基于Atmega128L的低功耗無線水表數據采集通信終端的設計和研究
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2 軟件設計
2.1 集中器與采集器通信協議
為確保集中器與采集器之間能夠順暢地進行通信，采用主-從結構的半雙工通信方式，設計通信協議如表1所示。
根據CJ/T188-2004《用戶計量儀表數據傳輸技術條件》，幀起始符是表示一幀信息的開始，規定為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個字節組成，每個字節為2位BCD碼，地址長度為14位十進制數，最少可接入上千億個終端；控制碼定義了通信規則[5]；數據長度為數據域的字節數，用十六進制表示，讀終端數據時L不大于64H，寫終端數據時L不大于32H，L=0時無數據域；數據域為傳輸的數據，包括數據標識、序列號和數據；校驗碼用來檢驗該組數字的正確性，采用偶校驗；結束符標識一幀信息的結束，規定為16H。
字節格式為每字節含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計
終端節點上的軟件負責完成用戶數據的實時采集，并通過無線通信模塊將采集的數據包傳送至數據集中器。終端節點遵循休眠-被喚醒-正常工作-休眠的循環工作模式。在休眠狀態下，處理器停止工作，無線模塊處于休眠狀態。當終端接收到內部定時器的喚醒命令后，終端節點被喚醒，處理器進行數據采集、發送等命令。為了確保集中器能夠收到終端節點發送的數據，集中器要返回給終端節點一個收到數據指令。這樣做可以在軟件上盡量降低丟包率和系統的功耗。終端節點的軟件工作流程如圖5所示。
3 實驗數據分析
為了測量數據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。測試結果如表2所示。
對比在有障礙物和空曠地帶的實驗數據發現，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據發現，傳輸距離越遠，丟包率越高、正確率越低。結合實驗結果及反復實驗情況，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；其他無線技術的干擾。為了解決以上問題提高系統的可靠性，可采取如下措施：在硬件設置上提高發射功率；在軟件設計上，增加接收反饋幀以及超時重發。實驗證明，在數據采集通信終端在地下時，完全可以實現數據的收發。
低功耗無線水表數據采集通信終端的設計和研究，實現了地下水表數據抄收的功能，解決了地下水抄收困難的問題。相信這種自動抄表技術將會在工業節水方面得到很好的應用和更好的發展，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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