一種ZigBee電力無線抄表數據收發終端設計

摘要：為了解決ZigBee無線抄表系統數據采集發送集成度不高、設備繁瑣等問題，通過對ZigBee無線標準協議的研究和對當前無線抄表系統實現過程的分析，設計出一種基于ZigBee的電表數據收發終端。該終端主要是將MCU系統和RF CC2430無線射頻芯片相結合，包括數據接收、無線數據發送和電源三個硬件電路部分，完成對電表數據的接收和無線發送，重點闡述該終端節點的硬件結構設計和軟件設計流程。通過對其在無線抄表系統中檢測，接收發送數據穩定可靠。實踐表明，該終端可作為一個通用模塊應用到其他無線收發系統中，具有很強的實用性和可移植性的特點。
關鍵詞：ZigBee；ATmega64L；CC2430；無線抄表；RS 485

0 引言
隨著無線網絡的不斷興起，由于無線網絡技術極大的優越性，使得越來越多的行業有線產品和技術被無線替代，在我國，自動無線抄表技術(AMR)作為一種新型的抄表技術，具有易操作，成本低，不入戶等優點，ZigBee作為一種新興的無線網絡技術，具有功耗低、速率低、可靠性高、保密性強等特點，同時工作于國際免費頻段，相比其他無線技術的較高網絡費用，大大降低了成本，很適合應用于自動無線抄表系統中。本文所設計終端是無線抄表中的重要一部分，數據收集主要采用RS 485總線和MCU控制模塊，無線發送部分采用ZigBee無線通信模塊。

1 ZigBee協議分析
ZigBee協議棧依次從最底層開始由物理層、數據鏈路層、網絡層和應用層組成，其中物理層和數據鏈路層由IEEE 802．15．4工作組制定，網絡層和應用層(APL)由ZigBee聯盟制定。物理層定義了3種流量等級：當頻率采用868 MHz時，提供20 Kb／s的傳輸速率；當采用915MHz時，提供40 Kb／s的傳輸速率；當采用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頻段。數據鏈路層可分為邏輯鏈路控制子層(LLC)和介質訪問控制子層(MAC)，其功能包括數據包的分段與重組，數據包的順序傳輸，無線鏈路的建立、維護和拆除，確認模式的幀傳送和接收，信道接入控制、幀校驗、預留時隙管理和廣播信息管理等。網絡層的功能包括拓撲管理、MAC管理、路由管理和安全管理。應用層是協議棧的最上層定義了各種類型的應用業務。該系統中主要涉及ZigBee網路中數據采集終端節點的設計，也可作為網絡路由器應用。

2 無線抄表數據收發終端總體設計
RS 485總線具有很強的抗共模干擾能力，可以進行多點和雙向通信，允許在一對雙絞線上驅動一個或多個設備，這樣就可以實現一個收發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，該系統可以廣泛應用。無線Zig-Bee模塊通過SPI接口接收來自微控制器系統的數據信號，將數據信號發送出去。
無線抄表數據收發終端在整個抄表系統中扮演的是路由和終端的角色，是一種全功能設備FFD(Full Function Device)。該系統總體設計思路是：通過RS 485總線將電表數據收集，然后通過MCU電路處理，通過RS 232，SPI接口發送到ZigBee無線通信模，塊，最后利用無線通信模塊發送到路由器節點或網絡協調器。系統的總體結構如圖1所示。