基于ZigBee技術(shù)的無線抄表系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文（設(shè)計）

1、基于zigbee技術(shù)的無線抄表系統(tǒng)設(shè)計摘要隨著經(jīng)濟、社會的快速發(fā)展，居民生活用電量急劇升高，電能表抄表量 大，用電管理成本增加，管理難度越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)的抄表技術(shù)已無法滿足當(dāng) 前的求.是一種低成木、低傳輸速率、低功耗、低復(fù)雜度的無線通訊技術(shù)，滿足 了抄表統(tǒng)對于成木、網(wǎng)絡(luò)容量和安全性的要求，在抄表技術(shù)領(lǐng)域具有十分廣闊 的市場前景木文的理論研宄工作有兩大部分一是研究了協(xié)議的技術(shù)特點，重點闡述了 協(xié)議棧的構(gòu)架，分別給出了物理層、層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層的功能和工作流程， 結(jié)合無線抄表系統(tǒng)的要求，論述了技術(shù)方案的應(yīng)用可行性二是研究了硬件平臺 核心控制芯片芯片、電能計量芯片丁、模塊、控制器等的技術(shù)特點和應(yīng)用要

2、求, 并以此為應(yīng)用基礎(chǔ)構(gòu)建了無線抄表系統(tǒng).本文將無線抄表系統(tǒng)的設(shè)計分為硬件和軟件兩大方面，設(shè)計了基于技術(shù)的 無線抄表系統(tǒng)，提高y抄表效率，降低y抄表成本.硬件方面分為三層無線抄表 終端層、網(wǎng)關(guān)層和遠(yuǎn)程管理層.電能計量的基本單位是電能表，本文設(shè)計了基于 芯片的電子式電表，并且在電表屮加入丫無線模塊.是帶接門的單相計量芯片， 可將電能用量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖輸出，適用于居民用電計量內(nèi)部集成了超工業(yè)標(biāo) 準(zhǔn)的內(nèi)核控制器，可以通過與進行通訊.本文設(shè)計了電表的外圍硬件電路，包括輸入電流電壓采樣電路、輸出脈沖 電路、接口通訊電路等.無線網(wǎng)關(guān)的設(shè)計基于控制器，將網(wǎng)絡(luò)和外網(wǎng)通過模塊連 接起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，模塊

3、選用華為的，此外，網(wǎng)關(guān)設(shè)備還是網(wǎng)絡(luò)的 協(xié)調(diào)器，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和節(jié)點的管理，強大的運算和存儲功能完全可以滿足 模塊的需求.最后，完成了系統(tǒng)整體平臺的搭建，并進行了電表計量精度和節(jié)點之間通 訊的抗干擾能力測試，經(jīng)過實驗檢測表明，無線抄表系統(tǒng)的各模塊可以正常運 行，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，數(shù)據(jù)能夠傳輸?shù)焦芾碇行?，達(dá)到預(yù)期設(shè)計的要求.摘要:zigbee ;芯片；抄表the wireless meter reading system based on zigbee technology designabstract the escalator is a a special structure type of

4、chain conveyor in two special types of belt conveyor is combined with in between the different height of buildings in a carrier personnel remittent a continuous conveyor machinery. its appearance has brought great convenience to our daily life， but also has become an important symbol of modem materi

5、al civilization. with the further development of the escalator, the users of the process design, and other performance, intelligent requirements are also getting higher and higher, prompting frequency control in the field of the escalator is widely used. even for stations， docks, shopping malls， air

6、ports and underground railways and other places of concentration.therefore， economists have said: the emergence of the escalator to make people have a desire to go shopping mall? traffic experts say nits the application of the escalator and the moving sidewalk so that we can build the station and th

7、e airport as large as possible.” the application of escalator has changed our life. with the development of high technology, to form a control system for the transformation of traditional escalator, infrared radiation sensor， siemens s7-200 plc can be compiled program controller to make the escalato

8、r with a smooth start， energy-saving operation and overhaul operation. starting the escalator, in order to avoid produce a lot of starting current; when the unmanned elevator， escalator from the rated speed change for low-speed operation， saving the energy， also reduces the mechanical wear， also for

9、 passengers to clear the escalator running direction; escalator maintenance，operation and maintenance functions ensures the escalator maintenance accuracy.key words: zigbee; chips; meter reading目錄第1章緒論11.1抄表技術(shù)的分析11.2抄表技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀錯誤!未定義書簽。1.3該課題研宂的目的及意義錯誤!未定義書簽。第2章技術(shù)研究42.1 zigbee技術(shù)概緒錯誤!未定義書簽。2.2通訊系統(tǒng)的比較錯誤!

10、未定義書簽。2.2.1控制系統(tǒng)比較錯誤!未定義書簽。2.2.2 zigbee技術(shù)的領(lǐng)域錯誤!未定義書簽。2.3方案選定錯誤!未定義書簽。第三章硬件的選擇63.1抄表選擇63.2電表驅(qū)動程序選擇錯誤!未定義書簽。3.2.2參數(shù)設(shè)定83.3單片機簡介93.3.1cc-2430芯片錯誤!未定義書簽。3.4電路選擇錯誤!未定義書簽。3.4.1終端外圍電路選擇錯誤!未定義書簽。第4章無線抄表電路設(shè)計134.1電路設(shè)計及電路圖錯誤!未定義書簽。4.2系統(tǒng)軟件設(shè)計錯誤!未定義書簽。第5章無線網(wǎng)關(guān)電路設(shè)計18第6章總結(jié)與展望22w23參考;0(24附錄1抄表程序設(shè)計25附錄2硬件設(shè)計電路26第1章緒論1.1抄

11、表技術(shù)分析國民經(jīng)濟的發(fā)展帶動人民生活逐步實現(xiàn)小康，由于居住條件的改善和提高, 廣大城市、農(nóng)村居民對電力的需求也越來越高.在國家政策鼓勵下，電力公司全 面實現(xiàn)了 “一戶一表”，對于數(shù)量眾多的電能表，例如深圳居民生活用電用戶 的電能表多達(dá)近萬個抄表工作量極大，傳統(tǒng)的抄表方式己經(jīng)無法適應(yīng)社會需求、 公眾需求和管理需求.我國開始了遠(yuǎn)程集中抄表的技術(shù)探索.遠(yuǎn)程集中抄表的技 術(shù)難點主要在通道的建設(shè)上，即要在利用較低的成木實現(xiàn)電能量數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離 傳輸，這樣才能使遠(yuǎn)程抄表技術(shù)得以推廣和實用.經(jīng)過多年的實踐，抄表的實現(xiàn) 方法從開始的總線、無線、自制總線等方式，到光纖方式、低壓載波等方式、 目前低壓載波和基于一接

12、口的雙絞線方式應(yīng)用較為廣泛.由于抄表系統(tǒng)涉及到千家萬戶，其木身的成木直接影響系統(tǒng)的普及和用戶 的接受程度，低成本便成為衡量該系統(tǒng)成功與否的重要因素.現(xiàn)在較為流行的抄 表方式屮，采用載波通信技術(shù)對于電網(wǎng)的要求較高，由于低壓配電網(wǎng)負(fù)荷較大, 有沒有規(guī)律性，各種干擾十分嚴(yán)重，致使抄表成功率不高光纖的建設(shè)造價昂貴， 成本高昂，故障發(fā)生時不便于維護一需要專門的布線網(wǎng)絡(luò)，且傳輸距離有限， 只能在小范圍內(nèi)實施.可知當(dāng)前的抄表系統(tǒng)經(jīng)濟性和實用性已無法滿足當(dāng)前普通居民日常需求和 社會飛速發(fā)展的需求，低成本無線傳輸?shù)某矸绞街饾u成為抄表技術(shù)新的研宂 熱點.近年來無線通信技術(shù)日新月異，發(fā)展十分迅速.在眾多的無線通信

13、技術(shù)中， 技術(shù)以其近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成木雙向無線通信、組 網(wǎng)能力強大的特點在自動控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，也成為當(dāng) 前研究的熱門技術(shù).目前對于無線抄表系統(tǒng)的研發(fā)較多，各種無線技術(shù)的應(yīng)用提出也較多，但 技術(shù)更能滿足抄表技術(shù)的需求，它的特點有以下幾點、功耗低數(shù)據(jù)傳輸率低， 工作在較低的頻段上ii具冇休眠待機模式，使模塊的整體功耗非常低，使用兩 節(jié)號干電池供電即可工作一個月時間、成本低協(xié)議棧復(fù)雜度低且沒有協(xié)議專利 費，各供應(yīng)商也都提供自身的集成幵發(fā)環(huán)境，且工作在全球免費的頻段，使得 模塊成本很低太原理丁大學(xué)碩士研宄生學(xué)位論文、組網(wǎng)功能強大完整協(xié)議的模 塊具有自動路由

14、和自組網(wǎng)功能，終端節(jié)點可自動發(fā)現(xiàn)并加入網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用覆蓋面 積大單個節(jié)點的信號傳輸冇效范圍有限，在左右，但由于的網(wǎng)絡(luò)容量大，組網(wǎng) 功能強，在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點可以多跳進行傳輸，極大的擴大了網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍由此 可見，技術(shù)填補了低成本低功耗和低速率的無線通信市場的空白，基于技術(shù)的 無線抄表系統(tǒng)的研究有很強的現(xiàn)實意義.1.2抄表技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀多年來，抄表技術(shù)的迅速發(fā)展是與智能電網(wǎng)的建設(shè)密不可分的.智能電網(wǎng)作 為下一代電網(wǎng)的發(fā)展模式，在全球范圍內(nèi)己獲得逐步成就，世界各政府和企業(yè) 對于建立智能電網(wǎng)來改進電能分配和節(jié)約電能的需求不斷增大，抄表技術(shù)正是 智能電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié).國家已經(jīng)建立了具體計劃實施的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng).意大利

15、的電力公司早在年就 啟動了工程，該工程為公司實現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表、用戶管理和潛在的增值服務(wù)交付系 統(tǒng)，僅年每月就可安裝萬只電子電能表美國的智能電網(wǎng)工程從家庭安裝智能電 表開始，目標(biāo)以家庭為單位隨時監(jiān)測電力消費和管理，及時、有效地實現(xiàn)輸電 和供電，為企業(yè)及地方團體實施了個項0財政援助，將于年前將安裝萬個家庭 筲能電表，其數(shù)量可達(dá)到年的倍英國目標(biāo)是年在全國所有萬個家庭安裝鋝能電 表，此項工作主要通過電力公司完成，并且已正式進行了適應(yīng)風(fēng)力發(fā)電等可再 生能源的智能電表等相關(guān)實驗徳國制定了 “一”計劃，總投資億千萬歐元，年 至年年時間內(nèi)，在全國個地點進行智能電網(wǎng)實證實驗，并對互聯(lián)網(wǎng)管理電力消 費進行檢測.德國西

16、門子、妙及瑞士等大企業(yè)均參與了這-計劃.我國的智能電網(wǎng) 建設(shè)現(xiàn)在也己拉開序幕，年國家電網(wǎng)公司公布/今后年堅強筲能電網(wǎng)的建設(shè)規(guī) 劃，到年，我國將基本建成堅強智能電網(wǎng).在經(jīng)過年、年的試點之后，國網(wǎng)公司原計劃在年初就幵始投資約億元的用 電管理系統(tǒng)改造計劃，智能電網(wǎng)理念提出之后，抄表系統(tǒng)、電子電能表也隨之 要求符合智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn).fi前我國國內(nèi)抄表方式大致有如下三種應(yīng)用最為廣泛的 是人工抄表方式，抄表人員上門逐戶進行手工抄表，將所得數(shù)據(jù)抄回集抄中心, 將電表數(shù)據(jù)逐條手工輸入計算機管理系統(tǒng)當(dāng)中.在多數(shù)農(nóng)村及邊緣地區(qū)，甚至只 能使用人工存儲.這種抄表方式誤差大、統(tǒng)計工作量大，抄表錯誤率也較高，容 易造成不必

17、要的糾紛，給用戶和電力管理部門帶來極大的不便.現(xiàn)在較為流行的 是預(yù)付費抄表方式，這種方式無需抄表人員到戶查表.但是用戶必須到電力管理部門購買磁卡、卡等付費卡，將金額充入卡片之 后可以預(yù)繳電費，用電費用快要超過預(yù)繳金額時，測量表裝置會給用戶發(fā)出余 額不足的警告，通知用戶續(xù)費.這種抄表方式減少了人為出錯的幾率，但是必須 要到銀行或管理部門進行購買并自行繳費，給居民生活造成丫極大的不便.還有 一部分是通過專用通訊線路如公用電話線、電力載波線、區(qū)域無線電臺等自動 獲得遠(yuǎn)程用戶測量儀表數(shù)據(jù)的方式，我國的基礎(chǔ)電網(wǎng)構(gòu)建區(qū)域差別較大，即使 在同一地區(qū)，線路老化等狀況也不可避免，專用通訊線路的傳輸方式只能在小

18、范圍內(nèi)運行，不便于推廣.我國地區(qū)發(fā)展的不平衡性導(dǎo)致國內(nèi)邊遠(yuǎn)地區(qū)的農(nóng)村及 一些城鎮(zhèn)只能大量采用人工抄表方式，但總體來講遠(yuǎn)程集屮抄表發(fā)展勢尖迅猛, 大多數(shù)的中型城市己經(jīng)實現(xiàn)了卡等預(yù)付費抄表方式，遠(yuǎn)程自動抄表技術(shù)在發(fā)達(dá) 地區(qū)進行了廣泛的推廣.但是目前手工抄表仍是我w的主要抄表方式，在我w以 上的用戶仍采用人工的抄表方式.近幾年電力載波抄表技術(shù)在我國獲得了廣泛的推廣，但目前市場七有率不及，其余的抄表方式如手持機抄表、無線抄表等方式作為載波抄表方式的補充， 市場占有率在左右.整體來講，抄表技術(shù)向著智能化、集中化、遠(yuǎn)程化的方向發(fā) 展，無線技術(shù)的應(yīng)用特點符合了現(xiàn)代抄表技術(shù)的技術(shù)要求，無線通信技術(shù)的研 究在我

19、國的發(fā)展也較為迅速.而人部分無線抄表方式在我國處于理論研發(fā)階段， 實際應(yīng)用的范圍很小，投入使用的無線抄表系統(tǒng)只能在高檔社區(qū)應(yīng)用，成本較 高，且僅能實現(xiàn)傳輸方式上的部分無線化，遠(yuǎn)沒有達(dá)到普及的程度，因此，對 于對于無線抄表系統(tǒng)的研究具有很強科研的意義和社會意義.1.3目的及意義本章是論文的緒論部分，內(nèi)容主要研宄了抄表系統(tǒng)特點，介紹了國內(nèi)外抄表 技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r.通過分析當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的趨勢以及世界范圍內(nèi)的發(fā)展需求，提 出了以技術(shù)為基礎(chǔ)的無線抄表網(wǎng)絡(luò)設(shè)計構(gòu)想.最后木章給出了論文的整體結(jié)構(gòu)框 架，簡要介紹了各章的內(nèi)容.目前，無線抄表系統(tǒng)己經(jīng)基本成為房地產(chǎn)項目的標(biāo)準(zhǔn)配置,而基于zigbee 技術(shù)的無線抄表

20、系統(tǒng)具有的低功耗、低功率、高擴充性、無頻段使用費等優(yōu)勢， 滿足了各類控制裝置及系統(tǒng)對信息的獲取與傳輸提出的更高要求，使得抄表領(lǐng) 域的智能化程度越來越高.文章創(chuàng)新點采用低功耗、高效能的atmega88和cc1100射頻芯片來組成 收發(fā)模塊，應(yīng)用zigbee技術(shù)來設(shè)計一種新的無線抄表系統(tǒng).該系統(tǒng)具有成本 低、性能穩(wěn)定可靠以及良好的實時性和準(zhǔn)確性.第2章zigbee技術(shù)研宄技術(shù)是應(yīng)用于短距離范圍內(nèi)，低速率數(shù)據(jù)傳輸下的無線電子設(shè)備之間的無線 通信技術(shù).蜜蜂通過跳形狀的舞蹈來通知伙伴新食源的位置、方向、距離等信息，的名稱來源正是棊于此，此外，又稱為“盯”無線電技術(shù).技術(shù)的低功耗、低 成本、網(wǎng)絡(luò)容量大、自

21、組網(wǎng)等的特點使得其成為無線抄表系統(tǒng)研發(fā)的技術(shù)熱點.對于技術(shù)的研究給予了木抄表系統(tǒng)以理論支持，從的技術(shù)特點、協(xié)議架構(gòu)、應(yīng) 用領(lǐng)域等的分析可以得出，滿足了無線抄表系統(tǒng)對于無線通訊方面的技術(shù)需求， 是無線抄表系統(tǒng)解決方案很好的選擇.技術(shù)概述自從無線電技術(shù)發(fā)明以來，一直朝著更高的傳輸速率、更遠(yuǎn)的傳輸距離的方 向發(fā)展.而a前廣泛研宂的技術(shù)則正好相反，致力于低成本、低傳輸速率、近距離 通信的應(yīng)用.的技術(shù)特點技術(shù)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，技術(shù)的一種，是協(xié)議的代名詞.它的山現(xiàn)是為了滿足類似于溫度傳感器這樣的小型、低成木設(shè)備無線聯(lián)網(wǎng) 的需求，是一種低速無線個人域網(wǎng)技術(shù)，一，適用于數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)量不大，速率相對 較低，但對

22、數(shù)據(jù)的安全可靠有一定要求，且成本和功耗非常低，易于安裝調(diào)試的使 用場合.在無線抄表系統(tǒng)中，技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下六個方面系統(tǒng)功耗極低. 低功耗是最重要的特點之一，也是其能有效應(yīng)用的基石.技術(shù)由于采用睡眠喚醒 機制，大部分時間處于極低功耗狀態(tài)，正常工作時最大功耗也不過一.多種電源管 理模式可以有效的對節(jié)點的工作和休眠就行配置，從而使得系統(tǒng)在不工作吋進入 休眠狀態(tài)，極大降低系統(tǒng)功耗，提高工作效率，節(jié)約電池能量.系統(tǒng)成本較低.一方面，選用了工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療頻段，該頻段無須取得許可即可使用，極大的 降低了使用成木另一方面，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議較為簡單，可以在計算能力和存儲能力都有 限的上運行，現(xiàn)奮芯片如一般都是

23、基于單片機內(nèi)核，適用于成本要求苛刻的場合. 這點對于抄表系統(tǒng)來說尤為重要.數(shù)據(jù)傳輸速率低.只有一，專注于低傳輸應(yīng)用.無 線傳感器網(wǎng)絡(luò)不適合傳輸語音、視頻之類的大數(shù)據(jù)量的采集數(shù)據(jù)，僅僅傳輸一些 采集到的應(yīng)變，溫度、濕度的數(shù)據(jù)，正好滿足抄表系統(tǒng)對于電量數(shù)據(jù)的采集需耍. 數(shù)據(jù)傳輸安全性高.相對于面有線網(wǎng)絡(luò)來說，無線通信是共享信道的，因此數(shù)據(jù)安 全問題顯得尤為突出.在物理層和媒體訪問控制層采用正巧協(xié)議，使用帶時隙或不帶時隙的載波檢 測多地址訪問與沖突避免一的數(shù)據(jù)傳輸方法，并與確認(rèn)和數(shù)據(jù)檢驗等措施結(jié)合， 加密算法采用一，保證了數(shù)據(jù)的可靠傳輸，完全可以勝任抄表系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)保密 的要求.超大的網(wǎng)絡(luò)容量.由于

24、的設(shè)備既可以使用位的地址，也可以使用指配的位短地址，所以每個網(wǎng)絡(luò)最多可支持個節(jié)點.網(wǎng)絡(luò)容量使網(wǎng)絡(luò)間的節(jié)點 可以通過多跳傳輸，保證了網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍.網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)靈活.支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)，有星型結(jié)構(gòu)、樹簇型結(jié)構(gòu)和對等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并且采用自組織網(wǎng)絡(luò)通訊方式，節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)之后自動尋找網(wǎng)絡(luò)并刷新網(wǎng)絡(luò)結(jié)果，組網(wǎng)方便靈活無線通訊協(xié)議的比較隨著無線通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，目前常用的無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo) 準(zhǔn)奮很多，主流的有如下幾種紅外傳輸標(biāo)準(zhǔn)，藍(lán)牙技術(shù)以及家庭網(wǎng)絡(luò)盯標(biāo)準(zhǔn)等.每 個技術(shù)的特點都不盡相同，主要的區(qū)別在于傳輸速度、距離、耗電量等，由此功能 的擴充性、特殊場合的應(yīng)用需求等都不相同第三章硬件的選擇3.1抄表的選擇在充分了

25、解了抄表技術(shù)的發(fā)展歷程及現(xiàn)實需要之后，結(jié)合對近距離無線傳輸 技術(shù)的研究分析，本文在理論方面得出了技術(shù)在抄表系統(tǒng)中的應(yīng)用可行性.基于 此，木文設(shè)計了基于技術(shù)的電能表抄表系統(tǒng)，木抄表系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能可以從 以下三個方面體現(xiàn)電能數(shù)據(jù)抄集.根據(jù)管理的耍求設(shè)置可以定時抄集數(shù)據(jù)，也可即時抄集數(shù)據(jù).具有雙向通信 功能，平時數(shù)據(jù)每刀定期主動上傳，有特殊需要時從服務(wù)器下達(dá)抄集命令到節(jié)點 進行實時抄集.數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中有效傳輸.實時監(jiān)測m絡(luò)狀況.對m絡(luò)節(jié)點即設(shè)備的 運行情況進行實時監(jiān)測，保證系統(tǒng)的正常運行.當(dāng)節(jié)點冇故障吋如電源問題、通訊 屮斷等，報警給管理屮心.以上三點是本抄表系統(tǒng)整體的功能概述，也是本系統(tǒng)的 特點

26、所在，本抄表系統(tǒng)可以實現(xiàn)真正的無線雙向數(shù)據(jù)傳輸，抄表系統(tǒng)工作流程如 下采用主動和被動兩種抄表方式，具有雙向通信的特點，在平時數(shù)據(jù)定期主動上 傳，有特殊需要時從服務(wù)器下達(dá)命令到節(jié)點，這樣可以很好的減少節(jié)點的能量消 耗，也能夠滿足上層實時監(jiān)控的需要.系統(tǒng)在工作吋有自上而下和自下而上兩種 方式.s層實體圖3-1抄表終端電路設(shè)計無線抄表系統(tǒng)的主體為網(wǎng)絡(luò)，各節(jié)點的設(shè)計都是以芯片為射頻模塊.抄表系 統(tǒng)整體分為三個功能模塊抄表終端模塊、網(wǎng)關(guān)設(shè)備模塊和管理中心模塊.下面是對各功能模塊的整體介紹，從個模塊功能方面對其進行了說明.抄表終端模塊抄表終端模塊為帶路由功能的智能電表.抄表終端的作用是準(zhǔn) 確抄集用戶的電能

27、用量數(shù)據(jù)，根據(jù)管理中心的設(shè)置，將數(shù)據(jù)上傳至網(wǎng)絡(luò)并提供用 電不足和防竊電等報警信號.電表的設(shè)計基于電能計量芯片，可以將用戶的原始 電能量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為脈沖信號，電表芯片自帶接口，可以與通信，將數(shù)據(jù)信息通過無 線模塊發(fā)送到網(wǎng)絡(luò).網(wǎng)關(guān)設(shè)備模塊網(wǎng)關(guān)設(shè)備是網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器，發(fā)起整個網(wǎng)絡(luò)的構(gòu) 建.網(wǎng)關(guān)設(shè)以控制芯片為核心，連接和模塊，將網(wǎng)絡(luò)的電能表數(shù)據(jù)通過模塊轉(zhuǎn)發(fā)到 外網(wǎng).本層分為兩大部分中繼器部分和無線網(wǎng)關(guān)部分.單個節(jié)點的信號有效傳輸距離有限，中繼器的設(shè)置主要是為了形成多跳網(wǎng)絡(luò)， 加大太原理工大學(xué)碩士研宄生學(xué)位論文網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)送的距離和信號覆蓋面積，減 小信號的袞減，工作.m絡(luò)的管理軟件，為管理者提供人機交互界面.

28、作用主要是節(jié) 點信息數(shù)據(jù)等，同吋還可以下達(dá)抄表命令，實時進行抄表軟件總體設(shè)汁方案圖3-2系統(tǒng)總體框架圖通信硬件和軟件在不同級別的協(xié)調(diào)工作方法.一的函數(shù)在中，主要進行了系 統(tǒng)初始化和操作系統(tǒng)實體的執(zhí)行的兩項操作.系統(tǒng)初始化是由啟動代碼來初始化 硬件系統(tǒng)和軟件架構(gòu)需要的各個模塊.主要初始化的模塊有系統(tǒng)時鐘、芯片工作電壓檢測、堆棧、系統(tǒng)定時器及 其配置、芯片各個硬件模塊、存儲、芯片地址、非易失變量、層協(xié)議、應(yīng)用框 架層協(xié)議、操作系統(tǒng)等部分.啟動完成后，就開始執(zhí)行操作系統(tǒng)入門程序，并由操作 系統(tǒng)對程序經(jīng)行組織和安排.一在項目中的組織結(jié)構(gòu)如閣一所示.其中各個目錄 的含義如下、應(yīng)用層目錄，創(chuàng)建新的項目時需

29、要添加三個文件到h錄下、氣硬件 層目錄，下面有三個文件夾，可以對節(jié)點的硬件平臺進行設(shè)置、層目錄，將層分為高 低兩層，包含了層的參數(shù)配置文件和庫函數(shù)接口文件、監(jiān)控調(diào)試層0錄，該0錄下 的文件主要用于串門調(diào)試，與各層進行直接交互、網(wǎng)絡(luò)層fi澩，包含網(wǎng)絡(luò)層配置參 數(shù)文件和網(wǎng)絡(luò)層的庫函數(shù)接口文件、協(xié)議棧的操作系統(tǒng)、層目錄，含舒層處理函數(shù)接口文件、安全層目錄安全層處理函數(shù)接門文件、和巧設(shè)備的地址處理函數(shù)a錄，有地址模式的定 義和地址處理函數(shù)、工程配置目錄，包括空間劃分及一的配置信息、太原理工大 學(xué)碩士研宄生學(xué)位論文設(shè)備對象，方便用戶定義的對象調(diào)用子層服務(wù)和層服務(wù)、 包括一導(dǎo)出層接口文件和需要調(diào)用的網(wǎng)絡(luò)層

30、函數(shù)、包含了整個項目入u函數(shù)、 輸出文件s錄，這個是集成開發(fā)環(huán)境自動完成3.2參數(shù)設(shè)定開始設(shè)置變頻器mm440的參數(shù)，設(shè)置調(diào)試參數(shù)過濾器p0010=0, p0003=3, 然后按下p鍵，使變頻器恢復(fù)到出廠默認(rèn)值. p0300=l：即為異步電動機.p0305=22.6：電動機的額定電流（a）p0309=88：電動機的效率（）.p0311 = 1460：電動機的額定轉(zhuǎn)速（min/s）. 設(shè)定數(shù)字輸入的功能：p0700=3： “3”表示設(shè)計吋端子的輸入，即din作為輸出.p0701=16：即5號端子為“16”，以二進制編碼選擇，直接輸入+on信號， 設(shè)定固定頻率.p0702=16： b卩6號端子為“

31、16”，以二進制編碼選擇，直接輸入+on信號, 設(shè)定固定頻率.p0703=16：即7號端子為“16”，以二進制編碼選擇，直接輸入+on信號， 設(shè)定固定頻率.p0704=l：即8號端子為“1”，on正轉(zhuǎn)；off無效.p0705=2：即16號端子為“2”，on反轉(zhuǎn)；off無效. 設(shè)定數(shù)字輸出的功能：頻率設(shè)置，并考慮由p1002,工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)閉體ieee的posix標(biāo)準(zhǔn)，ploon,分別對應(yīng)關(guān)系和p1001的，設(shè)定一個固定的頻率，根據(jù)系統(tǒng)的要求，設(shè)定以下 參數(shù)：p1001=50:dinl對應(yīng)的通道1頻率為閻定頻率fl=50hz，扶梯運行額定轉(zhuǎn)速.p1002=10:din2對應(yīng)的通道2頻率為固定頻率f2=

32、10hz,扶梯運行1/5額定 轉(zhuǎn)速.p1003=25:din3對應(yīng)的通道3頻率為固定頻率f3=25hz,扶梯運行1/2額定 速度.p1080=10：電動機運行時的最低頻率為10hz.pl082=50：電動機運行時的最高頻率為50hz. 自動扶梯運行時間設(shè)定：p2120=6：斜坡上升時間為6.0秒.p2121=6：斜坡下降吋間為6.0秒.3.3單片機簡介單片機是現(xiàn)代電子智能儀器儀表及嵌入式系統(tǒng)的主耍組成部分，應(yīng)用非常 廣泛，是現(xiàn)代工程技術(shù)人員必須掌握的知識之一.本章要求掌握數(shù)的進制及其和 互轉(zhuǎn)換、帶符號數(shù)的表示方法、溢岀的判別方法、ascii碼和bcd碼等單片機 的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識；掌握單片機的概念

33、、特點、應(yīng)用范圍、發(fā)展歷程等基礎(chǔ)知識; 了解常用單片機系列.為后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ).系統(tǒng)的搭建首先從硬件平臺的構(gòu)建開始.硬件電路設(shè)計的流程如下:首先確 定芯片解決方案，然后根據(jù)選定芯片進行相應(yīng)外圍電路的設(shè)計，用protel99se 軟件畫出原理閣并進行pcb布線，最后將設(shè)計好的pcb閣送至專門廠商進行 制版.3.11 zigbee解決方案的選取本抄表系統(tǒng)是以zigbee網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的，并且抄表終端的設(shè)計也是 以zigbee節(jié)點為射頻模塊，所以在設(shè)計工作之前，首先耍對zigbee的解決方 案進行研究、選擇.3.1.2幾種流行的zigbee解決方案由于zigbee應(yīng)用前景非常廣闊，世界各大

34、半導(dǎo)體生產(chǎn)商紛紛推出了支持 ieee802.15.4標(biāo)淮的無線收發(fā)芯片，目前比較成熟且應(yīng)用范圍較廣的zigbee平臺有以下四種：1. 飛思卡爾的 mc13191/13192/13193, mc13211 /13222/13223/13224 平臺.其 屮以mc13192芯片的應(yīng)用最為常見，它可以很容易的與任何一種mcu接門， 飛思卡爾公司提供的協(xié)議棧軟件可以根據(jù)應(yīng)用場合不同的需要，配置為從最簡 單的點對點系統(tǒng)到完整的zigbee系統(tǒng)，開發(fā)方便.2. chipcon公司的cc2420, cc2430平臺.cc2420芯片是實現(xiàn)zigbee應(yīng)用的 單片射頻收發(fā)器，使用chipcon公司的smart

35、rf03技術(shù)，0.18mcoms制造工 藝，性能穩(wěn)定，其可靠性和敏感性指數(shù)超過了 ieee802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的要求，數(shù)據(jù) 傳輸?shù)目煽啃院陀行暂^高.cc2430是實現(xiàn)zigbee嵌入式應(yīng)用的soc系統(tǒng)，片 上集成了 cc2420射頻模塊以和增強工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的8051 mcu,內(nèi)置了 zigbee協(xié) 議棧，所以開發(fā)應(yīng)用較為簡單便捷，市場競爭力強.3. ember的em250zigbee系統(tǒng)芯片.它嵌入了 ember的emberzn第二代 zigbee通信協(xié)議，對于網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的支持度較高，可以自動構(gòu)建網(wǎng)狀、星型及樹 形等多種網(wǎng)絡(luò).男外embe:還提供了專門的開發(fā)工具ember insight deve

36、lopment environment,這是.eclipse-base的綜合開發(fā)環(huán)境，讓開發(fā)人員為整個網(wǎng)絡(luò)的應(yīng) 用做開發(fā)和除錯工作.4. jennie的jn5139單芯片模塊.它具有32位的risc處理器，集成程度較 高，也實現(xiàn)y芯片的量產(chǎn)化，但成本較高，對于一般的開發(fā)研宂來講其開發(fā)協(xié) 議比較復(fù)雜.綜合考察各方案的特點以及對其市場應(yīng)用的了解，本抄表系統(tǒng)選用 了 chipcon的cc2430解決方案.對于無線抄表系統(tǒng)來講，cc2430解決方案的優(yōu) 勢主要有以下兩個方面：1. 開發(fā)便捷.無線抄表系統(tǒng)開發(fā)的目的是為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全抄集以及傳 輸，cc2430內(nèi)部集成了先進的zigbee協(xié)議棧，而且提

37、供了豐富的開發(fā)資源工 具、參考設(shè)計等，使得前期對于zigbee網(wǎng)絡(luò)的研宄大為便捷，減輕丫不必要的 開發(fā)負(fù)擔(dān).2. 安全程度高.cc2430是實現(xiàn)嵌入式zigbee應(yīng)用的片上系統(tǒng)，內(nèi)部集成 丫 cc2420射頻模塊及8051 mcu cc2420射頻模塊的數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性、抗干 擾性較高，提高了所采集原始電能量數(shù)據(jù)的安全性.此外，mcu與射頻模塊集 成，避免了控制模塊與射頻的連接設(shè)計所造成的系統(tǒng)不穩(wěn)定性.3.1.3 cc2430芯片解決方案芯片特點cc2430的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖4-1所示，這些模塊可以大致分為三類:cpu相關(guān)模塊、射頻相關(guān)模塊、電源相關(guān)模塊.芯片的主要特點如下：i. 高性能、低功耗的

38、增強工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)8051mcu;滿足2.4ghz ieee802.15.4要求的rf收發(fā)器;接收靈敏度高，3抗干擾性能強；4. 32/64/128kb 閃存；5. 8kb sram內(nèi)存，可以在各種供電方式y(tǒng)保持?jǐn)?shù)據(jù)；6. 強大的動態(tài)內(nèi)存存取(dma)功能；7. 所需外接元件較少；8. 個晶體即可滿足組網(wǎng)需要；9. 掉電方式下，電流消耗極低(只有0.9pa)，外部中斷或考實時鐘(rtc) 能喚醒系統(tǒng)；10. 掛起方式下，電流消耗小于0.6叭，外部屮斷可喚醒系統(tǒng)；ii. 能適應(yīng)較多的工作環(huán)境，電源電壓范圍較寬(2.03.6v); 12.支持?jǐn)?shù)字化 的接收信號強度指示器/鏈路質(zhì)量指示(rssi/lqi)

39、;13. 對以對電池使用情況進行監(jiān)視器，集成丫溫度傳感器；14. 數(shù)模轉(zhuǎn)換能力強，具有8路輸入8 14位adc; 4.2.2電能計量芯片 選取att70s3是拒泉光電科技(上海)有限公司設(shè)計的，帶spi的單相多功能計 量芯片(emu).芯片的工作范圍是3.03.6v,晶振為5.5296mhz.支持2000: 1的 動態(tài)范圍，在普通模式下全速運行功耗<<4.5ma;斷相防竊電降頻運行功耗 <<2ma.支持有功、無功、視在功率和電能脈沖輸出，能夠同時得到三通道的有 效值，及電壓頻率，電壓電流相位;具備vdcinjadcin功能，方便用戶做電源 檢測和電池檢測.att7053

40、可直接輸出所有測量參數(shù)，支持spi，能夠讀取參數(shù)、 校表，外圍mcu只需要完成多功能電能表要的管理和通訊協(xié)議程序即可.由于 所有參數(shù)都是內(nèi)部硬件算法直接進行運算的結(jié)果，從而充分保證了參數(shù)的精度 與可靠性，att7053為單相多功能計量提供了功能最齊全、設(shè)計最簡單的應(yīng)用 方案【6 o att7053芯片的引腳圖如圖4-3所示.關(guān)鍵引腳及其作用：1. avcc:模擬電源輸入2. vip，vin:電流通道1的正負(fù)輸入，輸入范圍士 800mv,共模ov;3. v2p, v2n:電流通道2的正負(fù)輸入，輸入范圍士 800mv,共模ov;4. v3p，v3n:電壓通道的正負(fù)輸入，輸入范圍800mv，共模ov

41、;5. cf3jcf1: p/q/s脈沖輸出(由用戶配置而定)，默認(rèn)分別為s/q/p;6. spics，spidi，spido, spiclk:同步串行接口(spi)連接線；7. xtal，i，xtalo:晶振輸入、輸出.3.14抄表終端外圍電路設(shè)計抄表終端的硬件電路設(shè)計以att7053和cc2430兩塊芯片為核心，抄 表終端的連接電路.其屮設(shè)計的電路模塊主要有電源電路模塊設(shè)計、輸入通道電 路設(shè)計、電能脈沖輸出電路設(shè)計、天線的設(shè)計等.其余基本的外圍電路，如引腳 的濾波電路、lc振蕩電路等，均可參照芯片供應(yīng)商所提供的技術(shù)手冊完成.入 通道的作用是通過差分輸入，將居民用輸入電壓轉(zhuǎn)換為適合芯片工作的

42、電壓范圍， 這里、接入電網(wǎng)，、接變壓器電流信號.電流通道一設(shè)置為當(dāng)前計量通道，采用錳銅 分流，采集電網(wǎng)的電流值電流通道二設(shè)計為自動防竊電功能，根據(jù)需要設(shè)置最小 竊電電流值，通過判斷電流通道二的電流有效值來判斷是否竊電并采取相應(yīng)措施 電壓通道額定輸入量程為士，這里輸入有效值設(shè)定為，因為信號太大會導(dǎo)致申擾 和量程溢出，太小則會影響內(nèi)部精度.第4章無線抄表系統(tǒng)的硬件設(shè)計處理器的強大之處除了在硬件資源的極大豐富以外，其巨大優(yōu)勢還在于可以 進行操作系統(tǒng)的移植.由于沒冇，所以只能移植諸如、之類的操作系統(tǒng)，則可以移植 現(xiàn)在流行的所有的操作系統(tǒng)，運行操作系統(tǒng)后，系統(tǒng)變的更加靈活，特別是對于語 音閣像的處理以及

43、與網(wǎng)絡(luò)的通訊，都可以使用操作系統(tǒng)的庫文件，極大的方便了 數(shù)據(jù)的管理.存儲器配置處理器的存儲器控制器可以分為片外存儲器訪問提供必要的控 制信號，它有以下兒個特點通過軟件選擇大、小端模式包含個地址空間，每個空間 的大小為字節(jié)，共有字節(jié)的地址空間除以外的所有地址空間都可以通過編程設(shè)置 為位、位或犯位對準(zhǔn)訪問.個地址空間的分配為個可以用于、等存儲器，個用于、 等存儲器個地址空間的起止地址和空間大小固定，個地址空間的起止地址和空間 大小可變所有存儲器空間的訪問周期都可以通過編程配置提供外部擴展總線的 等待周期入支持自動刷新和掉電模式.提供了外接的接口.外接存儲器的空間被分為，每容量為從犯到所對應(yīng)的地址范

44、圍為到一.使用， 它的物理起始地址為.通過數(shù)據(jù)刷新來保留住數(shù)據(jù).存儲體中電容的數(shù)據(jù)有效保 存期上限是，也就是說每一行刷新的循環(huán)周期是.刷新操作分為兩種自動刷新，與 自刷新，.不論是何種刷新方式，都不需要外部提供行地址信息，因為這是一個內(nèi)部 的自動操作.，內(nèi)部冇一個行地址生成器也稱刷新汁數(shù)器用來自動的依次生成行地址儲 器與位的接門如圖一所示.則主要用于休眠模式低功耗狀態(tài)下的數(shù)據(jù)保存，這方 面最著名的應(yīng)用就是，休眠掛起于內(nèi)存.在發(fā)出命令時，將既置于無效狀態(tài)，就進入 了模式，此時不再依靠系統(tǒng)時鐘工作，而是根據(jù)內(nèi)部的時鐘進行刷新操作對輸入 電源的要求為一，典型值為，在實驗中使用較低的電壓供電時，會造成

45、射頻指標(biāo)的 惡化和數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定工作電流在空閑狀態(tài)為，數(shù)據(jù)傳輸吋能達(dá)到，模塊最大的峰 值電流可達(dá)到，可見空閑狀態(tài)和工作狀態(tài)不電流的變動很大，而抄表系統(tǒng)的數(shù)據(jù) 發(fā)送比較頻繁，對供電模塊的穩(wěn)定性要求較高.因此需要設(shè)計專門的供電電路來 保證供電電壓和電流的穩(wěn)定.本設(shè)計選用作為供電模塊的電壓調(diào)節(jié)器,是降壓型電源管理單片集成電路， 具有很好的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)性.開關(guān)頻率為，具有基準(zhǔn)穩(wěn)壓器，并具有完善的保護 電路，包括電流限制和熱關(guān)斷電路等.劃只需要很少的外圍器件便可構(gòu)成較為高 效的穩(wěn)壓電路，可固定輸出、電壓，可調(diào)版本可輸出一之間各種電壓，誤差最大為， 同時可輸出的驅(qū)動電流，滿足的系統(tǒng)要求.圖一是輸出的典型應(yīng)

46、用電路圖，對于本 設(shè)計需耍的電壓，只耍在標(biāo)準(zhǔn)電壓輸出端連接電阻分壓器即可得到穩(wěn)定的電壓供 電源.供的天線接口為射頻連接器，外接天線通過電纜連接到該連接器上，該連接器由公司提供硬件電路的板設(shè)計注意點板設(shè)計階段既要全面考慮各種硬件的特 殊要求，乂要考慮數(shù)字信號及模擬信號對傳導(dǎo)、輻射和靜電放電等電磁干擾的敏 感性問題.木設(shè)計中主要基于以下四個方面的考慮來進行板的設(shè)計.電表的板同 時走高壓和低壓線，進行設(shè)計時盡量將高電壓如的走線遠(yuǎn)離低壓如走線，高電壓 在電路板上要盡量短些.本設(shè)計屮將高壓電壓走線和地線在板另一面的重合部分， 這使電源阻抗最低，也減小了差模反射的環(huán)路面積，減少了電路之間的相互干擾. 模擬

47、輸入部分的走線盡量縮短，適當(dāng)加粗，差分信號走線和元件排列盡量一致、平 衡、對稱，以保證模擬放大器的最大性能.的穩(wěn)定和低噪聲對整個電能表的測量精 度影響非常人，所以其外接旁路電容器盡量靠近芯片，走線盡量短粗.線路走線避 免形成較大的導(dǎo)線環(huán)路面積，時鐘電路的面積盡量減小，因為它是整個電路頻率 最高的部分.布線盡量不用度轉(zhuǎn)向走線，采用度轉(zhuǎn)角，以減小高頻信號對外的發(fā)射 與禍合.對電源和底線盡可能多保留鋪地面積，保持地的完整性，多放板的過地孔， 特別是在關(guān)鍵信號線旁邊，最小化信號回流路徑，這樣能夠減小電源和地的阻抗 和電路對外的輻射和敏感度.晶振及其補償電容器和反饋電阻盡量靠近主芯片， 這些走線盡量短粗

48、,品振底下要完整鋪地，并且不要有阻焊膜，信號線不可經(jīng)過，這 樣可以保證晶體振蕩頻率的穩(wěn)定和抗干擾的能力.rf射辣機塊cc243u電輪it贛泔示>電袴計3堪決att7o53校給詠220v進線斯電機構(gòu)負(fù)翬出線3-1抄表終端設(shè)計圖軟件系統(tǒng)的構(gòu)建是硬件平臺功能得以實現(xiàn)和運行的必要條件，根據(jù)本抄表系 統(tǒng)設(shè)計的特點，軟件系統(tǒng)的構(gòu)建主耍包括三個方面電表的驅(qū)動程序設(shè)計、組網(wǎng)程 序的設(shè)計和管理軟件程序的編寫.這三方面是軟件系統(tǒng)的基本功能實現(xiàn)，其中電 表驅(qū)動程序的重點在于串口通訊程序設(shè)計在充分研宄了電能計量芯片工作原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過對其相關(guān)寄 存器的讀取，即可獲取和管理所需要的電能數(shù)據(jù)組網(wǎng)程序的實

49、現(xiàn)基于輪轉(zhuǎn)查詢式 操作系統(tǒng)一協(xié)議棧軟件系統(tǒng)，重點在于設(shè)備對中斷事件的處理和響應(yīng)，實現(xiàn)系統(tǒng) 的條理運行管理軟件的編寫主要為y實現(xiàn)抄表命令的不達(dá)和對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的訪 問，實現(xiàn)實時抄表和對數(shù)據(jù)的查詢.4-1電表驅(qū)動程序設(shè)計電表驅(qū)動程序的編寫是為了能是電表正常的工作并將數(shù)據(jù)通過模塊發(fā)送出 去.主要的操作是編寫驅(qū)動程序，使得上位機可以通過讀取電表的寄存器數(shù)據(jù).電 能計量原理研究包括三路子，三路都包含可編程增益放大器，可獨立控制倍模擬 增益，用于將電流傳感器和電壓傳感器輸出的電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量.轉(zhuǎn)換后的 數(shù)字量通過濾波器之后送入計算單元進行計算，所得出的數(shù)據(jù)分為兩部分一部分 通過脈沖輸出電路輸出冇功功率、

50、無功功率和視在功率另一部分送入寄存器存 儲，通過接門以的通信方式將數(shù)據(jù)傳輸給.在抄表終端屮，電能芯片作為的從機，根 據(jù)主機傳送的命令，進行數(shù)據(jù)的讀寫操作，讀取的數(shù)據(jù)就是存儲在內(nèi)部寄存器中 的電能量信息.計量參數(shù)寄固定長度的數(shù)據(jù)傳輸，每次數(shù)據(jù)通訊都是個字節(jié)命令 和個字節(jié)的數(shù)據(jù)通訊中從機輸出是以上升沿輸出數(shù)據(jù)，從機輸入時從下降沿釆樣 數(shù)據(jù)，在前，在后.命令寄存器的接收會清零內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)寄存器通訊的幀結(jié)構(gòu) 命令寄存器讀寫位位要訪問的寄存器地址接受主機的命令數(shù)據(jù)寄存器字節(jié)接收 主機送來的的數(shù)據(jù)讀寄存器則該命令寄存器讀寫位為，寫寄存器則該命令寄存器 讀寫位為如果在通訊過程中發(fā)生信號拉高的情況，則

51、會給出相應(yīng)的錯誤標(biāo)志，同 時罝位，并通過放出如果用戶寫入小于字節(jié)的數(shù)據(jù)，則無效，給出錯誤標(biāo)志數(shù)據(jù)傳 輸以字節(jié)為單位，所以在數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候，一旦用戶只寫入字節(jié)的數(shù)據(jù)后就將拉 起來則會造成寫入失敗同吋給出錯誤標(biāo)志.如果用戶只給出字節(jié)的始終想要讀取 寄存器數(shù)據(jù)，也會造成讀取失敗，同時給出錯誤標(biāo)志所有的錯誤標(biāo)志均可產(chǎn)生給 出中斷信號通知主機，中斷是否發(fā)出可以由寄存器時能控制，同是該次錯誤不會 影響到下一次數(shù)據(jù)傳輸.電表驅(qū)動程序設(shè)計抄表終端的驅(qū)動程序基于上位機和下 位機芯片的串口通訊，串口通訊的程序流程圖如圖一所示.3jv供電<jta(5 佬口3-1抄表終端電路設(shè)計操作時序如圖一所示.其屮為片選信

52、號，允許訪問控制線，在不降沿開始操作， 上升沿跳變時操作結(jié)束是串行數(shù)據(jù)輸入信號,用丁把數(shù)據(jù)傳輸?shù)街惺谴袛?shù)據(jù)輸 出信號，用于從寄存器中讀出數(shù)據(jù)為串行時鐘信號，控制數(shù)據(jù)輸入輸出串行口的 速率，上升沿輸出數(shù)據(jù)，下降沿讀入數(shù)據(jù)，在下降沿時將上的數(shù)據(jù)采樣到中，在上升 沿時將芯片太寄存器中的數(shù)據(jù)置于上輸出.抄表終端設(shè)備、中繼器設(shè)備和無線網(wǎng) 關(guān)設(shè)備.本抄表網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備主要分為三種組網(wǎng)程序的實現(xiàn)是無線抄表網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實 現(xiàn)的核心,本文對網(wǎng)絡(luò)的三個主體部分分別設(shè)計了各自的實現(xiàn)程序，給出了相應(yīng) 程序的流程.設(shè)備分類網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備根據(jù)通信能力分為全功能設(shè)備和簡化功能盯 設(shè)備兩種，這兩者設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中所起的作用不同.在網(wǎng)絡(luò)中

53、可承擔(dān)的角色有三種 作為網(wǎng)絡(luò)的主協(xié)調(diào)器作為普通協(xié)調(diào)器作為終端設(shè)備.盯只能作為終端設(shè)備.可以 同時和多個以及通信，而只能與一個通信.根據(jù)設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)屮承擔(dān)任務(wù)的不同，可 以分為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、網(wǎng)絡(luò)路由器和網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備.其中網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器是網(wǎng)絡(luò)的中心 節(jié)點，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的建立和和關(guān)配罝，一個網(wǎng)絡(luò)中只有一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器路由器負(fù)責(zé) 找尋、建立以及修復(fù)網(wǎng)絡(luò)報文的路由信息，并負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)報文網(wǎng)絡(luò)終端可以加 入、退出網(wǎng)絡(luò)，可以接受和發(fā)送網(wǎng)絡(luò)報文，但沒冇轉(zhuǎn)發(fā)功能.網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和路由器是， 終端設(shè)備是.網(wǎng)絡(luò)屮設(shè)備之間的關(guān)系如圖一所示.網(wǎng)絡(luò)路由器4-2抄表系統(tǒng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)應(yīng)用的需要可形成三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)星形網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)狀網(wǎng)路和

54、簇狀網(wǎng)絡(luò). 星形網(wǎng)絡(luò)中只冇一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，其余的節(jié)點都只能與協(xié)調(diào)器通信，而互相之間 無法傳遞信息，這種網(wǎng)絡(luò)比較簡單，沒有路由設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的負(fù)擔(dān)較重，適合小 范圍室內(nèi)應(yīng)用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中任何兩個設(shè)備之間都能直接通信，每個設(shè)備都可充當(dāng)路 由器角色，都能轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)報文，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建比較復(fù)雜，路由協(xié)議也比較繁瑣簇 狀網(wǎng)絡(luò)可以理解為星形網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，在網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、路由器和終端設(shè)備分工明確，所需的資源相對較少，應(yīng)用比較廣泛.無線抄表系統(tǒng)應(yīng)用在居本設(shè)計選擇了簇狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)作為網(wǎng)絡(luò)的組織形式.抄表終端為網(wǎng)絡(luò)的終 端設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)路由器是中繼器，網(wǎng)關(guān)設(shè)備為網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器.其中，抄表終端之間不能 互和通

55、信，也不具備報文轉(zhuǎn)發(fā)的能力一個中繼器與兒個抄表終端相連，主要完成 數(shù)據(jù)在終端和協(xié)調(diào)器節(jié)點之間的轉(zhuǎn)發(fā)，中繼器之間也不互相通信網(wǎng)關(guān)設(shè)備在管理 中心控制下負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建以及維護.對于簇狀網(wǎng)絡(luò)來講，網(wǎng)關(guān)設(shè)備相當(dāng)于中繼 器的簇首，而屮繼器又相當(dāng)于抄表終端的簇首，整個網(wǎng)絡(luò)分為兩層，每層相當(dāng)于一 個星形網(wǎng)絡(luò).數(shù)據(jù)傳輸機制的數(shù)據(jù)傳輸模式共有三種終端向協(xié)調(diào)器傳輸數(shù)據(jù)、協(xié) 調(diào)器向終端傳輸數(shù)據(jù)、w對等器件互和傳輸數(shù)據(jù).在本抄表網(wǎng)絡(luò)中，因為采用了簇 狀m絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，因此只有前兩種傳輸方式.終端傳輸數(shù)據(jù)到協(xié)調(diào)器在信標(biāo)使能 方式下，終端必須先去的信標(biāo)來與協(xié)調(diào)器進行通信申請、同步，然后使用開槽載波 檢測多址與碰撞避免機制傳

56、輸信息.在非信標(biāo)使能方式不，終端簡單利用無槽載 波檢測多址與碰撩避免機制傳輸數(shù)據(jù)本章總結(jié)本章是論文中的重點設(shè)計部分，完成了無線抄表網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計. 文章首先確定了硬件方案的選取.通過與其他解決方案的比較，分析了各解決方 案的優(yōu)缺點，確定了的芯片為網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的基礎(chǔ).然后對進行了詳細(xì)的研究，對其特 點和芯片的硬件資源進行了說明.抄表終端是抄表網(wǎng)絡(luò)的基本單元本章創(chuàng)新的設(shè)計了基于芯片和的抄表終端，對芯片進行了簡單的介紹，給出 了選擇該芯片作為解決方案的優(yōu)勢，設(shè)計了電源供電電路、電流電壓采樣輸入通 道、電能脈沖輸出電路和天線電路設(shè)計等抄表終端的外圍電路.無線網(wǎng)關(guān)是網(wǎng)絡(luò) 的協(xié)調(diào)器，基于開發(fā)的控制器芯

57、片和華為的模塊，分別對兩款芯片進行了簡介并 設(shè)計了芯片的接口電路和外圍電路，包括電源供電電路、卡接口電路等的設(shè)計.第5章抄表技術(shù)節(jié)能系統(tǒng)程序設(shè)計根據(jù)時序操作要求，設(shè)計spi讀寫程序代碼段如卜所示：void delay(unsigned int time) /一個控制信號高電平低電平時間的延時 mt i ;for(i=0; i<time; i+)unsigned long spi_ read(unsigned char address)/定義 spi 讀操作 char i;unsigned long temp data; temp data=0;spi clk二0;/確保clk初始狀態(tài)是0 delay(l);spi cs=1;spi cs=0;spi clk二1; /啟動數(shù)據(jù)傳輸spi din二0;/0表示主機向從機讀數(shù)據(jù)spi clk = 0;/從機需要在下降沿取數(shù)據(jù)for(i=6;i>=0;i -)spi clk = 1; /啟動數(shù)據(jù)傳輸spi_ din (address&(0x01+i);i; /address 地址從 0x00 到 ox7f spi clk 0; /從機需要在卜降沿取數(shù)據(jù)/從機接收到命令后，開始送出數(shù)據(jù)，上升沿送數(shù)據(jù)spi cl