿熱點研究領域。它綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、現代網絡及無線通信技術、分布式信息處理技術等，能夠通過各類集成化的微型傳感器協作地實時監測、感知和采集各種環境或監測對象的信息，這些信息通過無線方式發送，并以自組織多跳的網絡方式傳送到管理終端。

2 居民小區遠程自動抄表系統方案設計
2．1 系統組成
系統由位于監測管理中心的主站(包括前置機、多個工作站和數據庫服務器)和數據采集器及ZigBee節點、ZigBee中心節點及GPRS／CDMA ／3G轉發點、用戶表等部分組成。
2．2 居民小區組網
居民小區抄表分為新建小區和舊城小區。新建小區根據建設部提出的小康型住宅小區規劃要求，新建和改建的住宅統一規劃，實行水、電、氣三表出戶統一管理表具，用戶表比較集中。舊城小區用戶表比較分散。采用ZigBee技術實現水、電、氣三表的無線抄表是一個非常理想的解決方案。在實際應用中，結合無線傳感器網絡的技術特點，綜合考慮自動抄表系統的穩定性、系統成本及樓宇小區的實際情況，提出有線與無線網絡相結合的綜合通信組網方式。
居民樓層內采用RS 485有線連接、居民樓層間ZigBee無線網絡、居民小區無線公網的綜合通信方式，為水電氣三表的無線自動抄表提供了切實可行的解決方案。每樓層內的用戶表數據通過RS 485總線傳輸到一個數據采集器，該采集器通過小區ZigBee無線傳感器網絡傳輸到小區的數據采集中心，小區數據采集中心通過GPRS／CDMA／3G無線公網將數據傳送到水、電、氣公用事業公司的抄表管理中心。
小區內網絡布設示意如圖1所示。特點如下：