畢業(yè)論文-無(wú)線網(wǎng)絡(luò)抄表系統(tǒng)

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)抄表系統(tǒng)內(nèi)容摘要隨著通信技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展以及電力市場(chǎng)日益增長(zhǎng)的需求，自動(dòng)抄表技術(shù)（AMR）的研究日益受到重視。自動(dòng)抄表技術(shù)克服了傳統(tǒng)的人工抄表模式的弊端，給電力設(shè)施管理的自動(dòng)化帶來(lái)了方便。本文針對(duì)當(dāng)前自動(dòng)抄表技術(shù)中的一些問(wèn)題，研究并設(shè)計(jì)了基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的分時(shí)電表抄表系統(tǒng)。本文研究的目的是設(shè)計(jì)一種數(shù)據(jù)傳輸范圍較廣、數(shù)據(jù)傳輸速度較快、數(shù)據(jù)可信程度較高的無(wú)線抄表系統(tǒng)。本文重點(diǎn)研究了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)抄表系統(tǒng)的組成、系統(tǒng)中幀的結(jié)構(gòu)以及各個(gè)組成模塊，特別是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集模塊的關(guān)鍵技術(shù)。該模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心。首先，本文介紹了本課題的主要研究?jī)?nèi)容以及主要意義，給出了目前自動(dòng)抄表技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀以及實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)。其次，本文研究了系統(tǒng)的組成以及各個(gè)模塊，分析了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)對(duì)系統(tǒng)性能帶來(lái)的影響，以及如何圍繞數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)設(shè)計(jì)本系統(tǒng)。最后，分別設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的三個(gè)組成模塊：數(shù)據(jù)采集模塊、信息顯示模塊、用電數(shù)據(jù)分析模塊。在數(shù)據(jù)采集模塊中，研究了：如何將誤碼率、信號(hào)強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的權(quán)值，從而進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)路徑的選擇；并對(duì)Dijkstra算法進(jìn)行了調(diào)整，使得在實(shí)際工程環(huán)境中，系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)間代價(jià)明顯減少；然后分析了如何設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的無(wú)線通信驅(qū)動(dòng)程序。關(guān)鍵詞：自動(dòng)抄表，WirelessUSB，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，GPRS

AbstractWiththerapiddevelopmentofthecommunicationtechnology,computernetworktechnologyandtheincreasingdemandoftheelectricmarket,theresearchofautomaticmeterreadingsystem(AMR)becomingmoreandmoreimportant.Asanimportantpartoftheautomaticmeterreadingsystem,theshortcomingsoftraditionalmanualmeterreadingcanbeovercomedbyusingAMR.FocusontheproblemsofcurrentAMRsystem,thethesisstudyanddesignameterreadingsystembasedonwirelessnetworkforTime-sharingAmmeter.ThegoalofthisthesisistodesignonkindofwirelessAMRsystemwhichhaswidedatatransmissionrange,rapidtransmissionrateandexacttransmissionperformance.Thisdissertationmainlyresearchesthestructureofthesystem,thestructureoftheframeandthecomponentmodulesinthissystem,especiallythemainkeytechnologyofdataacquisitionmodule.Thismoduleisthecoreofthissystem.Firstly,thispaperintroducesthemainresearchcontentandpurposeofthetask.ItgivesoutthecurrentstateofAMRtechnologyandthekeytechnologyofthissystem.Secondly,thesystemcomponentandmodulesisanalysed.Theinfluenceofdatareceiveandtransmissionisalsoanalysed.Andresearchhowtodesignthissystemaroundthedataacquisitionmodule.Lastly,threecomponentsofthesystemaredesignedrespectively.Thesecomponentsaredataacquisitionmodule,informationdisplaymoduleanddataanalysismodule.Indataacquisitionmodule,themainresearchesarefollowing:howtotransformBERandSignalStrengthintopowerinordertoselectthepathofdatareceiveandtransmit.BythemodificationofDijkstraarithmetic,thetimecostofthesystemisreduced.Howtodesignwirelesscommunicationdriverisalsoanalysed.Keywords：AutomaticMeterReading,WirelessUSB,DataReceiveAndTransmit,

第一章緒論隨著社會(huì)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，越來(lái)越多的自動(dòng)化技術(shù)被引入到人們的生產(chǎn)生活中來(lái)，這一傾向也體現(xiàn)在自動(dòng)化儀表方面。隨著各種儀表在不同場(chǎng)合應(yīng)用的不斷增多，對(duì)儀表的數(shù)據(jù)采集、管理也成為人們?cè)絹?lái)越關(guān)心的問(wèn)題。早期的抄表方法都是現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)抄表：抄表工作人員需到用戶處讀取數(shù)據(jù)，返回總局后將數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)人工重新輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。這種抄表方式在儀表數(shù)量相對(duì)較少、儀表位置相對(duì)集中的情況下效果很好。但在儀表數(shù)量較多、儀表位置比較分散的情況下，這種傳統(tǒng)的手動(dòng)抄表方式存在著許多弊端：例如在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，一些儀表可能被放置在距離很遠(yuǎn)或者是工作環(huán)境很惡劣的地方，這些都很不利于抄表工作人員去現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)抄表；并且，如果某個(gè)儀表發(fā)生故障，工作人員將很難發(fā)現(xiàn)；加之傳統(tǒng)的儀表手動(dòng)抄寫消耗大量的人力物力，效率低下：不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低，還存在抄表不到位、估抄、漏抄、錯(cuò)抄、錯(cuò)算及抄表周期長(zhǎng)等問(wèn)題。所抄的數(shù)據(jù)要經(jīng)過(guò)人工輸入計(jì)算機(jī)才能進(jìn)入管理系統(tǒng)，從而降低了現(xiàn)代化管理系統(tǒng)的先進(jìn)性。正是由于人工手動(dòng)抄表存在著以上的不足，人們開始尋找新的能夠替代勞動(dòng)密集型的人工抄表方法，自動(dòng)抄表系統(tǒng)也就應(yīng)運(yùn)而生了。自動(dòng)抄表（AutomaticMeterReading，簡(jiǎn)稱AMR)是指采用通信、計(jì)算機(jī)等技術(shù)．通過(guò)專用設(shè)備對(duì)各種儀表（如水表、電表、氣表等）進(jìn)行自動(dòng)采集和處理其中的數(shù)據(jù)。它一般首先利用表計(jì)獲得數(shù)據(jù)，然后通過(guò)傳輸控制器將信息傳至計(jì)算機(jī)中心．由計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、顯示、存儲(chǔ)、打印。必要時(shí)還可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和營(yíng)業(yè)收費(fèi)系統(tǒng)相連實(shí)現(xiàn)抄表收費(fèi)一體化。自動(dòng)抄表系統(tǒng)的出現(xiàn)解決了傳統(tǒng)人工抄表過(guò)程中遇到的許多問(wèn)題，并且提高了工作效率和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。隨著近年來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的新技術(shù)應(yīng)用于自動(dòng)抄表系統(tǒng)，它們能夠降低設(shè)備成本，提高可靠性、準(zhǔn)確性和抄表效率，已展現(xiàn)出十分廣闊的應(yīng)用前景[21][41]。1.1自動(dòng)抄表系統(tǒng)的研究背景自動(dòng)抄表技術(shù)以其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用最具代表性。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，資源消耗越來(lái)越驚人，一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的省份用電已經(jīng)十分緊張，一旦出現(xiàn)高溫天氣，更是頻頻發(fā)生拉閘限電。而且隨著人民生活水平的不斷提高，人們對(duì)電力的需求已經(jīng)不僅僅于滿足日常生活的需要。良好的供電質(zhì)量和服務(wù)水平成為電力改革當(dāng)中首先需要狠抓的大事。在電力管理發(fā)展過(guò)程中，原來(lái)以拉閘限電為目的的負(fù)荷控制（LMS）逐漸向需方管理（DSM）方向過(guò)渡，電力部門為提高供電質(zhì)量和服務(wù)水平迫切地需要有一套完善的電網(wǎng)電能管理系統(tǒng)對(duì)與用戶直接相關(guān)的電壓電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，便于及時(shí)掌握電網(wǎng)運(yùn)行的情況，適時(shí)根據(jù)供電需求的增長(zhǎng)調(diào)整電網(wǎng)負(fù)荷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和定位電網(wǎng)故障，發(fā)現(xiàn)異常供電和異常線損，杜絕供電隱患。為了提供更好的供電質(zhì)量和供電服務(wù)，電力部門需要從用戶處盡快獲取更多的數(shù)據(jù)信息，如電能需量、分時(shí)電量和負(fù)荷曲線等。電力管理的發(fā)展，需要迅速準(zhǔn)確的讀取用戶耗電數(shù)據(jù)。而傳統(tǒng)抄表方式人工挨家挨戶抄取電能表數(shù)據(jù)，不可避免地存在以下問(wèn)題：統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，無(wú)法真實(shí)反映用戶用電情況；操作難以規(guī)范化，造成不明損失增加；數(shù)據(jù)采集不及時(shí)，無(wú)法實(shí)時(shí)反映系統(tǒng)狀況，不能對(duì)用戶行為進(jìn)行有效監(jiān)控；且耗費(fèi)人工多，成本高，效率低。顯然，上述弊端使得人工抄表管理模式不能適應(yīng)電力體制的改革，也直接阻礙了諸如分時(shí)電價(jià)運(yùn)營(yíng)、預(yù)支電費(fèi)等先進(jìn)管理模式的推行。自動(dòng)抄表技術(shù)就是在技術(shù)與管理兩方面亟待進(jìn)步、改革的迫切需求下逐漸發(fā)展起來(lái)的。技術(shù)層面上，傳感器、自動(dòng)化儀表以及集成電路技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步，也為自動(dòng)抄表的實(shí)現(xiàn)提供了現(xiàn)實(shí)可能[21][41]。1.2國(guó)內(nèi)外抄表技術(shù)的現(xiàn)狀及存在問(wèn)題目前許多國(guó)家和地區(qū)都已廣泛采用自動(dòng)抄表系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工抄表，主要集中在煤氣表、電量表和流量表的自動(dòng)抄表，特別是國(guó)外煤氣抄表已經(jīng)有幾十年的發(fā)展歷史。抄表技術(shù)的快速發(fā)展得益于80年代計(jì)算機(jī)技術(shù)、超大規(guī)模集成電路（VLSI）和通訊技術(shù)的高速發(fā)展，它們使得AMR系統(tǒng)在向著智能化、低功耗、低成本和通信標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中邁出了堅(jiān)實(shí)的一步，達(dá)到可以大規(guī)模推廣的實(shí)用性階段[41]。目前我國(guó)國(guó)內(nèi)所采用的抄表方式大致可以分為三種。一是傳統(tǒng)的人工抄表方式，抄表人需到用戶處讀取數(shù)據(jù)，返回總局后將數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)人工重新輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。二是預(yù)付費(fèi)方式，抄表人無(wú)需到用戶處，用戶通過(guò)銀行劃撥收費(fèi)或到儀表管理部門購(gòu)買磁卡、IC卡等，按購(gòu)買額提供用量，完成收費(fèi)工作。三是遠(yuǎn)程抄表方式，監(jiān)控中心通過(guò)遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)（例如公用電話網(wǎng)、電力線載波、數(shù)據(jù)網(wǎng)等）自動(dòng)獲取遠(yuǎn)程儀表數(shù)據(jù)的方式。當(dāng)前在我國(guó)國(guó)內(nèi)大量使用的仍然是傳統(tǒng)的人工抄表方式，部分地區(qū)已經(jīng)開始了遠(yuǎn)程抄表的試點(diǎn)。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市高層建筑不斷增多，工商用戶及三資企業(yè)迅速增加，農(nóng)村電網(wǎng)逐漸普及，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)逐漸增多，農(nóng)民家用電器迅速普及，還有“一戶一表”政策的實(shí)施以及多種電價(jià)制度的執(zhí)行，都使得抄表工作發(fā)生了巨大的變化并且變得越來(lái)越復(fù)雜。常規(guī)抄表方式的質(zhì)量和效率問(wèn)題也逐漸暴露出來(lái)。拿電力系統(tǒng)的抄表情況作例子，可以發(fā)現(xiàn)主要存在以下問(wèn)題：1、傳統(tǒng)人工抄表由于電網(wǎng)分布面廣，用戶分散等原因使得抄表成本高，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低。2、抄表質(zhì)量低，不明損失大。由于抄表工作定額大、周期短、頻率高，加上抄表員工的行為不規(guī)范，抄表不到位、估抄、漏抄、錯(cuò)抄現(xiàn)象十分普遍，不明損失較大。3、不利于電力公司對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行信息的采集，不利于電價(jià)體系及時(shí)地根據(jù)市場(chǎng)的變化改革，峰谷電價(jià)執(zhí)行范圍小。4、不便于對(duì)用戶的監(jiān)控和收費(fèi)制度的改革。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的逐步完善，電作為一種商品也越來(lái)越被人們所認(rèn)識(shí)和接受。但由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不平衡，嚴(yán)重的欠費(fèi)現(xiàn)象沖擊著電力企業(yè)，電費(fèi)難收已成為不可否認(rèn)的事實(shí)。因此許多供電企業(yè)已經(jīng)開始推行購(gòu)電制，采取定量供應(yīng)，負(fù)荷控制，實(shí)行先交款、后用電的營(yíng)業(yè)收費(fèi)方式，確保電費(fèi)的及時(shí)回收。實(shí)施購(gòu)電制，就要完善對(duì)用戶的監(jiān)控手段，目前人工抄表及計(jì)量方式很難適應(yīng)這種收費(fèi)制度的改革，無(wú)法對(duì)用戶實(shí)施有效地監(jiān)控，阻礙了收費(fèi)制度改革的實(shí)行。5、不能適應(yīng)物流管理的現(xiàn)代化。隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)己被廣泛地應(yīng)用于營(yíng)業(yè)電費(fèi)管理業(yè)務(wù)中，必須與時(shí)俱進(jìn)才能適應(yīng)社會(huì)的信息化發(fā)展。而人工抄表方式不能及時(shí)準(zhǔn)確地將抄表信息送入電費(fèi)管理系統(tǒng)。并且，隨著分時(shí)電價(jià)政策的推行，出現(xiàn)了分時(shí)電表。舊式電表大部分為機(jī)械表，而現(xiàn)在的分時(shí)電表幾乎都是數(shù)字制式的。由于不同的時(shí)段電價(jià)不一，分時(shí)電表在抄表過(guò)程中，每個(gè)用戶需要抄錄幾個(gè)不同的數(shù)值，這大大增加了抄表工人手工抄表的工作量，降低了工作效率，同時(shí)也容易出現(xiàn)混淆、錯(cuò)誤，也容易導(dǎo)致用戶與供電企業(yè)的糾紛。由于上述問(wèn)題，社會(huì)發(fā)展急需優(yōu)良可靠的信息化抄表方式，這樣才能有效地解決傳統(tǒng)抄表方式的一些缺陷。近二十年來(lái)，國(guó)內(nèi)許多研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)紛紛投入對(duì)自動(dòng)抄表技術(shù)的研究，并有多種自動(dòng)抄表系統(tǒng)陸續(xù)問(wèn)世，這標(biāo)志著我國(guó)自動(dòng)抄表技術(shù)應(yīng)用的起步。各種AMR技術(shù)和系統(tǒng)（如電力線載波通信技術(shù)、智能化計(jì)量?jī)x表、電能量計(jì)量收費(fèi)系統(tǒng)等）的研究，已成為各AMR系統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)競(jìng)相追逐的熱點(diǎn)。到今天，抄表系統(tǒng)已經(jīng)由當(dāng)初的研究轉(zhuǎn)到商業(yè)用途，已有很多的廠家能夠提供商業(yè)系統(tǒng)，盡管還有一定的缺陷。國(guó)內(nèi)從90年代開始，越來(lái)越多的研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)對(duì)自動(dòng)抄表技術(shù)進(jìn)行了研究，到現(xiàn)在己經(jīng)有不少的廠家能提供這方面的產(chǎn)品，并取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。已有部分進(jìn)入實(shí)用階段，但還不是很完善，不是很成熟。國(guó)家已經(jīng)正式推出了相應(yīng)的三表遠(yuǎn)傳標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)志著國(guó)內(nèi)抄表行業(yè)正走向規(guī)范。因此，參照國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r，結(jié)合使用的客戶、應(yīng)用的環(huán)境要求以及成本和可靠性的要求，因地制宜地設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表系統(tǒng)顯得很有必要。1.3國(guó)內(nèi)外自動(dòng)抄表技術(shù)的主要研究方向目前，國(guó)內(nèi)外在自動(dòng)抄表方面的解決方案主要基于以下幾種技術(shù)：有線抄表技術(shù)、基于紅外線技術(shù)的無(wú)線抄表技術(shù)、基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線抄表技術(shù)。1.3.1有線抄表技術(shù)目前，有線抄表技術(shù)的主流是電力線載波抄表。電力線載波抄表是以220V電力線為信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N抄表方式。其工作原理是發(fā)送端首先將信息調(diào)制為高頻信號(hào)，然后通過(guò)功率放大后，耦合疊加到電力線上進(jìn)行傳輸；接收端從電力線上經(jīng)耦合器收到載波信號(hào)，經(jīng)帶通濾波、信號(hào)放大、同步檢波、解調(diào)出數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)庫(kù)。圖1.1電力線載波抄表的組織結(jié)構(gòu)圖如圖1.1所示，為電力線載波抄表的一種實(shí)施方案的整體結(jié)構(gòu)。電力線載波抄表目前有兩種實(shí)現(xiàn)方式：一種是采用全載波方式，即載波模塊集成在電表內(nèi)部；另外一種是半載波方式，載波模塊獨(dú)立于電表，多表共用一個(gè)載波模塊，采集終端（內(nèi)含載波模塊）安裝在表箱內(nèi)，通過(guò)RS—485總線與電表進(jìn)行雙向通信。兩種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)：采用載波表（全載波方式），載波模塊故障時(shí)只影響單只表的數(shù)據(jù)采集，但價(jià)格較高；采用半載波方式可以降低整個(gè)系統(tǒng)的工程造價(jià)，但載波模塊故障時(shí)會(huì)影響多只表的電量采集。電力線載波抄表技術(shù)是目前使用較多的一種抄表技術(shù)，其主要功能包括：（1）具有多種數(shù)據(jù)分析功能、系統(tǒng)校時(shí)功能、數(shù)據(jù)自動(dòng)采集功能；（2）系統(tǒng)與營(yíng)業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)、線損管理系統(tǒng)之間留有接口，可以方便地進(jìn)行電費(fèi)的自動(dòng)結(jié)算和線損分析；（3）具有實(shí)時(shí)計(jì)算變壓器臺(tái)區(qū)線損的功能；（4）可抄錄每個(gè)用戶的小時(shí)用電量、日用電量、月用電量和自由設(shè)定的分時(shí)段用電量，能查詢、顯示、打印系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)用戶表計(jì)的月累加值；（5）具備防竊電功能，對(duì)表計(jì)長(zhǎng)期不走發(fā)出報(bào)警信號(hào)；（6）可以遠(yuǎn)程定時(shí)或隨機(jī)呼叫系統(tǒng)管區(qū)內(nèi)任何一個(gè)用戶表計(jì)，也可連續(xù)巡檢系統(tǒng)內(nèi)所有用戶表計(jì)，向采集終端（或用戶表計(jì)）發(fā)送命令和接收數(shù)據(jù)；（7）可向采集終端（或用戶表計(jì)）發(fā)出廣播對(duì)時(shí)命令和凍結(jié)命令，可讀取同一時(shí)間的所有用戶各表計(jì)的當(dāng)前值。但同時(shí)，電力線載波抄表技術(shù)也存在著如下一些缺點(diǎn)：（1）如果每只電表都植入載波模塊，則植入載波模塊的硬件成本很高；如果多只電表共用一個(gè)載波模塊，則載波模塊故障時(shí)會(huì)影響多只表的電量采集。（2）因?yàn)檩d波信號(hào)是高頻信號(hào)，高頻信號(hào)經(jīng)過(guò)線圈時(shí)的阻抗很大，所以線路在經(jīng)歷變壓器的位置需要安裝集中器。（3）由于兩條平行的金屬線構(gòu)成一個(gè)天線，因此傳輸過(guò)程容易受到電氣干擾。（4）由于兩條平行的金屬線構(gòu)成一個(gè)天線，因此傳輸距離較長(zhǎng)時(shí)，載波信號(hào)衰減嚴(yán)重，需要進(jìn)行中繼。1.3.2基于紅外線技術(shù)的無(wú)線抄表技術(shù)該技術(shù)的原理是利用紅外線發(fā)射、接受模塊進(jìn)行無(wú)線抄表。紅外線發(fā)射模塊是采用紅外發(fā)光二極管來(lái)發(fā)出經(jīng)過(guò)調(diào)制的紅外光波。紅外接收模塊由光電轉(zhuǎn)換器、前置放大電路、解調(diào)電路和譯碼器等部分構(gòu)成。光電轉(zhuǎn)換器的作用是將紅外光敏器件接收到的紅外光指令信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)。然后通過(guò)放大器放大后，才能送到信號(hào)處理電路進(jìn)行處理。經(jīng)紅外前置放大器放大后的紅外線信號(hào)，要由解調(diào)電路解調(diào)后才能送到譯碼器電路譯碼。將調(diào)制載波信號(hào)還原為調(diào)制信號(hào)，然后送譯碼器進(jìn)行譯碼。基于紅外線技術(shù)的無(wú)線抄表的優(yōu)點(diǎn)有：硬件成本較低；抗電磁干擾能力強(qiáng)；結(jié)構(gòu)緊湊等。但也有著如下一些缺點(diǎn)：紅外線的波長(zhǎng)較短，對(duì)障礙物的衍射能力較差，不能穿透墻壁；因此只能進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的直線傳輸；距離大于四米時(shí)，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率低，一般僅為幾個(gè)到十幾個(gè)字節(jié)的控制碼。1.3.3基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線抄表技術(shù)ZigBee是一種無(wú)線連接技術(shù)的商業(yè)化命名，該連接技術(shù)主要是為了解決低功耗、近距離、低復(fù)雜度、低傳輸速率的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接。ZigBee標(biāo)準(zhǔn)基于802.15.4協(xié)議棧而建立，具備了強(qiáng)大的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)功能。其主要優(yōu)點(diǎn)有：功耗低；協(xié)議簡(jiǎn)單；無(wú)需布設(shè)通信線路；便于快速組網(wǎng)等。其主要缺點(diǎn)有：傳輸速率低、硬件成本高等。1.4本課題研究的主要內(nèi)容上述各種抄表系統(tǒng)均有各自的缺點(diǎn)。由于無(wú)線通信的工作背景復(fù)雜，且傳輸錯(cuò)誤率明顯高于有線通信；因此，對(duì)于現(xiàn)有的、與本系統(tǒng)較為接近的無(wú)線抄表系統(tǒng)，多數(shù)還沒(méi)有采用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的手段，故數(shù)據(jù)傳輸范圍、數(shù)據(jù)采集速度受到了極大的限制；即使少數(shù)已經(jīng)采用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的現(xiàn)有無(wú)線抄表系統(tǒng)，也尚未提出行之有效的轉(zhuǎn)發(fā)路徑選擇方案。并且，對(duì)于采集到的數(shù)據(jù)，現(xiàn)有的無(wú)線抄表系統(tǒng)不能夠?qū)?shù)據(jù)的可信程度作出正確的判斷。所以，本課題的研究目標(biāo)是：以WirelessUSB為主要無(wú)線通信芯片，以ARM9芯片為控制芯片，以嵌入式Linux為操作系統(tǒng)，設(shè)計(jì)出一種無(wú)線抄表系統(tǒng)，成為實(shí)際工程中可供選擇的一種方案；該方案與有線抄表方案相比，具有成本較低、擴(kuò)展簡(jiǎn)單的特點(diǎn)；與紅外線、ZigBee等無(wú)線抄表方案相比，具有成本較低、數(shù)據(jù)傳輸范圍較廣、數(shù)據(jù)傳輸速度較快、數(shù)據(jù)可信程度較高的特點(diǎn)。主要內(nèi)容如下：（1）通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，擴(kuò)展能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆秶唬?）通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑的研究，找出傳輸錯(cuò)誤率較低、速度較快的轉(zhuǎn)發(fā)路徑；（3）通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑的研究，尤其是對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中，誤碼率的研究，能夠使數(shù)據(jù)的可信程度達(dá)到合理的范圍。1.5本課題研究的意義工程價(jià)值包括：可以大大提高抄表工作人員的工作效率，減少抄表錯(cuò)誤；又可以提高電力行業(yè)的自動(dòng)化、信息化水平。社會(huì)價(jià)值包括：雖然不是分時(shí)電價(jià)政策推行的關(guān)鍵，但亦可從技術(shù)角度促進(jìn)分時(shí)電價(jià)政策的推行，無(wú)論對(duì)企業(yè)、社會(huì)和電力企業(yè)都有較為積極的意義。1.6論文的結(jié)構(gòu)安排論文的結(jié)構(gòu)安排及各章的主要內(nèi)容如下。第一章，緒論，簡(jiǎn)要介紹了本課題研究的對(duì)象，研究的內(nèi)容和意義，以及國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。第二章，介紹了本課題中所應(yīng)用到的一些主要技術(shù)。第三章，進(jìn)行了本系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，并介紹了一些基本原理。第四章，對(duì)本系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行了研究與設(shè)計(jì)，是本課題研究的核心與主要內(nèi)容。第五章，對(duì)本系統(tǒng)中的信息顯示模塊進(jìn)行了研究與設(shè)計(jì)。第六章，對(duì)本系統(tǒng)中的用電數(shù)據(jù)分析模塊進(jìn)行了研究與設(shè)計(jì)。第七章，介紹了本系統(tǒng)的測(cè)試環(huán)境，闡述了本系統(tǒng)的測(cè)試內(nèi)容以及如果將一個(gè)物理意義的電表端虛擬為多個(gè)邏輯上的電表端，并通過(guò)對(duì)測(cè)試結(jié)果的分析得出了相應(yīng)的結(jié)論。第八章，總結(jié)與展望，對(duì)所做的各項(xiàng)工作進(jìn)行了總結(jié)，對(duì)研究中存在的問(wèn)題進(jìn)行了討論，并對(duì)自動(dòng)抄表技術(shù)的研究方向進(jìn)行了展望。

第二章相關(guān)技術(shù)介紹在本課題的研究中，用到了嵌入式系統(tǒng)、嵌入式操作系統(tǒng)、WirelessUSB無(wú)線通信、GPRS、ARM處理器等諸方面的技術(shù)。因此，首先對(duì)這些技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。2.1嵌入式系統(tǒng)2.1.1嵌入式系統(tǒng)定義隨著微處理技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已成為計(jì)算機(jī)領(lǐng)域一個(gè)重要組成部分。嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它具有軟件代碼量小、高度自動(dòng)化、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于要求實(shí)時(shí)和多任務(wù)的體系。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等四個(gè)部分組成，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。嵌入式系統(tǒng)一般指非PC系統(tǒng)，它包括硬件和軟件兩部分。硬件包括處理器/微處理器、存儲(chǔ)器及外設(shè)器件和I/O端口、圖形控制器等。軟件部分包括操作系統(tǒng)軟件（要求實(shí)時(shí)和多任務(wù)操作）和應(yīng)用程序。有時(shí)設(shè)計(jì)人員把這兩種軟件組合在一起。應(yīng)用程序控制著系統(tǒng)的運(yùn)作和行為；而操作系統(tǒng)控制著應(yīng)用程序編程與硬件的交互過(guò)程。嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器。2.1.2嵌入式系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向近十年，嵌入式系統(tǒng)獲得了蓬勃發(fā)展?，F(xiàn)在，嵌入式系統(tǒng)無(wú)處不在，它幾乎包括了所有電器設(shè)備：掌上PDA、移動(dòng)計(jì)算機(jī)設(shè)備、手機(jī)、多媒體、蜂窩式電話等等。越來(lái)越多的設(shè)備需要高性能的嵌入式系統(tǒng)，為了適應(yīng)嵌入式設(shè)備的復(fù)雜性和多樣性，縮短其開發(fā)周期，嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中，嵌入式軟件是實(shí)現(xiàn)各種系統(tǒng)功能的關(guān)鍵。通常，對(duì)嵌入式軟件的基本要求是體積小、執(zhí)行速度快，具有較好的可裁減性和可移植性。隨著嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用的多樣性，對(duì)嵌入式軟件的要求也發(fā)生了相應(yīng)的變化，主要有以下幾點(diǎn)：（1）操作系統(tǒng)的支持嵌入式系統(tǒng)覆蓋面很廣，主要由具體應(yīng)用決定。簡(jiǎn)單的嵌入式系統(tǒng)沒(méi)有操作系統(tǒng)，而只是一個(gè)控制循環(huán)。但是，當(dāng)系統(tǒng)變得越來(lái)越復(fù)雜時(shí)，就需要一個(gè)嵌入式操作系統(tǒng)來(lái)支持；否則，應(yīng)用軟件就會(huì)變得過(guò)于復(fù)雜，從而使開發(fā)難度過(guò)大，安全性和可靠性都難于保證。（2）多任務(wù)且具有實(shí)時(shí)性在多任務(wù)嵌入式系統(tǒng)中，合理的任務(wù)調(diào)度必不可少，單純通過(guò)提高處理其速度無(wú)法達(dá)到目的，這樣就要求嵌入式系統(tǒng)的軟件必須具有多任務(wù)調(diào)度能力。（3）強(qiáng)大的聯(lián)網(wǎng)功能在網(wǎng)絡(luò)日益重要的今天，越來(lái)越多的嵌入式系統(tǒng)有了聯(lián)網(wǎng)要求。嵌入式系統(tǒng)與各種網(wǎng)絡(luò)相連，尤其是與Internet相連，給系統(tǒng)提出了很多要求，系統(tǒng)需要支持TCP/IP協(xié)議和相關(guān)應(yīng)用程序，并且需要處理安全認(rèn)證和訪問(wèn)控制等問(wèn)題。（4）窗口交互功能當(dāng)前，很多應(yīng)用領(lǐng)域都要求嵌入式系統(tǒng)能夠提供類似于MicrosoftWindows的窗口交互系統(tǒng)。由于嵌入式系統(tǒng)越來(lái)越追求數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化，要達(dá)到上述要求，整個(gè)系統(tǒng)必須是開放的、提供標(biāo)準(zhǔn)的API，并能方便的與眾多第三方的軟硬件溝通。2.2嵌入式操作系統(tǒng)2.2.1嵌入式操作系統(tǒng)的特點(diǎn)嵌入式操作系統(tǒng)一般是指操作系統(tǒng)的內(nèi)核或微內(nèi)核。嵌入式操作系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)的靈魂，它的出現(xiàn)大大提高了嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的效率，減少了系統(tǒng)開發(fā)的總工作量，提高了嵌入式軟件的可移植性。對(duì)于嵌入式系統(tǒng)而言，應(yīng)用程序可以沒(méi)有操作系統(tǒng)直接在芯片上運(yùn)行，但是為了合理的調(diào)度多任務(wù)，利用系統(tǒng)資源、系統(tǒng)函數(shù)，必須選擇嵌入式操作系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)。這樣才能保證程序執(zhí)行的實(shí)時(shí)性、可靠性，并保障軟件質(zhì)量。一個(gè)優(yōu)秀的EOS(EmbeddedOperatingsystem）是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)成功的關(guān)鍵，嵌入式操作系統(tǒng)具備一般操作系統(tǒng)最基本的功能，如任務(wù)調(diào)度、同步機(jī)制、中斷處理、文件功能等，但為了適應(yīng)嵌入式產(chǎn)品的發(fā)展要求，EOS還需要具有以下特點(diǎn)：（1）由于嵌入式硬件平臺(tái)的多樣性，CPU芯片的快速更新，嵌入式操作系統(tǒng)要求具有更好的硬件適應(yīng)性，即良好的移植性；要求占有更少的硬件資源，即小巧。這是因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)所能提供的資源有限，所以嵌入式操作系統(tǒng)必須小巧以適應(yīng)嵌入式系統(tǒng)硬件的限制。（2）可裁減。即可根據(jù)應(yīng)用需要進(jìn)行裝載與卸載，對(duì)嵌入式操作系統(tǒng)的各個(gè)部分進(jìn)行優(yōu)化或者刪除。（3）高可靠性。（4）提供強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，支持TCP/IP協(xié)議以及其他協(xié)議。（5）具有良好的圖像用戶接口（GUI）。2.2.2常見(jiàn)的嵌入式操作系統(tǒng)目前存在的嵌入式操作系統(tǒng)數(shù)不勝數(shù)，常見(jiàn)的有：WinCE、Vxworks、μcOS、Linux等。這幾種操作系統(tǒng)的特點(diǎn)如下：WinCE高度模塊化；提供與PC機(jī)類似的圖形界面；但沒(méi)有開放源代碼；占用過(guò)多的系統(tǒng)內(nèi)存；是商業(yè)系統(tǒng)，需支付版權(quán)許可費(fèi)。Vxworks是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、支持多種處理器、內(nèi)核可裁減，但價(jià)格昂貴。μcOS是一個(gè)完整的，可移植、固化、裁剪的占先式實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核。μcOS是用ANSI的C語(yǔ)言編寫的，包含一小部分匯編語(yǔ)言代碼，使之可供不同架構(gòu)的微處理器是用。與其他大型操作系統(tǒng)不同，它僅僅是一個(gè)內(nèi)核，也就是說(shuō)它不具有像GUI、TCP/IP協(xié)議棧等功能部件。這使得它的應(yīng)用受到一定限制。Linux源碼免費(fèi)且公開；網(wǎng)絡(luò)能力優(yōu)異；系統(tǒng)穩(wěn)定性好；內(nèi)核精悍，占用資源少；支持大量硬件。GUI、TCP/IP協(xié)議棧等各種資源豐富；并且，由于開源，故可以獲得的更為廣泛的支持及資源。在本課題中的嵌入式平臺(tái)中選用Linux操作系統(tǒng)。2.3WirelessUSB無(wú)線技術(shù)2.3.1常見(jiàn)的近距離無(wú)線通信技術(shù)簡(jiǎn)介隨著通信技術(shù)的飛速發(fā)展和用戶需求的不斷增長(zhǎng)，出現(xiàn)了許多無(wú)線通信協(xié)議。在近距離無(wú)線電通信領(lǐng)域，出現(xiàn)了藍(lán)牙、RFID、和UWB等技術(shù)。同時(shí)還有，Cypress公司推出的近距離無(wú)線技術(shù)——WirelessUSB。（1）藍(lán)牙藍(lán)牙是短距離無(wú)線語(yǔ)音和數(shù)據(jù)通信的開放標(biāo)準(zhǔn)。利用藍(lán)牙技術(shù)，能夠有效地簡(jiǎn)化掌上電腦、筆記本電腦和移動(dòng)電話手機(jī)等移動(dòng)通信終端設(shè)備之間的通信，也能夠成功地簡(jiǎn)化以上這些設(shè)備與Internet之間的通信。藍(lán)牙技術(shù)的有效距離達(dá)10m，傳輸速度達(dá)720kbps，在新標(biāo)準(zhǔn)下，可使傳輸范圍達(dá)到100m，最高速度達(dá)到10Mbps。其工作頻段選在2.4GHz的ISM頻段。藍(lán)牙的缺點(diǎn)是協(xié)議復(fù)雜、價(jià)格昂貴。（2）自動(dòng)識(shí)別的RFIDRFID是無(wú)線設(shè)備間的一種非接觸式射頻識(shí)別，它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)。RFID技術(shù)所使用的頻段為50kHz~5.8GHz，沒(méi)有全球范圍的通用標(biāo)準(zhǔn)，各系列標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用范圍也有較大差異。RFID技術(shù)的傳輸速率較低，且通信距離短，一般小于5m。（3）遠(yuǎn)距離的WiFiWiFi的無(wú)線技術(shù)并不是為了取代藍(lán)牙或者其他短距離無(wú)線通訊技術(shù)而設(shè)計(jì)的，兩者的應(yīng)用領(lǐng)域完全不同，但在某些領(lǐng)域上仍會(huì)有重疊。WiFi設(shè)備一般可覆蓋數(shù)百米范圍，若是加強(qiáng)天線的話，覆蓋面積將會(huì)更大，可達(dá)整幢辦公大樓。WiFi無(wú)線技術(shù)主要為移動(dòng)設(shè)備接入LAN、WAN，以及互聯(lián)網(wǎng)而設(shè)計(jì)。在WiFi標(biāo)準(zhǔn)中，移動(dòng)設(shè)備扮演的是客戶端角色，而服務(wù)端是網(wǎng)絡(luò)中心設(shè)備。（4）高速的UWBUWB(UltraWideBand,超寬帶)則是強(qiáng)調(diào)超高傳輸速度的短距離無(wú)線通訊技術(shù)，它使用了不同于大部分無(wú)線電通訊的無(wú)線電波技術(shù)來(lái)傳輸信息，通過(guò)更廣的頻率來(lái)產(chǎn)生大量的信息脈沖(pulse)，因此能夠以相對(duì)較少的電力在短距離內(nèi)發(fā)送大量的信息。（5）WirelessUSB無(wú)線技術(shù)WirelessUSB實(shí)際上是USB技術(shù)的延伸，可以簡(jiǎn)單理解為，將USB傳輸方式從有線變?yōu)闊o(wú)線。WirelessUSB解決方案專門針對(duì)短距離多點(diǎn)到單點(diǎn)的無(wú)線連接而設(shè)計(jì)。WirelessUSB使PC外設(shè)、游戲控制器、遙控、玩具及其他任何點(diǎn)到點(diǎn)或多點(diǎn)到單點(diǎn)應(yīng)用都能實(shí)現(xiàn)無(wú)線連接，并以低成本的2.4GHz無(wú)線解決方案取代有線連接。WirelessUSB系統(tǒng)起著USB人機(jī)接口設(shè)備的作用，因此無(wú)線連接在操作系統(tǒng)層面上對(duì)設(shè)計(jì)人員是透明的即無(wú)驅(qū)動(dòng)程序。基于WirelessUSB的HID（人機(jī)接口設(shè)備）解決方案進(jìn)一步降低了成本，延長(zhǎng)電池使用壽命。此外，WirelessUSB還可在各種其他應(yīng)用（非USB）中實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便而廉價(jià)的無(wú)線連接，其中包括工業(yè)、消費(fèi)電子和醫(yī)療類型市場(chǎng)。WirelessUSB特性如下：全球通用、低成本、針對(duì)電池供電設(shè)備進(jìn)行了專門優(yōu)化、雙向/單向操作、多點(diǎn)到單點(diǎn)連接、USBHID兼容性、支持協(xié)同定位鏈接、在噪聲環(huán)境下性能穩(wěn)定及無(wú)標(biāo)準(zhǔn)符合方面的問(wèn)題。相對(duì)于其他無(wú)線通訊技術(shù)，WirelessUSB成本比較低廉，故具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。2.3.2WirelessUSB無(wú)線技術(shù)的特點(diǎn)WirelessUSB是簡(jiǎn)單的、低功耗通信技術(shù)，應(yīng)用于對(duì)電源有限制、對(duì)數(shù)據(jù)吞吐量要求不高的無(wú)線連接中。低速WirelessUSB的目標(biāo)是建網(wǎng)容易、數(shù)據(jù)傳輸安全、短距離、低成本和低功耗。它的一些特點(diǎn)如下[42]：（1）數(shù)據(jù)傳輸速率1Mb/s,250kb/s等多種速率；（2）10~50m傳輸范圍；（3）星型或?qū)Φ染W(wǎng)絡(luò)通信；（4）載波偵聽(tīng)多址接入與沖突避免信道接入方式；（5）低功耗；（6）能量檢測(cè)；（7）鏈路質(zhì)量指示；（8）設(shè)備工作在2.4GHz的ISM頻段。（9）采用了直接序列擴(kuò)頻技術(shù)，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。2.3.3工作頻率及頻道介紹表2-SEQ表3_-\*ARABIC1工作頻道ISM/本研究的設(shè)計(jì)頻率范圍射頻信道射頻信道個(gè)數(shù)2.4GHzISM2.400GHz~2.483GHzf=（2400+k）MHzk=0，1，…，8384本研究的WirelessUSB網(wǎng)絡(luò)2.400GHz~2.477GHzf=（2400+k）MHzk=0，1，…，77782.4GHzISM（工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)）免注冊(cè)頻段的頻率范圍為2.400GHz~2.483GHz；每一個(gè)射頻信道帶寬為1MHz；相鄰射頻信道中心頻率間隔為1MHz；共提供84個(gè)射頻信道。本研究的WirelessUSB網(wǎng)絡(luò)只采用前78個(gè)射頻信道（如表2-1所示）。應(yīng)用時(shí)，可以通過(guò)設(shè)置對(duì)應(yīng)寄存器的值，來(lái)設(shè)定或者切換頻道[42]。2.4GPRS技術(shù)2.4.1GPRS技術(shù)概述GPRS是通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)(GeneralPacketRadioService)的簡(jiǎn)稱，它突破了GSM網(wǎng)只能提供電路交換的思維方式，只通過(guò)增加相應(yīng)的功能實(shí)體和對(duì)現(xiàn)有的基站系統(tǒng)進(jìn)行部分改造來(lái)實(shí)現(xiàn)分組交換，這種改造的投入相對(duì)來(lái)說(shuō)并不大，但得到的用戶數(shù)據(jù)速率卻相當(dāng)可觀。GPRS是一種以全球手機(jī)系統(tǒng)（GSM）為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，可說(shuō)是GSM的延續(xù)。GPRS和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌?，是以封包（Packet）式來(lái)傳輸，因此使用者所負(fù)擔(dān)的費(fèi)用是以其傳輸資料單位計(jì)算，并非使用其整個(gè)頻道，理論上較為便宜。GPRS的傳輸速率可提升至56甚至114Kbps。而且，因?yàn)椴辉傩枰F(xiàn)行無(wú)線應(yīng)用所需要的中介轉(zhuǎn)換器，所以連接及傳輸都會(huì)更方便容易。2.4.2GPRS技術(shù)的特點(diǎn)(1)高速數(shù)據(jù)傳輸速度10倍于GSM，相對(duì)于GSM的9.6kbps的訪問(wèn)速度而言，GPRS擁有171.2kbps的訪問(wèn)速度；可謂不一般的巨大進(jìn)步。(2)永遠(yuǎn)在線由于建立新的連接幾乎無(wú)需任何時(shí)間(即無(wú)需為每次數(shù)據(jù)的訪問(wèn)建立呼叫連接)，因而隨時(shí)都可與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系。(3)僅按數(shù)據(jù)流量計(jì)費(fèi)即根據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量來(lái)計(jì)費(fèi)，而不是按上網(wǎng)時(shí)間計(jì)費(fèi)。也就是說(shuō)，只要不進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，哪怕一直“在線”，也無(wú)需付費(fèi)。(4)連接建立時(shí)間短在連接建立時(shí)間方面，GSM需要10—30秒，而GPRS只需要極短的時(shí)間就可以訪問(wèn)到相關(guān)請(qǐng)求。2.5ARM處理器2.5.1ARM處理器概述ARM（AdvancedRISCMachines）是微處理器行業(yè)的一家知名企業(yè)，設(shè)計(jì)了大量高性能、廉價(jià)、耗能低的RISC處理器、相關(guān)技術(shù)及軟件。技術(shù)具有性能高、成本低和能耗省的特點(diǎn)。適用于多種領(lǐng)域，比如嵌入控制、消費(fèi)/教育類多媒體、DSP和移動(dòng)式應(yīng)用等。ARM將其技術(shù)授權(quán)給世界上許多著名的半導(dǎo)體、軟件和OEM廠商，每個(gè)廠商得到的都是一套獨(dú)一無(wú)二的ARM相關(guān)技術(shù)及服務(wù)。利用這種合伙關(guān)系，ARM很快成為許多全球性RISC標(biāo)準(zhǔn)的締造者。ARM架構(gòu)是面向低預(yù)算市場(chǎng)設(shè)計(jì)的第一款RISC微處理器。ARM處理器微體系結(jié)構(gòu)的演變——過(guò)去的十年中，ARM處理器經(jīng)歷了從簡(jiǎn)單的ARM7TDMI內(nèi)核發(fā)展到最新ARM11EJ-S內(nèi)核，當(dāng)前有5個(gè)產(chǎn)品系列——ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10、SecurCore和ARM11。2.5.2ARM9處理器相關(guān)特性ARM9系列微處理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能。具有以下特點(diǎn)：（1）5級(jí)整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高。（2）提供1.1MIPS/MHz的哈佛結(jié)構(gòu)。（3）支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。（4）支持32位的高速AMBA總線接口。（5）全性能的MMU，支持WindowsCE、Linux、PalmOS等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)。（6）MPU支持實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。（7）支持?jǐn)?shù)據(jù)Cache和指令Cache，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力。大小都為16K。ARM9系列微處理器主要應(yīng)用于無(wú)線設(shè)備、儀器儀表、安全系統(tǒng)、機(jī)頂盒、高端打印機(jī)、數(shù)字照相機(jī)和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等。本課題采用的是以ARM9為處理器內(nèi)核的S3C2410處理器。SAMSUNG的S3C2410處理器具有豐富的外設(shè)接口，只要加一些簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)換電路，就可以實(shí)現(xiàn)10/100M以太網(wǎng)接口、串行口、USB控制器、IDE接口以及LCD顯示接口等，能夠很好的滿足我們系統(tǒng)的各種要求。2.6本章小結(jié)本章介紹了在本課題的研究過(guò)程中，將會(huì)用到的一些技術(shù)。在本章中，分別介紹了嵌入式系統(tǒng)、嵌入式操作系統(tǒng)、WirelessUSB無(wú)線通信、GPRS、ARM處理器等諸方面的技術(shù)。

第三章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)無(wú)線通信最根本的要求是準(zhǔn)確、快速的傳送數(shù)據(jù)。然而，相對(duì)于有線網(wǎng)絡(luò)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在通信質(zhì)量方面有著較大的差距：載干比低、誤碼率高且隨著距離的增加急劇上升。同時(shí)，抄表系統(tǒng)所獲得的數(shù)據(jù)與電力收費(fèi)直接相關(guān)，因此，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確程度具有較高的敏感性?？紤]這些因素，系統(tǒng)在總體設(shè)計(jì)時(shí)就必須尤為重視數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在實(shí)際工作中，由于區(qū)域、時(shí)期的影響，電表安裝的位置也不盡相同。例如，對(duì)于近階段建設(shè)的商品房，南方地區(qū)的習(xí)慣是將各個(gè)樓層的電表集中安裝在底樓；而北方地區(qū)的習(xí)慣是將電表安裝在每層樓的過(guò)道中。同時(shí)，不同的樓層、不同的建筑布局對(duì)抄表工作都有明顯的影響。因此，必須在設(shè)計(jì)過(guò)程中克服這些困難，工作人員才能夠快速的采集電表數(shù)據(jù)。3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則在抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)遵循數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、采集快速、可擴(kuò)展性好、價(jià)格合理以及智能化等原則。只有滿足了這些要求，系統(tǒng)才能滿足實(shí)際工作的需要。1） 數(shù)據(jù)準(zhǔn)確這是本系統(tǒng)首先要考慮的條件。在本設(shè)計(jì)方案中，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中誤碼率的研究，設(shè)法降低誤碼率，提高所采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。2） 采集快速采集速度直接關(guān)系到系統(tǒng)的工作效率。在本設(shè)計(jì)方案中，給各個(gè)電表添加無(wú)線收發(fā)模塊，組成無(wú)線局域網(wǎng)，并選擇合理的發(fā)送方案，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速采集。3） 可擴(kuò)展性好為了適應(yīng)系統(tǒng)變化的要求，系統(tǒng)必須能夠以簡(jiǎn)便的方法、較短的時(shí)間、較小的投資，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的擴(kuò)展和維護(hù)。4） 價(jià)格合理價(jià)格因素也是必須考慮的一個(gè)重要因素。為了應(yīng)對(duì)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，需要在實(shí)現(xiàn)功能以及性能的基礎(chǔ)上努力降低生產(chǎn)成本。5） 智能化智能化也是本系統(tǒng)的一個(gè)主要特點(diǎn)。例如，系統(tǒng)在采集到當(dāng)前用電量的同時(shí)，將采集所得數(shù)據(jù)與歷史同期數(shù)據(jù)以及近期數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，如有異常則發(fā)出提醒。3.2系統(tǒng)需求系統(tǒng)要設(shè)計(jì)成集數(shù)據(jù)采集、傳送、分析于一體的抄表工具。并且，系統(tǒng)要能夠方便地?cái)U(kuò)展現(xiàn)有的節(jié)點(diǎn)（即電表），而手持式數(shù)據(jù)采集端不需要作出修改，就可以讓新添加的電表成為系統(tǒng)的一部分。除此以外，該抄表系統(tǒng)還應(yīng)該具備以下特點(diǎn)：1） 手持式數(shù)據(jù)采集端能夠接受電表發(fā)送的數(shù)據(jù)；2） 手持式數(shù)據(jù)采集端能夠發(fā)送命令給電表，使電表按照命令的要求進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送；3) 對(duì)于手持式數(shù)據(jù)采集端通信距離之外的部分電表，可以通過(guò)其他電表進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，將數(shù)據(jù)發(fā)送到手持式數(shù)據(jù)采集端。本系統(tǒng)中采用的WirelessUSB無(wú)線收發(fā)芯片，是一種近距離無(wú)線通信芯片。之所以采用近距離無(wú)線通信芯片，是因?yàn)殡S著通信距離的增加，芯片的單價(jià)也在增加；為了控制產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，不適宜采用傳送距離更遠(yuǎn)的無(wú)線收發(fā)芯片。因此，在本系統(tǒng)中，采用成本低廉的WirelessUSB近距離無(wú)線通信芯片。對(duì)于無(wú)法直接傳送數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離電表，系統(tǒng)能夠通過(guò)啟動(dòng)近距離電表，去對(duì)遠(yuǎn)距離電表進(jìn)行間接啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的間接傳送。4)手持式數(shù)據(jù)采集端可以通過(guò)GPRS方式，與遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心進(jìn)行聯(lián)系；將采集所得數(shù)據(jù)與該用戶的歷史同期數(shù)據(jù)以及近期數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，判斷數(shù)據(jù)是否正常。如有異常則發(fā)出提醒。5)手持式數(shù)據(jù)采集端的LCD屏能夠顯示所采集的數(shù)據(jù)、出現(xiàn)的異常信息。3.3系統(tǒng)基本原理無(wú)線網(wǎng)絡(luò)抄表系統(tǒng)的基本原理如圖3.1所示：系統(tǒng)由一個(gè)手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端和N個(gè)電表組成。手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端、電表中各裝有一個(gè)無(wú)線收發(fā)模塊。各部分之間利用無(wú)線信號(hào)進(jìn)行通信。通過(guò)無(wú)線信道，手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端和N個(gè)電表構(gòu)成了一個(gè)無(wú)線局域網(wǎng)。圖3.1無(wú)線網(wǎng)絡(luò)抄表系統(tǒng)的基本原理圖無(wú)線網(wǎng)絡(luò)抄表系統(tǒng)的基本使用步驟：（1）當(dāng)使用者拿著手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端進(jìn)入某一區(qū)域時(shí)，數(shù)據(jù)采集端中的無(wú)線收發(fā)模塊發(fā)出數(shù)據(jù)采集信號(hào)，告知附近的電表：將各自的用電數(shù)據(jù)傳送過(guò)來(lái)。（2）電表中的無(wú)線收發(fā)模塊收到該信號(hào)后，就將本電表的用電數(shù)據(jù)發(fā)送出去，向手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。（3）手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端收到用電數(shù)據(jù)后，先進(jìn)行判斷，然后存入數(shù)據(jù)庫(kù)。3.3.1直接發(fā)送與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)本系統(tǒng)所采用的無(wú)線收發(fā)芯片（即無(wú)線收發(fā)模塊）有著一個(gè)較為固定的通信距離，超過(guò)這個(gè)距離不能進(jìn)行無(wú)線通信。又由于各個(gè)電表到手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端的距離有遠(yuǎn)有近；因此，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于上述使用步驟中的第二步——將電表的用電數(shù)據(jù)傳送給手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端，又可劃分為兩種方式：（1）直接發(fā)送——如果電表到手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端的距離小于無(wú)線收發(fā)芯片的通信距離，那么將電表的數(shù)據(jù)直接發(fā)送給手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端；（2）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)——如果電表到手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端的距離大于無(wú)線收發(fā)芯片的通信距離，那么首先手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端啟動(dòng)近距離的電表，近距離的電表再啟動(dòng)其它電表，直至啟動(dòng)目的電表；然后，目的電表將用電數(shù)據(jù)發(fā)送給其它電表，通過(guò)其它電表的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，最終將用電數(shù)據(jù)傳給手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端。并且，這種間接啟動(dòng)的路徑與用電數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的路徑互為逆路徑。例如：手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端先啟動(dòng)電表A，電表A再啟動(dòng)B，電表B再啟動(dòng)電表C；則電表C用電數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，路徑為首先電表C將本表的用電數(shù)據(jù)發(fā)送給電表B，然后電表B將電表C的用電數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給電表A，最后電表A將電表C的用電數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端，最終實(shí)現(xiàn)電表C向手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端的數(shù)據(jù)傳送。例如，在圖3.1中，電表5到手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端的距離小于無(wú)線收發(fā)芯片的通信距離，因此在發(fā)送電表5的用電數(shù)據(jù)時(shí)，采用直接發(fā)送的方式——將電表5的數(shù)據(jù)直接發(fā)送給手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端。而電表11到手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端的距離大于無(wú)線收發(fā)芯片的通信距離，因此在發(fā)送電表11的用電數(shù)據(jù)時(shí)，采用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的方式——首先將電表11的用電數(shù)據(jù)發(fā)送給電表5，電表5再將電表11的用電數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端。在本系統(tǒng)中，對(duì)于從電表到手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程，既可以是一次轉(zhuǎn)發(fā)，又可以是多次轉(zhuǎn)發(fā)。圖3.2是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中多次轉(zhuǎn)發(fā)的示意圖，如該圖所示，雙向箭頭表示電表間可以直接通信，單向箭頭表示數(shù)據(jù)的實(shí)際發(fā)送路徑：首先電表4將本表的用電數(shù)據(jù)發(fā)送給電表3，然后電表3將電表4的用電數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給電表1，最后電表1將電表4的用電數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端，最終實(shí)現(xiàn)電表4向手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端的數(shù)據(jù)傳送。電表1電表1電表2手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端電表3電表4信道信道信道信道信道圖3.2數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中多次轉(zhuǎn)發(fā)的示意圖3.3.2數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的優(yōu)點(diǎn)以及存在的問(wèn)題通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，本系統(tǒng)具有下述兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1)可以更加快速的采集數(shù)據(jù)：通過(guò)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，對(duì)于一些在直接通信距離以外的電表，也可以將其用電數(shù)據(jù)傳送至手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端，從而顯著地?cái)U(kuò)展了數(shù)據(jù)采集的范圍。并且，對(duì)于一些地理位置鄰近但是相互之間又沒(méi)有捷徑的多個(gè)數(shù)據(jù)采集地點(diǎn)，以前需要數(shù)據(jù)采集人員到達(dá)每個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，而采用轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制之后，數(shù)據(jù)采集人員只需要到達(dá)其中某一個(gè)采集地點(diǎn)，其他采集地點(diǎn)的數(shù)據(jù)可以通過(guò)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制發(fā)送至該采集地點(diǎn)，使用電數(shù)據(jù)的采集工作變得更加快速便捷；例如——有兩幢鄰近的居民樓，可是之間有圍墻隔開，數(shù)據(jù)采集人員無(wú)法快速便捷的從一幢樓行至另一幢樓；采用原有的模式，采集人員需要行至每幢樓進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，故而工作效率不高；采用轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制以后，數(shù)據(jù)采集人員只需要行至其中一幢樓進(jìn)行采集，另一幢樓的用電數(shù)據(jù)可以通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，送至手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端，使采集工作變得更加快速。2)可以降低系統(tǒng)的硬件成本：對(duì)于同種類型的無(wú)線收發(fā)芯片，一般傳輸距離越遠(yuǎn)成本越高；如果不采用轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，系統(tǒng)必須采用遠(yuǎn)距離的無(wú)線收發(fā)芯片，成本較為高昂；而采用轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制以后，系統(tǒng)不需要采用遠(yuǎn)距離的無(wú)線收發(fā)芯片，只需要采用較短距離的無(wú)線收發(fā)芯片，因此可以降低系統(tǒng)的硬件成本。轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制的引入，使系統(tǒng)的一些性能得到提升，但是同時(shí)也使系統(tǒng)原本存在的一些問(wèn)題變得更加突出，甚至給系統(tǒng)帶來(lái)了一些新的問(wèn)題。在這兩個(gè)方面，主要有以下兩個(gè)問(wèn)題：1)因?yàn)闊o(wú)線通信差錯(cuò)率比有線通信大得多，所以任何無(wú)線通信系統(tǒng)都不能忽視誤碼率的問(wèn)題。但是，轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制的引入，使誤碼率的問(wèn)題變得更加突出：多次轉(zhuǎn)發(fā)，將會(huì)使系統(tǒng)的總體誤碼率變得更高。雖然系統(tǒng)可以采用CRC—16循環(huán)冗余碼來(lái)檢測(cè)錯(cuò)誤，但是也存在這樣的問(wèn)題：（1）即使是通過(guò)循環(huán)冗余碼的檢測(cè)，也不能夠保證數(shù)據(jù)的完全正確性；（2）如果檢測(cè)出錯(cuò)誤，則進(jìn)行數(shù)據(jù)重發(fā)，誤碼率越高，重發(fā)的次數(shù)就很可能越多，消耗的時(shí)間就越多，違背了無(wú)線通信所追求的快速原則。2)引入轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制以后，系統(tǒng)中不可避免的存在著數(shù)據(jù)的多次轉(zhuǎn)發(fā)。對(duì)于某一個(gè)電表向手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端發(fā)送數(shù)據(jù)，在轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中，很可能存在著多條轉(zhuǎn)發(fā)路徑。如圖3.3所示，箭頭表示電表間可以直接通信；在該圖中，對(duì)于電表4向手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端的數(shù)據(jù)傳送，有著兩條不同的轉(zhuǎn)發(fā)路徑：（1）電表4→電表3→電表1→手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端；（2）電表4→電表3→電表1→電表2→手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端。這樣，轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制就給系統(tǒng)帶來(lái)了一個(gè)新的問(wèn)題：在擁有多條可供選擇的轉(zhuǎn)發(fā)路徑時(shí)，如何選擇一條最優(yōu)的轉(zhuǎn)發(fā)路徑？電表1電表1電表2手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端電表3電表4信道信道信道信道信道圖3.3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的多條路徑示意圖3.3.3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)問(wèn)題的解決方案采用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方式后，可能存在著多條轉(zhuǎn)發(fā)路徑。由于無(wú)線通信追求的最基本目標(biāo)是準(zhǔn)確與快速，因此，在這多條轉(zhuǎn)發(fā)路徑中，選擇最優(yōu)轉(zhuǎn)發(fā)路徑的原則為：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速、準(zhǔn)確傳輸。對(duì)于本系統(tǒng)，如果數(shù)據(jù)發(fā)送的錯(cuò)誤率較高，首先違背了準(zhǔn)確的原則；并且，錯(cuò)誤率較高，通常就需要多次進(jìn)行數(shù)據(jù)重發(fā)，必然消耗較多的時(shí)間，同時(shí)也違背了快速的原則。因此，在本系統(tǒng)中，選擇最優(yōu)轉(zhuǎn)發(fā)路徑所采用的方法是：在多條可能的轉(zhuǎn)發(fā)路徑中，選擇累積錯(cuò)誤率最低的一條路徑，作為系統(tǒng)的實(shí)際轉(zhuǎn)發(fā)路徑。在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中，影響錯(cuò)誤率的主要外界因素有兩類：固定因素以及偶然因素。在本系統(tǒng)中，當(dāng)電表安裝完畢之后，電表之間的距離、電表之間所間隔的建筑材料這些因素，幾乎不再發(fā)生變化，所以稱之為固定因素。固定因素會(huì)影響接收到的信號(hào)強(qiáng)弱，信號(hào)過(guò)弱會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的產(chǎn)生。偶然因素包括電火花、工業(yè)發(fā)電、其他電子設(shè)備的干擾等等，覆蓋的頻譜范圍很廣，可以從20MHz到6GHz。偶然因素會(huì)在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生噪聲，從而導(dǎo)致錯(cuò)誤的發(fā)生。由于噪聲（偶然因素）通常是突發(fā)性的，因此本系統(tǒng)中，在沒(méi)有明顯突發(fā)性干擾的情況下，選擇轉(zhuǎn)發(fā)路徑的方法是：將電表之間的距離、電表之間所間隔的建筑材料（合稱固定因素）合成為一個(gè)參數(shù)——稱之為等效距離（等效距離反映的是在沒(méi)有明顯突發(fā)性干擾的情況下，信道的通信質(zhì)量）。將轉(zhuǎn)發(fā)路徑上，每條邊的等效距離映射為該邊的權(quán)值；在各條轉(zhuǎn)發(fā)路徑中，利用Dijkstra算法，選擇權(quán)值之和最小的一條路徑，作為系統(tǒng)的實(shí)際轉(zhuǎn)發(fā)路徑?？梢园堰@種方法稱為“等效距離篩選法”。如果本系統(tǒng)中存在明顯的噪聲干擾，則選擇轉(zhuǎn)發(fā)路徑的方法是：首先，在各個(gè)電表之間傳送數(shù)據(jù)包，測(cè)出傳送過(guò)程中的誤碼率；然后，將轉(zhuǎn)發(fā)路徑中，每條邊上當(dāng)前傳輸數(shù)據(jù)的誤碼率映射為該邊的權(quán)值；在各條轉(zhuǎn)發(fā)路徑中，利用Dijkstra算法，選擇權(quán)值之和最小的一條路徑，作為系統(tǒng)的實(shí)際轉(zhuǎn)發(fā)路徑?？梢园堰@種方法稱為“誤碼率篩選法”。等效距離篩選法的工作流程：如圖3.4所示，首先判斷系統(tǒng)是否為第一次使用。如果是首次使用，則進(jìn)入流程（1）——手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端與相鄰的電表之間、相鄰的多個(gè)電表之間發(fā)送數(shù)據(jù)包，根據(jù)收到的數(shù)據(jù)包測(cè)算誤碼率；同時(shí)測(cè)出收到的信號(hào)強(qiáng)度；然后根據(jù)誤碼率以及信號(hào)強(qiáng)度，算出手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端與相鄰的電表之間、相鄰的多個(gè)電表之間的等效距離，并記入手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端中的數(shù)據(jù)庫(kù)。流程（1）的工作完成之后，進(jìn)入流程（2）——將等效距離映射為權(quán)值，在各條轉(zhuǎn)發(fā)路徑中，選擇權(quán)值之和最小的一條路徑，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。系統(tǒng)是否為首次使用系統(tǒng)是否為首次使用？發(fā)送數(shù)據(jù)包，測(cè)算誤碼率；檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)度；算出等效距離；記入數(shù)據(jù)庫(kù)是否（1）（2）將等效距離映射為權(quán)值，選擇轉(zhuǎn)發(fā)路徑，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)圖3.4等效距離篩選法的工作流程圖誤碼率篩選法的工作流程：如圖3.5所示，首先進(jìn)入流程（1）——手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端與相鄰的電表之間、相鄰的多個(gè)電表之間發(fā)送數(shù)據(jù)包，根據(jù)收到的數(shù)據(jù)包測(cè)算誤碼率。流程（1）的工作完成之后，進(jìn)入流程（2）——將誤碼率映射為權(quán)值，在各條轉(zhuǎn)發(fā)路徑中，選擇權(quán)值之和最小的一條路徑，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。發(fā)送數(shù)據(jù)包，測(cè)算誤碼率發(fā)送數(shù)據(jù)包，測(cè)算誤碼率（1）（2）將誤碼率映射為權(quán)值，選擇轉(zhuǎn)發(fā)路徑，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)圖3.5誤碼率篩選法的工作流程圖等效距離篩選法與誤碼率篩選法分別有著各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)：等效距離篩選法的優(yōu)點(diǎn)：只需要在首次系統(tǒng)使用時(shí)，進(jìn)行一些時(shí)間代價(jià)較大的初始化工作——發(fā)送數(shù)據(jù)包、測(cè)算誤碼率，通過(guò)測(cè)試與計(jì)算得到等效距離的值，并存入數(shù)據(jù)庫(kù)；以后再次使用本系統(tǒng)時(shí)，可以跳過(guò)前述的工作，直接從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)出等效距離的值，從而算出最合適的轉(zhuǎn)發(fā)路徑，時(shí)間代價(jià)很小、速度很快。等效距離篩選法的缺點(diǎn)：當(dāng)受到的干擾較大時(shí)，選出的轉(zhuǎn)發(fā)路徑很可能不是當(dāng)前時(shí)刻的最佳轉(zhuǎn)發(fā)路徑，系統(tǒng)有時(shí)甚至不能進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。誤碼率篩選法的優(yōu)點(diǎn)：因?yàn)槊看问褂迷摲椒〞r(shí)，都必須重新測(cè)試并計(jì)算誤碼率，然后立刻用該誤碼率的值去選擇轉(zhuǎn)發(fā)路徑，所以選出的轉(zhuǎn)發(fā)路徑能很好地反映當(dāng)前時(shí)刻的最佳轉(zhuǎn)發(fā)路徑；即使受到較為明顯的干擾，也具有最大限度的可能性找出最佳轉(zhuǎn)發(fā)路徑。誤碼率篩選法的缺點(diǎn)：由于每次采用該方法時(shí)，都必須重新測(cè)試并計(jì)算誤碼率，并且誤碼率測(cè)算的時(shí)間代價(jià)較大（因?yàn)檎`碼率屬于統(tǒng)計(jì)規(guī)律，測(cè)算時(shí)需要發(fā)送較大的數(shù)據(jù)包），故時(shí)間代價(jià)較大。利用等效距離篩選法，選擇轉(zhuǎn)發(fā)路徑，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)利用等效距離篩選法，選擇轉(zhuǎn)發(fā)路徑，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)成功？成功/結(jié)束利用誤碼率篩選法，選擇轉(zhuǎn)發(fā)路徑，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)失敗/結(jié)束是否是否（1）（2）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)成功？圖3.6本系統(tǒng)確定轉(zhuǎn)發(fā)路徑的流程圖在本系統(tǒng)中，對(duì)于上述兩種選擇轉(zhuǎn)發(fā)路徑的方法，根據(jù)當(dāng)時(shí)工作環(huán)境的不同，采用其中的一種方法來(lái)確定轉(zhuǎn)發(fā)路徑。如圖3.6所示為本系統(tǒng)確定轉(zhuǎn)發(fā)路徑的流程圖：首先，進(jìn)入流程（1）——手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端從自身的數(shù)據(jù)庫(kù)中取出所需電表的等效距離，利用等效距離篩選法，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)成功，則以成功狀態(tài)結(jié)束操作；如果數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)失敗，則進(jìn)入流程（2）——手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端利用誤碼率篩選法，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)；如果利用誤碼率篩選法在規(guī)定時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)成功，則以成功狀態(tài)結(jié)束操作；如果數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)失敗，則以失敗狀態(tài)結(jié)束操作。3.3.4測(cè)算誤碼率和等效距離的方法在本系統(tǒng)中，誤碼率的測(cè)算方法如下：一個(gè)電表向另一個(gè)電表（或者電表向手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端）發(fā)送數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包大小為40K左右；接收端收到數(shù)據(jù)包以后，首先統(tǒng)計(jì)有多少位發(fā)生錯(cuò)誤，然后用錯(cuò)誤的位數(shù)除以數(shù)據(jù)包的大小，得到誤碼率。等效距離的測(cè)算，必須根據(jù)三條規(guī)律：1)有效信號(hào)與等效距離的關(guān)系：本系統(tǒng)所選用的無(wú)線收發(fā)芯片的發(fā)射功率取決欲兩個(gè)因素——供電電壓和芯片的功率放大等級(jí)。在實(shí)際工作時(shí)，各塊芯片的供電電壓均設(shè)定為3.6V；功率放大等級(jí)均設(shè)置為7級(jí)；從而使各塊芯片的發(fā)射功率均相同。此時(shí)，接收端（各個(gè)接收端的天線也相同）收到的有效信號(hào)強(qiáng)度取決于接收端到發(fā)射端的等效距離；等效距離越近，收到的有效信號(hào)強(qiáng)度越強(qiáng)；等效距離越遠(yuǎn)，收到的有效信號(hào)強(qiáng)度越弱。2)接收到的信號(hào)、有效信號(hào)與噪聲三者之間的關(guān)系：本系統(tǒng)所選用的無(wú)線收發(fā)芯片提供了“接收信號(hào)強(qiáng)度標(biāo)識(shí)”功能——芯片中有一個(gè)名為RSSI_ADR的寄存器，該寄存器中的數(shù)據(jù)反映了接收到的信號(hào)強(qiáng)度，其值等于接收到的有效信號(hào)與噪聲之和。3)誤碼率與信噪比之間的關(guān)系：對(duì)于本系統(tǒng)所選用的無(wú)線收發(fā)芯片，誤碼率與信噪比之間的聯(lián)系可以用一個(gè)積分公式來(lái)表示；并且，畫出以誤碼率與信噪比分別為坐標(biāo)的圖像，發(fā)現(xiàn)很接近于一條拋物線。因此，可以找出一個(gè)較為簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)公式，來(lái)反映誤碼率與信噪比之間的關(guān)系。根據(jù)上述三條規(guī)律，等效距離的測(cè)算步驟如下：（1）通過(guò)無(wú)線收發(fā)芯片中的RSSI_ADR寄存器，測(cè)出接收到的信號(hào)；（2）一個(gè)電表向另一個(gè)電表（或者電表向手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端）發(fā)送數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包大小為40K左右；接收端收到數(shù)據(jù)包以后，首先統(tǒng)計(jì)有多少位發(fā)生錯(cuò)誤，然后用錯(cuò)誤的位數(shù)除以數(shù)據(jù)包的大小，得到誤碼率；（3）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，由誤碼率算出信噪比；（4）根據(jù)接收到的信號(hào)以及信噪比，首先算出有效信號(hào)強(qiáng)度；然后將有效信號(hào)強(qiáng)度映射為等效距離。3.4系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)主要分為兩個(gè)部分：電表部分和手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端。3.4.1電表部分的硬件結(jié)構(gòu)舊有的電表在硬件組成上主要包括：電表專用的∑—⊿模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、用于控制以及顯示的MCU芯片、LCD顯示屏。圖3.7本系統(tǒng)中電表部分的硬件組成結(jié)構(gòu)圖而在本實(shí)施方案中，電表的硬件組成與舊有的電表有所差異。圖3.7為本系統(tǒng)中電表部分的硬件組成結(jié)構(gòu)圖，從圖中可以看出，本系統(tǒng)的電表在硬件組成上主要包括：電表專用的∑—⊿模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、Cypress公司的WirelessUSB無(wú)線收發(fā)芯片（型號(hào)為CYRF69103）、LCD顯示屏。取消MCU芯片的原因是CYRF69103芯片內(nèi)置了MCU模塊（CYRF69103芯片包括兩個(gè)模塊——MCU模塊、無(wú)線收發(fā)模塊，兩個(gè)模塊之間通過(guò)芯片內(nèi)部的SPI總線進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫；相當(dāng)于一個(gè)MCU芯片加上一個(gè)無(wú)線收發(fā)芯片）。電表的各個(gè)組成部分各自具有不同的功能：電表專用的∑—⊿模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的功能——將電表的讀數(shù)傳給CYRF69103芯片的MCU模塊。CYRF69103芯片的MCU模塊具有三項(xiàng)功能——（1）接受∑—⊿模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)據(jù)；（2）將用電數(shù)據(jù)顯示在LCD顯示屏上；（3）滿足特定條件時(shí)，對(duì)本芯片內(nèi)部的無(wú)線收發(fā)模塊進(jìn)行讀寫操作。CYRF69103芯片的無(wú)線收發(fā)模塊的功能——在內(nèi)部MCU的控制下，進(jìn)行無(wú)線通信。3.4.2手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端的硬件結(jié)構(gòu)如圖3.8所示，本系統(tǒng)的手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端在硬件組成上主要包括：Cypress公司的WirelessUSB無(wú)線收發(fā)芯片（型號(hào)為CYRF6936）、ARM芯片（型號(hào)為以ARM9為內(nèi)核的S3C2410芯片）、LCD顯示、觸摸屏。CYRF6936無(wú)線收CYRF6936無(wú)線收

發(fā)芯片SPI總線ARM芯片LCD顯示串口GPRS芯片圖3.8手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端的硬件組成結(jié)構(gòu)圖在輸入輸出角度，ARM芯片主要有四項(xiàng)功能：（1）通過(guò)SPI總線，對(duì)CYRF6936芯片進(jìn)行讀寫操作；（2）控制CYRF6936芯片，與電表內(nèi)CYRF69103芯片的無(wú)線收發(fā)模塊進(jìn)行無(wú)線通信；（3）控制LCD屏的顯示；（4）通過(guò)GPRS與遠(yuǎn)程的PC機(jī)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交互。3.5手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端的軟件層次結(jié)構(gòu)嵌入式Linux操作系統(tǒng)嵌入式Linux操作系統(tǒng)WirelessUSB無(wú)線通信驅(qū)動(dòng)程序mSQL數(shù)據(jù)庫(kù)LCD驅(qū)動(dòng)程序串口驅(qū)動(dòng)程序用電數(shù)據(jù)分析程序信息顯示程序數(shù)據(jù)采集控制程序數(shù)據(jù)采集模塊信息顯示模塊用電數(shù)據(jù)分析模塊GPRS應(yīng)用程序圖3.9手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端的軟件層次結(jié)構(gòu)如圖3.9所示，介紹了手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端的軟件層次結(jié)構(gòu)。在手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端中，軟件的最底層為嵌入式Linux操作系統(tǒng)。在嵌入式Linux操作系統(tǒng)中，安裝了mSQL數(shù)據(jù)庫(kù)，并編寫了WirelessUSB無(wú)線通信驅(qū)動(dòng)程序、LCD驅(qū)動(dòng)程序，結(jié)合串口驅(qū)動(dòng)程序，用于向不同的上層應(yīng)用程序提供接口。其中，mSQL數(shù)據(jù)庫(kù)與WirelessUSB無(wú)線通信驅(qū)動(dòng)程序用于向數(shù)據(jù)采集控制程序提供接口；mSQL數(shù)據(jù)庫(kù)、WirelessUSB無(wú)線通信驅(qū)動(dòng)程序、數(shù)據(jù)采集控制程序三部分組成了數(shù)據(jù)采集模塊。LCD驅(qū)動(dòng)程序用于向信息顯示程序提供接口；LCD驅(qū)動(dòng)程序、信息顯示程序兩部分組成了信息顯示模塊。串口驅(qū)動(dòng)程序用于向GPRS應(yīng)用程序提供接口；GPRS應(yīng)用程序用于向用電數(shù)據(jù)分析程序提供支持；串口驅(qū)動(dòng)程序、GPRS應(yīng)用程序、用電數(shù)據(jù)分析程序三部分組成了用電數(shù)據(jù)分析模塊。用電數(shù)據(jù)分析模塊的主要功能是：通過(guò)GPRS無(wú)線撥號(hào)上網(wǎng)，與遠(yuǎn)程的PC機(jī)（或者其它手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端）進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交互。在采集某個(gè)用戶當(dāng)月用電數(shù)據(jù)的同時(shí)，取得該用戶前期、近期的用電數(shù)據(jù)，并以此為參照，判斷本次采集所得的數(shù)據(jù)是否合理。3.6本章小結(jié)本章著重介紹了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)抄表系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案：分析了系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循的幾個(gè)原則；較為詳細(xì)的介紹了系統(tǒng)的基本原理。從結(jié)構(gòu)和功能上分別介紹了本抄表系統(tǒng)的兩個(gè)組成部分：電表部分和手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端。其中手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端是本文討論的主要內(nèi)容，本章分別對(duì)它的軟件和硬件結(jié)構(gòu)作了一個(gè)介紹。

第四章數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端中的數(shù)據(jù)采集模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心，其功能不僅包括決定數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的路徑和數(shù)據(jù)采集；而且還包括對(duì)電表的控制——在無(wú)線通信方面，電表不是主動(dòng)的，而是被動(dòng)的，即數(shù)據(jù)采集模塊是“主”，各電表是“從”，由數(shù)據(jù)采集模塊操縱各電表進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。4.1數(shù)據(jù)采集模塊的工作過(guò)程首次使用手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，首先需要利用數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行初始化工作，然后才能正常的進(jìn)行用電數(shù)據(jù)的采集。無(wú)論是初始化工作，還是用電數(shù)據(jù)的正常采集過(guò)程，數(shù)據(jù)采集模塊都需要以無(wú)線通信的方式，發(fā)送和接收特定的幀，并對(duì)收到的幀進(jìn)行處理。4.1.1數(shù)據(jù)采集模塊的初始化過(guò)程首次使用手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，數(shù)據(jù)采集模塊自動(dòng)進(jìn)行初始化工作。初始化工作的目的是：通過(guò)測(cè)試以及計(jì)算，得出各個(gè)電表之間的等效距離，并存入mSQL數(shù)據(jù)庫(kù)中，用于以后正常進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)使用。等效距離的測(cè)算，是初始化過(guò)程的重要組成部分。在本系統(tǒng)中，等效距離的測(cè)算步驟是：1)測(cè)算誤碼率P：相鄰的兩個(gè)電表（本系統(tǒng)將可以直接通信的電表稱為相鄰電表），一個(gè)負(fù)責(zé)發(fā)送數(shù)據(jù)包；另一個(gè)負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)包，并根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)包來(lái)計(jì)算誤碼率。誤碼率的計(jì)算公式是：誤碼率（P）=收到的包中錯(cuò)誤的位數(shù)/數(shù)據(jù)包總的位數(shù)。2)測(cè)算出接收端收到的信號(hào)強(qiáng)度S：在接收端，讀出無(wú)線收發(fā)芯片中RSSI_ADR寄存器的值N，該值用二進(jìn)制形式表示接收端收到的信號(hào)強(qiáng)度：當(dāng)信號(hào)強(qiáng)度為－70dBm時(shí)，N的值為16；信號(hào)強(qiáng)度每增加1.9dB，N的值增加1；信號(hào)強(qiáng)度每減少1.9dB，N的值減少1。因此，接收端收到的信號(hào)強(qiáng)度（以dBm為單位）S可用下式算得：S＝－70dBm＋（N－16）×1.9＝（－100.4＋1.9N）dBm（4－1）式中的S反映了有效信號(hào)與噪聲的強(qiáng)度之和。3)根據(jù)誤碼率P計(jì)算出信噪比SNR：對(duì)于本系統(tǒng)中所采用的無(wú)線收發(fā)芯片，當(dāng)輸入功率大于－80dbm時(shí)，誤碼率與信噪比之間的關(guān)系可用下式表示——P=，其中，erfc(x)=，SNR代表信噪比，P代表誤碼率。首先可以根據(jù)該式畫出信噪比與誤碼率的關(guān)系曲線圖：圖4.1信噪比與誤碼率的關(guān)系曲線圖如圖4.1所示曲線，橫坐標(biāo)表示信噪比（以dB為單位），縱坐標(biāo)表示誤碼率（以誤碼率的對(duì)數(shù)形式出現(xiàn)），反映了本系統(tǒng)中信噪比與誤碼率的關(guān)系。圖中顯示出該曲線非常接近于拋物線的一部分，故可以用多項(xiàng)式方程來(lái)近似表示該曲線。圖4.2信噪比與誤碼率的關(guān)系曲線及其二次多項(xiàng)式趨勢(shì)曲線在圖4.2中，有兩條曲線；其中，細(xì)的曲線為信噪比與誤碼率的關(guān)系曲線；粗的曲線為該關(guān)系曲線的二次多項(xiàng)式趨勢(shì)曲線，該曲線的方程為y＝－0.0207x＋0.0719x－0.61。圖4.3信噪比與誤碼率的關(guān)系曲線及其三次多項(xiàng)式趨勢(shì)曲線在圖4.3中，也有兩條曲線；其中，細(xì)的曲線為信噪比與誤碼率的關(guān)系曲線；粗的曲線為該關(guān)系曲線的三次多項(xiàng)式趨勢(shì)曲線，該曲線的方程為y＝－0.0013x＋0.0059x＋0.072x－0.4717。從圖中可以看出，與二次多項(xiàng)式趨勢(shì)曲線相比，三次多項(xiàng)式趨勢(shì)曲線已經(jīng)非常接近于原來(lái)的關(guān)系曲線。因此，可以將方程y＝－0.0013x＋0.0059x＋0.072x－0.4717作為信噪比與誤碼率之間關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式。這樣，在上述步驟1測(cè)算出誤碼率的基礎(chǔ)上，即可進(jìn)一步計(jì)算出信噪比SNR。4)根據(jù)接收端收到的信號(hào)強(qiáng)度S和信噪比SNR計(jì)算出接收端有效信號(hào)的強(qiáng)度S：在步驟2中，測(cè)算出了接收端收到的信號(hào)強(qiáng)度S，該值反映了有效信號(hào)S與噪聲S的強(qiáng)度之和；在步驟3中，算出了信噪比。因此，根據(jù)接收端的信號(hào)強(qiáng)度S以及信噪比SNR，可以算出有效信號(hào)強(qiáng)度S，其計(jì)算公式為S＝S＋＝S＋SNR－（4－2）式中的S以dBm為單位。5)根據(jù)接收端有效信號(hào)的強(qiáng)度S計(jì)算出等效距離d：在步驟4中算出接收端的有效信號(hào)強(qiáng)度后，需要將其映射為等效距離。引入等效距離這個(gè)物理量的目的是為了在選擇數(shù)據(jù)路徑時(shí)將其作為路徑的權(quán)值，是為了反映無(wú)線通信的質(zhì)量，而不是為了反映物體在空間上的距離。在本系統(tǒng)中，所有無(wú)線通信芯片的發(fā)射功率、天線等均設(shè)置為相同；故接收端收到的有效信號(hào)強(qiáng)度就代表著它的無(wú)線通信的質(zhì)量；且等效距離越遠(yuǎn)，收到的有效信號(hào)強(qiáng)度越弱，等效距離越近，收到的有效信號(hào)強(qiáng)度越強(qiáng)。因此，在本系統(tǒng)中，取等效距離d與接收端有效信號(hào)的強(qiáng)度S成反比例關(guān)系，其計(jì)算公式為d＝（4－3）式中，k為常數(shù)。上述電表間等效距離的測(cè)算全過(guò)程，都受到了手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端中數(shù)據(jù)采集模塊的控制。由此可以設(shè)計(jì)出，數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)初始化工作進(jìn)行控制的流程：1)數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送控制幀給相關(guān)電表，告知測(cè)算電表間的通信誤碼率；2)相關(guān)電表發(fā)送數(shù)據(jù)幀給數(shù)據(jù)采集模塊，匯報(bào)電表之間的通信誤碼率；3)數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送控制幀給相關(guān)電表，要求獲得電表中RSSI_ADR寄存器（接收信號(hào)強(qiáng)度標(biāo)識(shí)寄存器）的值N；4)相關(guān)電表發(fā)送數(shù)據(jù)幀給數(shù)據(jù)采集模塊，匯報(bào)本電表中RSSI_ADR寄存器的值N；5)數(shù)據(jù)采集模塊根據(jù)RSSI_ADR寄存器的值N，計(jì)算出接收端收到的信號(hào)強(qiáng)度S；6)數(shù)據(jù)采集模塊根據(jù)誤碼率P計(jì)算出信噪比SNR；7)數(shù)據(jù)采集模塊根據(jù)接收到的信號(hào)強(qiáng)度S和信噪比SNR計(jì)算出接收端有效信號(hào)的強(qiáng)度S；8)數(shù)據(jù)采集模塊根據(jù)接收端有效信號(hào)的強(qiáng)度S計(jì)算出等效距離d；并將其值寫入數(shù)據(jù)采集模塊中的mSQL數(shù)據(jù)庫(kù)。在初始化階段，只測(cè)算各個(gè)電表之間的等效距離，而不測(cè)算手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端與電表之間的等效距離。這是因?yàn)楦鱾€(gè)電表之間的距離一般是固定的，測(cè)算之后記入數(shù)據(jù)庫(kù)，以后可以多次重復(fù)使用這個(gè)值，不需要重新測(cè)算；而手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端在使用時(shí)是移動(dòng)的，故其與電表之間的等效距離是變化的，其值每次必須重新測(cè)算，因此其值的測(cè)算不放在初始化階段。4.1.2數(shù)據(jù)采集模塊的用電數(shù)據(jù)采集流程在初始化工作完成以后，手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端就可以正常的進(jìn)行用電數(shù)據(jù)的采集工作。在用電數(shù)據(jù)的采集過(guò)程中，通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)提升系統(tǒng)的綜合性能。在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中，選擇轉(zhuǎn)發(fā)路徑的方法又可以分為等效距離篩選法和誤碼率篩選法。圖4.4和4.5分別介紹了采用這兩種方法來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，數(shù)據(jù)采集模塊的工作流程。是是否數(shù)據(jù)采集模塊向電表發(fā)送幀，要求鄰近的電表向它報(bào)告ID號(hào)鄰近的電表向數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送幀，向它報(bào)告ID號(hào)；數(shù)據(jù)采集模塊收到該幀并對(duì)ID號(hào)進(jìn)行記載鄰近的各電表ID號(hào)報(bào)告完畢？數(shù)據(jù)采集模塊向鄰近電表發(fā)送幀，要求向它發(fā)送誤碼率測(cè)試幀鄰近電表向數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送誤碼率測(cè)試幀；數(shù)據(jù)采集模塊根據(jù)收到的幀計(jì)算出誤碼率，并讀出自己的RSSI_ADR寄存器的值數(shù)據(jù)采集模塊向?qū)?yīng)電表發(fā)送幀，要求該電表將用電數(shù)據(jù)傳給數(shù)據(jù)采集模塊；幀內(nèi)包含轉(zhuǎn)發(fā)路徑；該幀通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至目的地?cái)?shù)據(jù)采集模塊從數(shù)據(jù)庫(kù)中取出電表到其周圍電表的等效距離，并將各等效距離映射為路徑的權(quán)值，根據(jù)權(quán)值選擇轉(zhuǎn)發(fā)路徑鄰近的各電表到數(shù)據(jù)采集模塊的等效距離計(jì)算完畢？數(shù)據(jù)采集模塊根據(jù)上一步所得數(shù)據(jù)算出自己到電表的等效距離是否電表向數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送用電數(shù)據(jù)幀；幀內(nèi)包含轉(zhuǎn)發(fā)路徑；該幀通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)送至數(shù)據(jù)采集模塊用電數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)成功？否是成功/結(jié)束切換到誤碼率篩選法每次電表對(duì)幀進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，都首先進(jìn)行解幀和重組幀，然后轉(zhuǎn)發(fā)（是本系統(tǒng)中普遍成立的規(guī)律）圖4.4數(shù)據(jù)采集模塊采用等效距離篩選法進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的工作流程如圖4.4所示，當(dāng)采用等效距離篩選法來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，數(shù)據(jù)采集模塊的工作流程為：1)手持?jǐn)?shù)據(jù)采集端中的數(shù)據(jù)采集模塊向各電表發(fā)送幀，該幀要求鄰近的電表向數(shù)據(jù)采集模塊報(bào)告ID號(hào)；發(fā)送幀的方法為直接發(fā)送，即不通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)；2)如果電表收到流程1中所述的幀，則該電表向數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送數(shù)據(jù)幀，向它報(bào)告ID號(hào)；數(shù)據(jù)采集模塊收到該數(shù)據(jù)幀并對(duì)ID號(hào)進(jìn)行記載；如果數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)現(xiàn)周圍已經(jīng)沒(méi)有電表報(bào)告ID號(hào)，則進(jìn)入流程3；否則返回流程1；3)數(shù)據(jù)采集模塊向流程2中聯(lián)絡(luò)上的電表發(fā)送幀，該幀要求電表向數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送誤碼率測(cè)試幀；4)如果電表收到流程3中所述的幀，則該電表向數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送誤碼率測(cè)試幀，每幀15個(gè)字節(jié)，共發(fā)送255次；數(shù)據(jù)采集模塊根據(jù)收到的誤碼率測(cè)試幀計(jì)算出誤碼率，并同時(shí)讀出數(shù)據(jù)采集模塊中RSSI_ADR寄存器的值，該值反映了接收到的信號(hào)強(qiáng)度；5)數(shù)據(jù)采集模塊根據(jù)流程4所得數(shù)據(jù)（包括誤碼率和RSSI_ADR寄存器的值），算出數(shù)據(jù)采集模塊到電表的等效距離；如果對(duì)于流程2中所聯(lián)絡(luò)上的電表，其到數(shù)據(jù)采集模塊的等效距離均已計(jì)算完畢，則進(jìn)入流程6；否則返回流程3；6)對(duì)于流程2中所聯(lián)絡(luò)上的電表，數(shù)據(jù)采集模塊從數(shù)據(jù)庫(kù)中取出這些電表的鄰近電表的ID號(hào)、電表之間的等效距離；對(duì)新取出的電表，再?gòu)膸?kù)中取出其鄰近電表的ID號(hào)、電表之間的等效距離……然后將等效距離映射為路徑的權(quán)值，利用Dijkstra算法選擇數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的路徑；7)根據(jù)流程6所選定的轉(zhuǎn)發(fā)路徑，數(shù)據(jù)采集模塊向?qū)?yīng)電表發(fā)送幀，要求該電表將用電數(shù)據(jù)報(bào)告給數(shù)據(jù)采集模塊；該幀內(nèi)包含轉(zhuǎn)發(fā)路徑，通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)送至目的電表；在轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中，每次電表對(duì)幀進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，都首先進(jìn)行解幀和重組幀，然后轉(zhuǎn)發(fā)（該規(guī)律在本系統(tǒng)中普遍成立）；8)電表向數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送用電數(shù)據(jù)幀；該幀內(nèi)包含用電數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)發(fā)路徑，且轉(zhuǎn)發(fā)路徑為流程7所述轉(zhuǎn)發(fā)路徑的逆路徑（即與流程7所述轉(zhuǎn)發(fā)路徑經(jīng)歷的節(jié)點(diǎn)相同，方向相反）；該幀通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)送至數(shù)據(jù)采集模塊；如果用電數(shù)據(jù)以該方法轉(zhuǎn)發(fā)成功，則以成功狀態(tài)結(jié)束操作，否則將決定轉(zhuǎn)發(fā)路徑的方法由等效距離篩選法切換到誤碼率篩選法。在利用等效距離篩選法進(jìn)行用電數(shù)據(jù)采集失敗時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的切換到誤碼率篩選法，并繼續(xù)進(jìn)行用電數(shù)據(jù)的采集。圖4.5介紹了采用誤碼率篩選法來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，數(shù)據(jù)采集模塊的工作流程。電表向電表向數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送幀，匯報(bào)該電表周圍存在的電表ID號(hào)；數(shù)據(jù)采集模塊收到ID號(hào)后，作出記載數(shù)據(jù)采集模塊向已經(jīng)記載的電表發(fā)送幀；要求該電表調(diào)查其周圍存在哪些電表，所述調(diào)查通過(guò)電表間收發(fā)幀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集模塊將誤碼率映射為權(quán)值，選擇轉(zhuǎn)發(fā)路徑數(shù)據(jù)采集模塊向電表發(fā)送幀，要求相關(guān)電表之間測(cè)算傳輸誤碼率電表向數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送幀，匯報(bào)相關(guān)電表之間的傳輸誤碼率有記載的電表到其周圍電表的傳輸誤碼率計(jì)算完畢？是否已經(jīng)記載有數(shù)據(jù)采集模塊的鄰近電表的ID號(hào)、數(shù)據(jù)采集模塊與其鄰近電表的傳輸誤碼率數(shù)據(jù)采集模塊向?qū)?yīng)電表發(fā)送幀，要求該電表將用電數(shù)據(jù)傳給數(shù)據(jù)采集模塊；幀內(nèi)包含轉(zhuǎn)發(fā)路徑；該幀通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至目的地電表向數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送用電數(shù)據(jù)幀；幀內(nèi)包含轉(zhuǎn)發(fā)路徑；該幀通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)送至數(shù)據(jù)采集模塊結(jié)束圖4.5數(shù)據(jù)采集模塊采用誤碼率篩選法進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的工作流程如圖4.5所示，當(dāng)采用誤碼率篩選法來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，數(shù)據(jù)采集模塊的工作流程為：1)由于進(jìn)入誤碼率篩選法前必定經(jīng)歷等效距離篩選法，故初始時(shí)，數(shù)據(jù)采集模塊已經(jīng)記載有其鄰近電表的ID號(hào)，以及數(shù)據(jù)采集模塊與其鄰近電表的傳輸誤碼率；首先，數(shù)據(jù)采集模塊向已經(jīng)有記載的電表發(fā)送幀；要求該電表調(diào)查其周圍存在哪些電表，所述調(diào)查通過(guò)電表間發(fā)送與接收控制幀進(jìn)行；2)電表向數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送幀，匯報(bào)該電表周圍存在的電表ID號(hào)；數(shù)據(jù)采集模塊收到對(duì)應(yīng)的ID號(hào)信息后，作出記載；3)數(shù)據(jù)采集模塊向電表發(fā)送幀，要求相關(guān)電表之間進(jìn)行傳輸誤碼率的測(cè)算；4)電表向數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送數(shù)據(jù)幀，匯報(bào)相關(guān)電表之間傳輸誤碼率測(cè)算的結(jié)果；如果對(duì)于有記載的電表（包括初始時(shí)有記載的電表以及流程2中剛記載的電表），其到數(shù)據(jù)采集模塊的等效距離均已計(jì)算完畢，則進(jìn)入流程5；否則返回流程1；5)數(shù)據(jù)采集模塊將誤碼率映射為路徑的權(quán)值，利用Dijkstra算法，選擇數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的路徑；6)根據(jù)流程5所選定的轉(zhuǎn)發(fā)路徑，數(shù)據(jù)采集模塊向?qū)?yīng)電表發(fā)送幀，要求該電表將用電數(shù)據(jù)報(bào)告給數(shù)據(jù)采集模塊；該幀內(nèi)包含轉(zhuǎn)發(fā)路徑，通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)送至目的電表；7)電表向數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送用電數(shù)據(jù)幀；該幀內(nèi)包含用電數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)發(fā)路徑，且轉(zhuǎn)發(fā)路徑為流程6所述轉(zhuǎn)發(fā)路徑的逆路徑（即與流程6所述轉(zhuǎn)發(fā)路徑經(jīng)歷的節(jié)點(diǎn)相同，