基于CC2480的Zigbee無線水表自動抄表系統研究與設計

摘要：隨著科技的飛速發展，傳統抄水表技術已不再適合當今物業管理的需要，無線自動抄水表技術與其相比具有不入戶、管理費用低，快速以及避免誤抄、錯抄等優點。基于此設計了一種無線抄表系統，該設計共包含遠程用戶終端模塊和無線收發模塊兩部分，這兩部分都采用射頻芯片CC2480和相應的電路組成，并采用T1最新推出的首款Z-Aeee1系列處理器。用二進制計數方法讀取水表數據．然后通過射頻部分收集此數據。實現不入戶采集多戶數據，且成本較低。
關鍵詞：Zigbee；無線網絡；IEEE 802．15．4規范；CC2480；傳統抄水表；無線抄水表

0 引 言
隨著現代科技的飛速發展，無線抄表系統越來越受到人們的親睞并逐漸取代了傳統的抄表系統傳統抄表系統大致可以分為三類：智能卡水表、有線自動抄表系統、無線智能水表。其中有線自動抄表系統又可分為分線制集中抄表和總線制集中抄表。由于前兩種方式都存在著不利因素，故目前無線自動抄表系統越來越受到業界的矚目。

l Zigbee技術簡介
1．1 Zigbee技術概述
Zigbee采用IEEE 802．15．4通信標準，工作于免申請和免費使用的2．4 GHz頻段，是一種新興的短距離、低功耗、低數據速率、低成本、低復雜度的無線網絡技術，主要用于近距離傳輸，適合用于無線數據采集、無線工業控制、消費性電子設備、汽車自動化、家庭和樓宇自動化、醫用設備控制、遠程網絡控制等場合。Zigbee技術同Bluetooth，Wi-Fi相比較具有如下優點：
數據傳輸速率低：10～250 KB／s，專注于低傳輸應用。
功耗低：在低功耗待機模式下，兩節普通5號電池可使用6～24個月。
成本低：Zigbee數據傳輸速率低，協議簡單，所以大大降低了成本。
網絡容量大：網絡可容納65 000個設備。
時延短：典型搜索設備時延為30 ms；休眠激活時延為15 ms；活動設備信道接入時延為15 ms。
網絡的自組織、自愈能力強，通信可靠。
數據安全：Zigbee提供了數據完整性檢查和鑒權功能，采用AES-128加密算法，各個應用可靈活確定其安全屬性。
1．2 Zigbee網絡拓撲結構
Zigbee技術具有強大的組網能力，可以形成星型、樹型和MESH網狀網如圖1所示。實際中根據需要選擇合適的網絡結構。

網絡協調器就是網絡中的中心節點，是網絡的組織者，負責網絡組建和信息路由；全功能設備FFD可作為協調器使用，是具有路由與中繼功能的網絡節點，可以與RFD節點通信，也可以與別的FFD節點通信；精簡功能設備RFD節點作為網絡終端節點，相互間不能直接通信，只能通過FFD節點發送和接收信息，不具有路由和中繼功能。但FRD和FFD的硬件結構完全相同，只是網絡層不一樣。

2 設計方案
本設計主要用于樓宇水表的自動抄表，抄表人員可以不用進入各個住戶而將表數據讀回。圖2為單元樓內Zig-bee通信框圖。總體設計為首先在單元樓內安裝一個Zigbee數據采集模塊，用于方便讀表人員收集各住戶水表數據；同時還要在各住戶家中安裝一Zigbee遠程用戶終端模塊，其主要用來讀取水表的數據然后通過Zigbee的射頻部分將數據傳輸到Zigbee的數據采集模塊。
2．1 CC2480介紹
Zigbee遠程用戶終端模塊和Zigbee數據采集模塊中，Zigbee部分采用德州儀器(TI)近日宣布推出最新Z-Accel系列2．4 GHz Zigbee認證網絡處理器中的首款產品――CC2480來完成，CC2480只需要很少的外圍器件(外圍電路如圖3所示)且該器件無需了解繁瑣的全功能Zigbee協議棧，從而減少開發時間并簡化了Zigbee功能。CC2480不僅能夠通過SPI或UART接口與各種MCU通信，還能與TI的MPS430超低功耗MCU等器件相結合。Z-stack軟件Zigbee-2006協議棧可以在Zigbee處理器上運行，而應用程序則能在外部MCU上運行。CC2480能夠處理所有時序關鍵型與處理密集型Zigbee協議任務，而將應用MCU的資源占用的空間釋放出來用于滿足其他程序的要求。圖2單元樓內Zigbee通信框圖