隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，無線抄表系統(tǒng)越來越受到人們的親睞并逐漸取代了傳統(tǒng)的抄表系統(tǒng)傳統(tǒng)抄表系統(tǒng)大致可以分為三類：智能卡水表、有線自動抄表系統(tǒng)、無線智能水表。其中有線自動抄表系統(tǒng)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(tǒng)越來越受到業(yè)界的矚目。

1 Zigbee技術(shù)簡介

1．1 Zigbee技術(shù)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(shù)據(jù)速率、低成本、低復雜度的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要用于近距離傳輸，適合用于無線數(shù)據(jù)采集、無線工業(yè)控制、消費性電子設(shè)備、汽車自動化、家庭和樓宇自動化、醫(yī)用設(shè)備控制、遠程網(wǎng)絡(luò)控制等場合。Zigbee技術(shù)同Bluetooth，Wi-Fi相比較具有如下優(yōu)點：

數(shù)據(jù)傳輸速率低：10～250 KB／s，專注于低傳輸應(yīng)用。

功耗低：在低功耗待機模式下，兩節(jié)普通5號電池可使用6～24個月。

成本低：Zigbee數(shù)據(jù)傳輸速率低，協(xié)議簡單，所以大大降低了成本。

網(wǎng)絡(luò)容量大：網(wǎng)絡(luò)可容納65 000個設(shè)備。

時延短：典型搜索設(shè)備時延為30 ms；休眠激活時延為15 ms；活動設(shè)備信道接入時延為15 ms。

網(wǎng)絡(luò)的自組織、自愈能力強，通信可靠。

數(shù)據(jù)安全：Zigbee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，采用AES-128加密算法，各個應(yīng)用可靈活確定其安全屬性。

1．2 Zigbee網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

Zigbee技術(shù)具有強大的組網(wǎng)能力，可以形成星型、樹型和MESH網(wǎng)狀網(wǎng)如圖1所示。實際中根據(jù)需要選擇合適的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器就是網(wǎng)絡(luò)中的中心節(jié)點，是網(wǎng)絡(luò)的組織者，負責網(wǎng)絡(luò)組建和信息路由；全功能設(shè)備FFD可作為協(xié)調(diào)器使用，是具有路由與中繼功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，可以與 RFD節(jié)點通信，也可以與別的FFD節(jié)點通信；精簡功能設(shè)備RFD節(jié)點作為網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點，相互間不能直接通信，只能通過FFD節(jié)點發(fā)送和接收信息，不具有路由和中繼功能。但FRD和FFD的硬件結(jié)構(gòu)完全相同，只是網(wǎng)絡(luò)層不一樣。

2 設(shè)計方案

本設(shè)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(shù)據(jù)讀回。圖2為單元樓內(nèi)Zig-bee通信框圖。總體設(shè)計為首先在單元樓內(nèi)安裝一個Zigbee數(shù)據(jù)采集模塊，用于方便讀表人員收集各住戶水表數(shù)據(jù)；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(shù)據(jù)然后通過Zigbee的射頻部分將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絑igbee的數(shù)據(jù)采集模塊。

2．1 CC2480介紹

Zigbee遠程用戶終端模塊和Zigbee數(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)處理器中的首款產(chǎn)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(xié)議棧，從而減少開發(fā)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(jié)合。Z-stack軟件Zigbee-2006協(xié)議棧可以在Zigbee處理器上運行，而應(yīng)用程序則能在外部MCU 上運行。CC2480能夠處理所有時序關(guān)鍵型與處理密集型Zigbee協(xié)議任務(wù)，而將應(yīng)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。

2．2 Zigbee遠程用戶終端模塊

Zibbee遠程用戶終端模塊安裝于單元樓中各住戶家中。在遠程用戶終端模塊中采用8條數(shù)據(jù)線來實現(xiàn)讀取水表數(shù)據(jù)，其中8條數(shù)據(jù)線與水表連接部分此處不做討論。Zigbee遠程用戶終端模塊如圖4所示。其中，數(shù)據(jù)線1，2，3用于通過三線譯碼來控制水表數(shù)據(jù)的某位；數(shù)據(jù)線4，5，6，7用于顯示水表某位上的數(shù)據(jù)；8為地線。例如，數(shù)據(jù)線1，2，3狀態(tài)為000，則4，5，6，7位顯示數(shù)字為水表第一位數(shù)字讀數(shù)；數(shù)據(jù)線1，2，3狀態(tài)為111，則 4，5，6，7位顯示數(shù)字為水表第八位數(shù)字讀數(shù)。在每一位讀數(shù)后分別送入Zigbee模塊進行處理。

2．3 Zigbee數(shù)據(jù)采集模塊

Zigbee數(shù)據(jù)采集模塊（見圖5）安裝于單元樓中的一層或比較方便讀表員讀表的位置。當Zigbee模塊收到數(shù)據(jù)時通過LED驅(qū)動芯片將數(shù)據(jù)輸出到 LED顯示器上，這樣讀表人員就可以清楚讀數(shù)，其中前兩位用于顯示各住戶的房間號，后六位用于顯示對應(yīng)房間號的水表數(shù)據(jù)。鍵盤用于控制LED顯示器。其中，智能鍵盤和LED驅(qū)動及USB驅(qū)動分別采用芯片RIC16C63和芯片USBN9602。

RIC16C63是一款高性能8位微處理器，具有優(yōu)越的RISC結(jié)構(gòu)，指令系統(tǒng)只有35條指令。具有UARST，SPI，I2C多種串行驅(qū)動功能，片內(nèi)有三個定時器。其特點如下：

（1）與CPU鏈接方式采用I2C接口（也可采用USART串行通信接口方式或三線制SPI接口方式）。

（2）最多16個鍵盤輸入，可提供鍵盤中斷信號。

（3）可提供8個LED數(shù)碼管，可選擇BCD碼數(shù)字驅(qū)動方式或段驅(qū)動方式，具有LED亮度軟件設(shè)置功能。

（4）同時執(zhí)行鍵盤和顯示操作。

USBN9602是標準雙列直插式28引腳芯片。芯片內(nèi)部總共帶有7個傳送／接收FIFO緩沖器，1個雙向傳送和接收FIFO緩沖器，3個單向傳送FIFO緩沖器，3個單向接收FIFO緩沖器。USBN9602廣泛用于測控技術(shù)、數(shù)據(jù)采集、信號處理等。

3 結(jié) 語

以Zigbee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為支撐的無線自動抄水表系統(tǒng)，相比人工抄表方式或其他自動抄水表系統(tǒng)大大降低了運行成本和功耗，工作效率明顯提高，節(jié)點硬件也易于實現(xiàn)，避免了有線抄表系統(tǒng)施工布線帶來的各種問題。本設(shè)計提出的方案，硬件已經(jīng)實現(xiàn)，當用戶用水時用戶水表的液輪滾動，Zigbee遠程終端用戶模塊通過譯碼方式采集到水表數(shù)據(jù)，然后通過此模塊的射頻部分傳輸?shù)絑igbee數(shù)據(jù)采集模塊。采集到的數(shù)據(jù)有時有延時，主要原因可能是Zigbee的射頻部分所致，因此，還要經(jīng)過大量實驗，調(diào)節(jié)Zigbee的射頻部分，使采集到的數(shù)據(jù)更加精確。