基于zigbee和gprs遠(yuǎn)程無線抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)

:DesignofRemoteWirelessMeterReadingSystemBasedonZigBeeandGPRSSpeciality:Patternrecongnitionandin ligentsystem : (Signature)Instructor:Wang (Signature)Withthedevelopmentofresidentsinfrastructureandtheincreasingnumberofwatermeter,electricmeter,gasmeterandheatmeter.theindustryandcompanyurgentlywanttosolvetheproblemofautomaticmeterreading.Theexistingmeterreadingmethodhasmanyproblemssuchashighcost,highconsumption,smallscalenetworking,andlineinterference,anewwirelessmeterreadingmethodisproposed.AsetofremotewirelessmeterreadingsystembasedonZigBeetechnologyandGPRSnetworkisdeaigned,ZigBeetechnologyisusedforlocalareanetworkandGPRStechnologyisusedforwideareanetwork.Thebuiltsystemhaslowcost,lowconsumption,ad-hocnetwok,self-adaptiveandothercharacteristics,itaswellashasstrongportabilityandcompatibility.Thewholewirelessmeterreadingsystemismadeupofhostcomputer,concentratormodules,routermoduleanddataacquisitionmodule.Thedatawhichtransmitsbycontrollercanbecalled,processedandstored;avarietyofoperatinginstructionswhichcansetthevariousoperatingparameterscanbesendtocontrollerbyhostcomputer.Theconcentratoristheconvergenceoftheentiresystemdata,whichcancompletedataconversionbetweenZigBeenetworkandGPRSnetwork,andtransportthecollecteddatatothehostcomputer.Inordertoincreasethestabilityofthenetwork,therepeatersareaddedinthenetwork.Thefunctionoftheroutersismanagementthenetworksub-nodetoinsurethedatacanbeefficientlytransmittedtotheconcentrator.Themainlytaskofcollectorcanbedescribedasdataacquisition,processingandupload.Thetestresultsonthesiteshowthatthewirelessmeterreadingsystemnotonlycan plishdataacquisitionandtransmissionaccurayandquicklybutalsohasstronganti-interferenceabilityandwideapplicationscope.Thewirelessmeterreadingsystemwhichcanbeusedinthefieldofsmarthomeandgasdetectionofcollierywithsomesensorshavemarketvalueandapplicationcollection;concentra

:wirelessmeterreadingsystem;ZigBee;GPRSThesis Applied目目緒 課題背 無線抄表系統(tǒng)的研究現(xiàn) 國外發(fā)展現(xiàn) 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn) 國內(nèi)外發(fā)展趨 課題研究的意 的主要工 的組織結(jié) 2無線抄表系統(tǒng)的技術(shù)基 ZigBee協(xié)議棧架 ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié) ZigBee數(shù)據(jù)傳輸方 GPRS技 GPRS技術(shù)概 GPRS特 GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié) 業(yè)務(wù)的安全傳輸能力以及能 本章小 3無線抄表系統(tǒng)的總體方案設(shè) 系統(tǒng)需求分 3.2無線抄表系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方 本章小 4無線抄表系統(tǒng)的硬件設(shè) 抄表系統(tǒng)的基本構(gòu) ZigBee模塊及電路設(shè) GPRS模塊及電路設(shè) GPRS模塊解決方 基于SIM900A模塊的電路設(shè) 目集中器硬件電路設(shè) 主控電路設(shè) 集中器電源設(shè) 時鐘電路設(shè) 數(shù)據(jù)電路設(shè) 傳輸終端硬件電路設(shè) CC1100無線通信模塊設(shè) RS485通信模塊設(shè) 電源模塊設(shè) 本章小 5無線抄表系統(tǒng)的軟件設(shè) 5.1無線抄表數(shù)據(jù)協(xié)議格 GPRS網(wǎng)絡(luò)連接協(xié)議幀格 讀寫命令幀格 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)幀格 軟件開發(fā)平 主模塊程序設(shè) 集中器軟件設(shè) 中繼器軟件設(shè) 器軟件設(shè) 本章小 系統(tǒng)測 GPRS連接測 ZigBee組網(wǎng)測 測 通信質(zhì)量測 本章小 總 結(jié) 展 致 參考文 附 111.1課題背隨著城鄉(xiāng)居民基礎(chǔ)建設(shè)的發(fā)展，獨(dú)立的四表（水表、、燃?xì)獗?、熱表）?shù)量不斷增加。因此，四表數(shù)據(jù)的自動抄送具有十分重要的意義，也是行業(yè)和單位迫切想解決的問題，因?yàn)楸頂?shù)據(jù)抄送的準(zhǔn)確性、及時性，直接影響系統(tǒng)的信息化水平、甚至管理決策和經(jīng)濟(jì)效益。201061號實(shí)施的物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JG/T162-2009《住宅遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)》也對四表抄送做了相關(guān)規(guī)定【1-2】。目前，我國大部分地區(qū)還采用抄表員現(xiàn)場抄表的方式，在儀表位置集中、儀表數(shù)量較少情況下這種抄表效果很好。但在儀表位置比較分散、儀表數(shù)量較多的情況下，這種原始的人工抄表的方式就存在著許多缺點(diǎn)。例如，在環(huán)境比較惡劣的工業(yè)現(xiàn)場，一些儀表安裝的位置較遠(yuǎn)，不利于抄表人員去現(xiàn)場抄表，工作人員也很難發(fā)現(xiàn)個別出現(xiàn)故障的表。所以，這種原始的手動抄表方式不僅勞動強(qiáng)度大、效率低，還存在抄表、漏抄、估抄、錯抄以及抄表周期長等問題【3】。而且最終所抄得的數(shù)據(jù)要經(jīng)過人工輸入計(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，也導(dǎo)致了相關(guān)和企業(yè)管理軟件不能獲得足夠詳細(xì)和準(zhǔn)確的原始數(shù)據(jù)。對于相關(guān)的供應(yīng)部門進(jìn)行更次的分析和管理決策也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。在這樣的背景下，八十年代誕生于的自動抄表技術(shù)在世界各地得到了迅猛的發(fā)展。自動抄表系統(tǒng)，也叫AMR(AutomaticMeterReading)，是一種基于通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)術(shù)的、傳輸、處理的系統(tǒng)，是原始抄表方式的一種技術(shù)上的進(jìn)步。自動抄表系統(tǒng)也被稱為抄表系統(tǒng)，它通過模仿人工抄表的讀表、記錄、核算、形成帳單，這樣的流程，為上層公司的計(jì)量和結(jié)算服務(wù)。根據(jù)不同的指標(biāo)，AMR有多種分類方法。以根據(jù)通信信道作為標(biāo)準(zhǔn)，可分為(PSTN)抄表系統(tǒng)、GPRS 抄表系統(tǒng)、無線電抄表系統(tǒng)、低壓電力載波抄表系統(tǒng)等；以測量表的種類或被測量的物理意義為標(biāo)準(zhǔn)，可分為電能量自動抄表系統(tǒng)、水表自動抄表系統(tǒng)、燃?xì)獗碜詣映硐到y(tǒng)以及熱表抄表系統(tǒng)【4-6。自動抄表系統(tǒng)的出現(xiàn)解決了傳統(tǒng)人工抄表過遇到的許多問題，并且提高了近年來，計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和微電子技術(shù)發(fā)展迅速，越來越多的新興技已經(jīng)應(yīng)用于自動抄表系統(tǒng)，無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)應(yīng)用更為廣泛。無線抄表系統(tǒng)搭建無線網(wǎng)絡(luò)，不需要專門布線，采用無線設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)，整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可節(jié)省人力和物力，有較高的經(jīng)濟(jì)效益。相對傳統(tǒng)的人工抄表系統(tǒng)和有線抄表系統(tǒng)更有應(yīng)用優(yōu)勢和市場價值【7。近距離的無線傳輸技術(shù)，即Zigbee技術(shù)。采用這項(xiàng)新技術(shù)與成GPRS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合就可以實(shí)現(xiàn)無線自動抄表，不僅為企業(yè)帶來技術(shù)，也為廣大用戶帶來許多便利。ZigBee與GPRS的無線網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境、軍事、醫(yī)療健康、家庭智能和其1.2無線抄表系統(tǒng)的研究現(xiàn)1.2.1國外發(fā)展70年代，國外就已經(jīng)出現(xiàn)了自動抄表這一概念，并且有了相關(guān)的研究以及1982年，英國的索恩伊美率公司利用公用網(wǎng)絡(luò)率先實(shí)現(xiàn)了自動抄表技術(shù)，同一年，的Iandis/GYR公司將自主研發(fā)的新技術(shù)SCTM應(yīng)用于瑞典的自動抄表；1985年，電力公司使用電力載波技術(shù)試點(diǎn)抄表；在此之后的幾年，、德國、澳大利亞等國家開發(fā)出的新的技術(shù)，逐漸加入到自動抄表的行列里來，并且有比較大的自動抄表系統(tǒng)投入實(shí)際的試點(diǎn)工作中來。1990年后，自動抄表系統(tǒng)逐漸發(fā)展成熟，據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)記載，、等國都有數(shù)十萬的表節(jié)點(diǎn)安裝了自動抄表的。最大的電能自動抄表系統(tǒng)也于1998年正式投入使用。2005年，法國Coronis公司在現(xiàn)有自動抄表方案的基礎(chǔ)上率先研制了自動無線抄表方案。2006 年，東歐首個大規(guī)模的遠(yuǎn)距離全自動抄表系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)建立，該網(wǎng)絡(luò)采用Coronis的Wavenis無線抄表技?！?-12。1.2.2國內(nèi)發(fā)展我國于上個世紀(jì)80年代末開始自動抄表系統(tǒng)的試點(diǎn)工作。第一套電量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)于1989年在華北電入運(yùn)行；90年代初期，抄表系統(tǒng)在投入使用；1994年，居民集中抄表進(jìn)入中國，大多數(shù)地區(qū)的供電企業(yè)對電力載波的抄表方式進(jìn)行試點(diǎn)工作；90年代末期，我國開始出現(xiàn)了智能IC卡燃?xì)獗硐到y(tǒng)。隨著近些年抄表系統(tǒng)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，無線抄表系統(tǒng)也開始在居民小區(qū)中廣泛應(yīng)用，例如火狐電子公司的無線煤氣集中抄表系統(tǒng)、海桑銳電子科技公司的無線燃?xì)獬硐到y(tǒng)解決方案等。2006年，浩迪公司對大用戶燃?xì)獗硐到y(tǒng)進(jìn)行了試點(diǎn)并通過了當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)部門的驗(yàn)收既肯定，改寫了國內(nèi)大戶抄表系統(tǒng)的空白的歷史。2006年，選取一些居民入住率較高、設(shè)備管道較為穩(wěn)定的小區(qū)開展了集中抄表的試點(diǎn)工作，有望以后能進(jìn)一步發(fā)展，實(shí)現(xiàn)無線抄表【7-12。11.2.3國內(nèi)外發(fā)展縱觀國內(nèi)外無線抄表產(chǎn)品，除2006年法國公司在東歐建立的首個大規(guī)模抄表系統(tǒng)外，還沒有其他系統(tǒng)可以大規(guī)模應(yīng)用于居民小區(qū)的，大部分只是前期試點(diǎn)，還有部目前市場上的智能表應(yīng)用系統(tǒng)主要分為兩種：一種是預(yù)形式的IC卡抄表系統(tǒng)，這種抄表系統(tǒng)使用方便，用戶先通過IC卡充錢，然后刷卡使用，它有費(fèi)用管理便利的優(yōu)點(diǎn)，解決了的問題，也方便了用戶的使用。但這種系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸和檢測，無法及時的掌握各個用戶的動態(tài)情況，而且出現(xiàn)調(diào)價等情況時，無法實(shí)時調(diào)節(jié)，不能適合上層公司的管理需求。另一種是智能化傳輸表系統(tǒng)，智能化系統(tǒng)按照數(shù)據(jù)傳輸方式的不同分為有線抄表系統(tǒng)和無線抄表系統(tǒng)。有線的抄表系統(tǒng)可以實(shí)時的檢測用戶的情況，但是在系統(tǒng)前期的搭建過，需要投入大量的人力物力進(jìn)行排線布線的工作，而且安裝調(diào)試過存在很多不可抗力和。后期的故障檢測和有一定的不確定因素，線路被認(rèn)為和自然環(huán)境破壞的可能較大，要全面推廣應(yīng)用比較。無線自動抄表系統(tǒng)是當(dāng)前的抄表方式，它結(jié)合了無線通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，不但具備了原始的抄表方式的優(yōu)點(diǎn)，還具有自身獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，比如后期便捷、數(shù)據(jù)的實(shí)時性準(zhǔn)確性得到保障以及相關(guān)管理部門可以根據(jù)實(shí)時的情況調(diào)整管理方式等【7-12。綜合現(xiàn)有的各種抄表系統(tǒng)的缺陷，未來抄表系統(tǒng)的發(fā)展慢慢無線抄表方1.3課題研究的意利用ZigBee和GPRS的結(jié)合設(shè)計(jì)的無線抄表系統(tǒng)給用戶和企業(yè)帶了了的1、減輕人工勞動強(qiáng)度，降低抄表工作的成本3、通過上位機(jī)管理系統(tǒng)，對表結(jié)點(diǎn)的情況進(jìn)行實(shí)時，及時發(fā)現(xiàn)故障問題。綜上所述，無線抄表技術(shù)是具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義的，而基于ZgBee和GPRS技術(shù)的無線抄表系統(tǒng)又是無線抄表系統(tǒng)中一個比較新而且相當(dāng)具有實(shí)用價值的應(yīng)用1.4的主要工鑒于目前國內(nèi)外無線抄表系統(tǒng)的存在的問題以及無線抄表的發(fā)展趨勢，本提出了一種基于ZigBee技術(shù)與GPRS技術(shù)相結(jié)合的無線抄表終端系統(tǒng)，主要工作相結(jié)合的方式搭建無線抄表系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)表節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)以及傳輸。ZigBee無線抄表網(wǎng)絡(luò)，通過選擇合適的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)抄表ZigBeeZigBee通信協(xié)議轉(zhuǎn)換為四表所支搭建基于ZigBee與GPRS的無線抄表系統(tǒng)，將系統(tǒng)分為三大模塊：數(shù)據(jù)采實(shí)現(xiàn)表結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)管理功能：一方面，可以定時向表結(jié)點(diǎn)發(fā)送抄表命令，獲得某些表結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并且對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?、和管理；另一方面，也可以?shí)現(xiàn)表節(jié)點(diǎn)的實(shí)時傳輸和檢測。1.5的組織結(jié)共分七章，下面就具體每章的內(nèi)容做一介紹第二章介紹了本自動抄表系統(tǒng)所要用到的兩種的技術(shù)——ZigBee短距離無通信技術(shù)和GPRS無線通信技術(shù)第三章，系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，進(jìn)行了系統(tǒng)需求分析，并且給出了總體設(shè)計(jì)方案第四章，系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，首先介紹了各個模塊的元器件選型，然后分模塊介紹了硬件設(shè)計(jì)的過程。第五章，系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，首先介紹了系統(tǒng)的軟件開發(fā)環(huán)境，然后分模塊論述軟件設(shè)計(jì)過程以及最終實(shí)現(xiàn)的功能。第六章，系統(tǒng)測試，在搭建的系統(tǒng)中對預(yù)期的功能實(shí)現(xiàn)情況、情況、網(wǎng)絡(luò)組建情況以及系統(tǒng)的準(zhǔn)確率穩(wěn)定性進(jìn)試。第七章總結(jié)展望，是對本課題的一個總結(jié)，另外給出了本課題后續(xù)研究的一些方向222無線抄表系統(tǒng)的技術(shù)基ZigBee技ZigBee概ZigBee是一種新興的短距離、低速率、低功耗的無線通信技術(shù)。ZigBee技術(shù)一般應(yīng)用在通信范圍較小的區(qū)域，對數(shù)據(jù)傳輸?shù)男畔⒘坎淮蟆?shù)據(jù)傳輸速率要求不高但又對IEEE802.15.4是ZigBee技術(shù)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，他能在成千上萬個微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)、通信。這些傳感器能耗很低，只需要很小的能量，就可以通過無線電波以 技術(shù)主要有以下幾個特點(diǎn)【13-17在無線通信技術(shù)中，頻譜是很重要的因一，因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)無線通信，就要占用一定的頻譜。在我國，頻譜是一種歸屬于管理的資源，使用一些特定的頻段必須要得到相關(guān)部門的。為了使得ZigBee設(shè)備更加方便用戶的使用，ZigBee特別選用了無須得到相關(guān)部門就可以使用的“免”的工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療等頻段。結(jié)合世界各國不同的情況，ZigBee定義了在全世界范圍內(nèi)通用的2.4GHz頻段以及分別適用于歐洲和的868/915MHz頻段。不同頻段的差別就是頻段內(nèi)包含的信道、帶，ZigBee設(shè)備大都工作在世界通用的2.4GHz頻段，這個頻段一共包含了166MHz250kb/s。跟其他通信設(shè)備比較，這種免的頻段以及包含多個信道的ZigBee設(shè)備在使用過更加的靈2.4GHz頻段，在世界各個地方都能通用，增加可ZigBee設(shè)備，相互之間的通MCU跟現(xiàn)存的其他網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)相比，ZigBee技術(shù)有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡單的優(yōu)點(diǎn)。由于它能很高效的在運(yùn)算能力以及數(shù)據(jù)能力都比較弱的MCU上工作，所以它在對低成本要求比嚴(yán)格的區(qū)域有很好的應(yīng)用空間和前景。目前，市面上已經(jīng)出現(xiàn)可很多基于8051內(nèi)核的ZigBee單解決方案，這在需要大量無線節(jié)點(diǎn)的智能家居等短距離數(shù)據(jù)采在數(shù)據(jù)傳輸過最難解決的問題之一就是干擾的問題。由于在無線通信技術(shù)中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)男诺朗嵌鄠€網(wǎng)絡(luò)共享的，所以成無線通信技術(shù)就能有效的解決信道而導(dǎo)致的干擾問題。ZgBee技術(shù)在層以及物理層控制層的時候選用的是標(biāo)準(zhǔn)的IEEE802.15.4協(xié)議。在數(shù)據(jù)傳輸過，它使用了載波檢測方式以及避免機(jī)制的方式，并且將其與數(shù)據(jù)檢測等多種安全措施相結(jié)合，在數(shù)據(jù)的安全傳輸上起到了很大作用。由于ZgBee技術(shù)對MCU的資源要求相對較低，所以為了在資源相對簡單的MCU上較好的運(yùn)行并且提高系統(tǒng)的靈活性，ZgBee設(shè)備有3種安全模式可供使用。其中，安全模式最低的方式是為了實(shí)現(xiàn)最低資源利用的目的，完全措施較低；安全模式最高的方式則是選用了高級加密標(biāo)準(zhǔn)對稱以及配套的公開密鑰。隨著國家節(jié)能降耗政策的出現(xiàn)，低功耗是很多設(shè)備的發(fā)展目標(biāo)，ZgBee設(shè)備最重要的特點(diǎn)之一就是低功耗。因此，ZgBee數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議中就有幾點(diǎn)比較重要的降低功耗的方法，比如數(shù)據(jù)的間接傳輸就是比較有效的方式。數(shù)據(jù)間接傳輸就是把那些由電池供電的簡單功能節(jié)點(diǎn)作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠瘘c(diǎn)。這樣就避免了傳統(tǒng)的由完全功能節(jié)點(diǎn)逐個輪流傳輸數(shù)據(jù)的方式，使得一些不需要傳輸數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)處于休眠的工作狀態(tài)，從而很大程度上降低了能耗。ZgBee設(shè)備可以自由的搭建多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主要分為星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、樹型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錂C(jī)構(gòu)。根據(jù)搭建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不同，ZgBee網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的傳輸方式也有所不同，在簡單的星型網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)采用一對一的單路傳輸方式，而在較為復(fù)雜的樹型網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)則是采用路由器中轉(zhuǎn)的方式實(shí)現(xiàn)多組數(shù)據(jù)傳輸。ZgBee設(shè)備的地址分為兩種，一種是經(jīng)過處理的16位短地址，一種則是標(biāo)準(zhǔn)的64位IEEE地址。在一個單獨(dú)的ZgBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，最多可以容納設(shè)備的數(shù)目是216個。ZigBee協(xié)議棧架ZigBee按照國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)的開放系統(tǒng)互聯(lián)(OSI)參考模型，ZigBee網(wǎng)絡(luò)可以分為四層，如圖2.1所示，從下網(wǎng)上分別是物理層(PHY)、控制層(MAC)、網(wǎng)絡(luò)層(NWK)以及應(yīng)用層(APL)。ZigBee的最低兩層PHYMACIEEE802.15.4協(xié)議，而NWK層和APL層由ZigBee制定。每一層向上面的一層提供數(shù)據(jù)或者管理服務(wù)。ZigBee的應(yīng)用層由應(yīng)用支持子層(APS)、ZigBee設(shè)備對象(ZOD)以及制造上定22物理層(PhyscalLaye,PHY)由半雙工的無線收發(fā)器以及接口組成，他直接利用無線信道實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸工作。控制子層(MedumAccessContro,MAC)提供節(jié)點(diǎn)自身以及與其相鄰的節(jié)點(diǎn)之間的可靠數(shù)據(jù)傳輸鏈路。它的主要任務(wù)就是提高通信的有效性、實(shí)現(xiàn)傳輸?shù)墓蚕怼＞W(wǎng)絡(luò)層(Netork,NWK)利用MAC層可靠的數(shù)據(jù)通信提供路由轉(zhuǎn)發(fā)能力，實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的。應(yīng)用支持子層(ApplcatonSupportLae,PS)的任務(wù)是將網(wǎng)絡(luò)信息轉(zhuǎn)發(fā)到各個正在運(yùn)行的端口上，在各個設(shè)備之間傳送信息【15。ZigBee設(shè)備對象(ZigBeeDeviceObject,ZOD)在網(wǎng)絡(luò)中承擔(dān)設(shè)備管理的工作，其中ZigBee體系結(jié)構(gòu)提供密鑰的建立、交換以及利用密鑰對相關(guān)信息進(jìn)行加密、MAC層、NWKAPS層，各個層在發(fā)送幀時按照指定的加密方案做加理，在接收信息的時候再做相應(yīng)的工作。ZigBee采用ZgBee技術(shù)搭建的無線通信網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中包含有很多個節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)都是相互獨(dú)立的，各自承擔(dān)自己的工作，這些節(jié)點(diǎn)被稱作設(shè)備(Devce)。在無線通信網(wǎng)絡(luò)中，按照設(shè)備各自不同的功能可以將其分為兩大類：FFD和RFD。FFD：全功能設(shè)備(FullFuntonDevce)，在ZgBee網(wǎng)絡(luò)中，它具有完整的功能，實(shí)時，能在任何時間跟任RFD：精簡能設(shè)備(ReduceFunctonDevc)ZgBee網(wǎng)絡(luò)中，它只承擔(dān)一些簡單的功能，用最簡單、的MCU就可以實(shí)現(xiàn)，只在特定的時間跟特定的全功能設(shè)備通信，只具有少量數(shù)據(jù)功能，不工作的情況下處于休眠狀態(tài)。兩種功能具體參數(shù)的對比如表2.1所示：表2.1除了上述的分類方法以外，還可以根據(jù)設(shè)備在整個網(wǎng)絡(luò)中所承擔(dān)任務(wù)的不同將ZgBeeZgBee無線網(wǎng)絡(luò)中僅僅包含一個協(xié)調(diào)器，而且協(xié)調(diào)器是全功能設(shè)備，在ZgBee網(wǎng)絡(luò)中，協(xié)調(diào)器是整個網(wǎng)絡(luò)的部分，也可以稱作網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)中樞，它主要承擔(dān)整個網(wǎng)絡(luò)的搭建以及數(shù)據(jù)的功能。路由器在網(wǎng)絡(luò)中也有很重要的功能，它在網(wǎng)絡(luò)中起到承上啟下的功能，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)以及相關(guān)命令的上傳下達(dá)，如果網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)調(diào)器發(fā)生故障，路由器也可以暫時代替協(xié)調(diào)器工作，保證網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行，因此，路由器也是全功能設(shè)備【7、8、12ZgBee網(wǎng)絡(luò)中，除了承擔(dān)搭建網(wǎng)絡(luò)以及數(shù)據(jù)傳輸功能的協(xié)調(diào)器以及路由器以外，還有一類很重要的設(shè)備就是終端設(shè)備，它是網(wǎng)絡(luò)中最底層的設(shè)備，主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)底層數(shù)據(jù)的記錄并且將數(shù)據(jù)順利的傳送給相對應(yīng)的路由器或者協(xié)調(diào)器，在網(wǎng)絡(luò)中既可以是全功能設(shè)備，也可以是精簡功能設(shè)備，每種設(shè)備具體承擔(dān)的功能對比如表2.2所示。2.2ZigBee協(xié)議的設(shè) IEEE設(shè)備類 典型功協(xié)調(diào) 路由

終 FFD或 ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问剑盒切?、樹形星型?.2所示．一個星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由一個協(xié)調(diào)器以及多個終端設(shè)備組成。在這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)當(dāng)中，設(shè)備之間的通信以及數(shù)據(jù)的傳輸22都是以協(xié)調(diào)器作為的。如果兩個終端設(shè)備之間需要通信傳輸數(shù)據(jù)，那么首先將數(shù)據(jù)從一個終端設(shè)備傳送給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器在轉(zhuǎn)發(fā)給需要接收數(shù)據(jù)的另外一個終端設(shè)備。這種拓?fù)湫问降娜秉c(diǎn)是節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)路由只有唯一的一個路徑，協(xié)調(diào)器的工作負(fù)擔(dān)較重。樹型拓樹形拓?fù)涫窍鄬Ρ容^復(fù)雜的一種拓?fù)湫问?，它由一個協(xié)調(diào)器和多個星型結(jié)構(gòu)連接而成。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)連接一系列的路由器節(jié)點(diǎn)，路由節(jié)點(diǎn)再連接一系列的終端節(jié)點(diǎn)，子節(jié)點(diǎn)的路由器節(jié)點(diǎn)同樣也可以連接一系列的路由器節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)，這樣的連接方式可以重復(fù)多個層級。網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備除了能與自己直接相連的父節(jié)點(diǎn)或子節(jié)點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)通訊外，還可以通過樹狀網(wǎng)絡(luò)完成跟其他節(jié)點(diǎn)的通信。樹形拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)如圖2.3所示。網(wǎng)狀拓網(wǎng)狀拓?fù)涫亲顝?fù)雜的一種拓?fù)湫问?，它是基于樹狀網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的一種新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)跟傳統(tǒng)的樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有一些不同點(diǎn)。網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將網(wǎng)絡(luò)中的路由節(jié)點(diǎn)直接連接起來，路由器與協(xié)調(diào)器之間、路由節(jié)點(diǎn)之間、路由器與終端設(shè)備之間都可以直接通信，不同節(jié)點(diǎn)之間的通信可以最優(yōu)的傳輸路徑，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)和信息的網(wǎng)狀傳輸。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有時延小的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的某一個節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時，不會造成大范圍的網(wǎng)絡(luò)癱瘓，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。但也由于數(shù)據(jù)的網(wǎng)狀傳輸，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有擴(kuò)充空間的要求。具體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖如圖2.4所示綜上所述，星形拓?fù)涫怯晒?jié)點(diǎn)和通過點(diǎn)到到通信鏈路接到節(jié)點(diǎn)的各個站點(diǎn)組成；樹形拓?fù)湓谛切偷募夹g(shù)上有了一定的增加，跟樹的結(jié)構(gòu)類似，由一個根節(jié)點(diǎn)派生出很多個父節(jié)點(diǎn)，父節(jié)點(diǎn)再分別連接各自的子節(jié)點(diǎn)；網(wǎng)形拓?fù)湓跇湫偷幕A(chǔ)上做了改進(jìn)，將樹型的各個路由相互連接，組成一個閉合環(huán)【15】；三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)比較2.3所示：表2.322

建立一個無線網(wǎng)絡(luò)的前提和基礎(chǔ)就是選擇一個合理的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)決定了構(gòu)建網(wǎng)路的成本、速度、特點(diǎn)功能。像本課題研究的抄表系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目比較多，各自承擔(dān)著不同的功能，分布沒有一定的規(guī)則，所以通常采用的是樹形網(wǎng)絡(luò)，易于擴(kuò)展，故障比較容易。ZigBee數(shù)據(jù)傳輸在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中包含PAN(persionalareanetwork，個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò))協(xié)調(diào)器以及至少一個終端節(jié)點(diǎn)設(shè)備的時候，整個網(wǎng)絡(luò)就滿足了數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕緱l件，可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信以及數(shù)據(jù)的傳輸工作。在基于ZigBee技術(shù)搭建的網(wǎng)絡(luò)中，各個不同的設(shè)備之間要進(jìn)行不同的數(shù)據(jù)傳輸，所以數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪Ｊ椒譃槿N：終端設(shè)備到協(xié)調(diào)器的數(shù)據(jù)傳輸、協(xié)調(diào)器到終端設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸以及對等的終端設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。針對星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特殊性，它只支持前兩種數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?。除了星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之外的其他對等網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由于其結(jié)構(gòu)的性質(zhì)，能實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，所以三種數(shù)據(jù)傳輸模式都能滿足【7】。除此之外，網(wǎng)絡(luò)的傳輸模式還跟網(wǎng)絡(luò)是否支持信標(biāo)有很大的關(guān)系。如圖2.5所示，數(shù)據(jù)的傳輸方式分為兩大類：直接傳輸以及間接傳輸。直接傳輸模式數(shù)據(jù)傳輸過程簡單，數(shù)據(jù)直接從個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器發(fā)送到相應(yīng)的終端設(shè)備上，終端設(shè)備接收到信息后再將已經(jīng)收到數(shù)據(jù)的信息返還給協(xié)調(diào)器，一次數(shù)據(jù)傳輸完畢。但這種數(shù)據(jù)方式就要求終端設(shè)備一直處于在的狀態(tài)，即不存在休眠模式，要實(shí)時接收協(xié)調(diào)器發(fā)送過來令。間接傳輸模式比直接傳輸模式的過程稍為復(fù)雜。當(dāng)個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器收到數(shù)據(jù)的時候不是直接發(fā)送給終端設(shè)備，而是先對數(shù)據(jù)做一個工作，等待終端設(shè)備發(fā)送請求信息數(shù)據(jù)。終端設(shè)備需要獲取數(shù)據(jù)的時候必須先向協(xié)調(diào)器發(fā)送數(shù)據(jù)的請求，發(fā)送請求信息后，協(xié)調(diào)器做出判斷，識別是否將數(shù)據(jù)發(fā)送給終端設(shè)備。如果需要將數(shù)據(jù)發(fā)送給終端設(shè)備就進(jìn)行直接傳輸模式的流程，將數(shù)據(jù)順利傳輸?shù)浇K端設(shè)備上。這種數(shù)據(jù)傳輸方式滿足節(jié)能降耗的需求，終端設(shè)備大都處在休眠狀態(tài)，只有需要傳送數(shù)據(jù)GPRS技GPRS技術(shù)GPRS(GeneralPacketRadioService)2.5代移GSM3GGSM系統(tǒng)相比，GPRS最重要的優(yōu)點(diǎn)就是引入了分組交換能力，構(gòu)成了新的的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)【18-20。此外，GPRS技術(shù)還具備數(shù)據(jù)速率高、、費(fèi)用低的特點(diǎn)。因此它有目前，全世界已經(jīng)有超過10億的普通用戶、7億移動業(yè)務(wù)以及1億的互聯(lián)網(wǎng)用戶。未來世界電信行業(yè)的發(fā)展趨勢就是講無線的語音業(yè)務(wù)跟原有的普通電弧業(yè)務(wù)相互結(jié)合，并且重點(diǎn)發(fā)展無線語音業(yè)務(wù)，盡可能的實(shí)現(xiàn)有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)以及互聯(lián)網(wǎng)的三網(wǎng)融合的全球化通用網(wǎng)絡(luò)。三網(wǎng)融合的實(shí)現(xiàn)將更好的克服固有的地理，實(shí)現(xiàn)信息共享的最大化。，GPRS業(yè)務(wù)也發(fā)展迅速，正在從現(xiàn)有的應(yīng)用試驗(yàn)的階段向全面正式的業(yè)務(wù)推廣過度。預(yù)計(jì)未來的幾年，GPRS會有更好的發(fā)展。GPRS技術(shù)是在現(xiàn)有的GSMGSM用GPRS采用與GSM的突發(fā)結(jié)構(gòu)、同樣的跳頻規(guī)則以及同樣的TDMA幀結(jié)構(gòu)，這種新的分組數(shù)據(jù)信道與當(dāng)前的電路交換的話音業(yè)務(wù)信道極其相似。因此，現(xiàn)有的子系統(tǒng)(BSS)從一開始就可提供全面的GPRS覆蓋。GPRS允許用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源。從而提供了一種高效、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。22跟原有的SMCSD業(yè)務(wù)相比較，GPRS業(yè)務(wù)是按照用戶實(shí)際使用的流量計(jì)費(fèi)的，這種計(jì)費(fèi)方式跟家復(fù)合無線通信的特點(diǎn)，相對于以前的按照時間計(jì)費(fèi)的方式更為科學(xué)，而且這種計(jì)費(fèi)方式用戶可以，但只支付相應(yīng)流量的費(fèi)用，大大降低了使用成本。此外，GPRS技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)就是分組技術(shù)，這樣在無線通信過程當(dāng)中，每個用戶都可以同時占有多個信道，而且同一個信道還可以實(shí)現(xiàn)多個用戶的共享，使得資源利用最大化GPRS技術(shù)在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)做了一些改進(jìn)，很好的利用了原有的技術(shù)，可以再很大范圍內(nèi)對這種技術(shù)做推廣，相信在接下來的幾年內(nèi)，就能夠?qū)崿F(xiàn)通過簡單便攜的電腦就能實(shí)時快速的上網(wǎng)瀏覽相關(guān)內(nèi)容。并且在還可以在諸如 、無線定位以GPRSGPRSGSMPhase2+GMSWCDMATD-SCDMA演進(jìn)的重要一步。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步以及完善已GSM技術(shù)，它引進(jìn)了新的分組交換的能力，也因此具有一下的優(yōu)點(diǎn)【18-20：網(wǎng)絡(luò)的接入范圍廣：由于GPRS是在原有的GSM網(wǎng)絡(luò)上改進(jìn)升級產(chǎn)生的，所以它跟加充分、全面的利用了國內(nèi)所有范圍的電信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)覆蓋最大化，同時也能更加便捷、迅速以及低成本的為各個用戶服務(wù)，將每個用戶的終端節(jié)點(diǎn)直接納數(shù)據(jù)傳輸速率更高：現(xiàn)有的GPRS業(yè)務(wù)的理論數(shù)據(jù)傳輸速度是171.2kbps，已經(jīng)達(dá)到了原有GSM業(yè)務(wù)組件的網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸速率的幾十倍。但它還在迅速的發(fā)展當(dāng)中，預(yù)計(jì)下一代通用無線分組業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到384kbps，完全能夠滿足用戶對數(shù)接入網(wǎng)絡(luò)時間短：網(wǎng)絡(luò)的連接都需要一定的等待時間，GPRS業(yè)務(wù)的介入時間按流量計(jì)費(fèi)：替代了傳統(tǒng)的按照時間計(jì)費(fèi)的方式，改用流量計(jì)費(fèi)，也就是說用戶只有在接收到或者發(fā)送出數(shù)據(jù)的情況下才算占用網(wǎng)絡(luò)資源，用戶可以長時間，為用戶提供實(shí)時的功能：由于按流量計(jì)費(fèi)方式的啟用，用戶可以再沒有數(shù)據(jù)流量產(chǎn)生的情況下零成本，所以用戶可以做到“”。所有用戶終端都能時時刻刻保持與網(wǎng)絡(luò)中心的聯(lián)系，使得網(wǎng)絡(luò)的更加便捷、迅速、在突發(fā)狀況下的數(shù)據(jù)傳輸中有很大的優(yōu)勢，應(yīng)用領(lǐng)域也更加廣闊。網(wǎng)絡(luò)使用方便：GPRS動以及自動兩種切換模式。在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^，為了不影響語音信號的正常接收，根GPRS網(wǎng)絡(luò)GPRSGSM網(wǎng)絡(luò)的，因此，為了順利的將原有GSMGPRS移動分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，必須對其原有的設(shè)備做一些改造。GSM網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上新增兩個節(jié)點(diǎn)：SGSN、GGSN以及新GPRS業(yè)務(wù)的基本功能是在整個網(wǎng)絡(luò)的路由器以及對應(yīng)的末端移動設(shè)備終端之間提供分組數(shù)據(jù)的傳遞業(yè)務(wù)。GPRS網(wǎng)絡(luò)分為兩大部分：無線接入以及網(wǎng)絡(luò)。無線接入部分在移動臺與子系統(tǒng)(BBS)之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸工作；網(wǎng)絡(luò)則在子系統(tǒng)(BBS)和標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)邊緣的的路由器之間時間數(shù)據(jù)的中繼傳輸工作。GPRS業(yè)務(wù)主要在原始GSM網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上新增加了兩個主要的節(jié)點(diǎn)：SGSN以及GGSN。其中GPRS業(yè)務(wù)支持節(jié)點(diǎn)SGSN(ServingGPRSSupportNode)的主要承擔(dān)的任務(wù)就是記錄各個移動臺當(dāng)前的位置坐標(biāo)信息，并且在移動臺與另外一個主要設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)移動分組數(shù)據(jù)的發(fā)送任務(wù)和接收任務(wù)；GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)GGSN(GatewayGPRSSupportNode)在網(wǎng)絡(luò)中起到外聯(lián)的作用，在整個網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中它承擔(dān)路由器的角色，可以實(shí)現(xiàn)跟各種不同的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)注入公用分組交換數(shù)據(jù)網(wǎng)(PSPDN)以及綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)等網(wǎng)絡(luò)的通信，將GPRS網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的信息跟共享。此外，GGSN還能就愛個呢原始的GSM網(wǎng)絡(luò)中的信息任務(wù)傳送到的諸如TCP/IP或者X.25網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息資源的最大共享【18-20。在GPRS網(wǎng)絡(luò)中，SGSN以及GGSN節(jié)點(diǎn)之間既能各自獨(dú)立承擔(dān)自己的功能，也能相互配合完成一個大的任務(wù)，也就是說，在具體功能的實(shí)現(xiàn)過，既能同個一個單一的物理節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)所有功能，也能由不同的物理節(jié)GSMGPRS網(wǎng)絡(luò)，因此網(wǎng)絡(luò)中相應(yīng)BTSCS-1CS-2，當(dāng)前只需將軟件升級至支持新的BCS:由于網(wǎng)絡(luò)的需要，要求配備新的分組數(shù)據(jù)處理的 Control模塊,而且這個模塊既可以是獨(dú)立出來的設(shè)備，也可以是 里面的一部分HLRSGNS的新增接口Gr。MSC/VLR：如果網(wǎng)絡(luò)要求實(shí)現(xiàn)MSC以及SGNS的新增接口Gs22的軟降升級工作，若系統(tǒng)不需要，就不用做任何改造。另外 可以跟安裝在一起，逐步發(fā)展來替代原有 MSC因此新的系統(tǒng)要采用支持GPRS的新終端才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 網(wǎng)絡(luò)還新增了一些額外的接口【18-20網(wǎng)絡(luò)的接口圖如圖所示，新增的接口主要包括以下幾個Gn/GpSGSNGGSN的GnSGSNGGSNPLMNSGSN之間的接口；Gp則是不同的運(yùn)營商之間SGSN與GGSN相互連接的接口。GbBBS(PCU)SGSN之間相互通信的接口，負(fù)責(zé)將移動終端的分組數(shù)據(jù)經(jīng)由BBS傳輸?shù)絊GSN上。Gd接口：是SGSN與中心之間(其中包括SMS-GMSC和SGSN之間以及SMS-IWMSCSGSN之間)MAP指令實(shí)現(xiàn)分組業(yè)務(wù)信道中短消息的有Gr接口SGSNHLR之間的接口，通過MAP信息指令傳送用戶的準(zhǔn)位置坐標(biāo)以及相關(guān)數(shù)據(jù)Gs接口：SGSN與MSC/VLR之間的接口，工作采用的是BSSAP協(xié)議，一方面用以提高無線頻率的應(yīng)用率，一方面實(shí)現(xiàn)新的分組交換業(yè)務(wù)務(wù)與原始的電路交換業(yè)GcGGSNHLR之間的接口，用于獲得移動終端設(shè)備的位置坐標(biāo)GiGGSN與外部分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間的接口，根據(jù)不同類型的數(shù)據(jù)選Gf接口：是SGSN與EIR之間的接口，通過這個接口EIR當(dāng)中存放的相GPRS業(yè)務(wù)的安全傳輸能力以及能一般情況下，由于任何人、任何單位都能在不影響無線設(shè)備正常工作的前提下監(jiān)測以及發(fā)射無線電波，所以無線網(wǎng)絡(luò)沒有固定的可言。為了改變這種現(xiàn)狀，是無線網(wǎng)絡(luò)能夠這種性的加入，保證用戶的信息傳輸安全，原始的GSM網(wǎng)絡(luò)中定義了多種安保措施，新的GPRS網(wǎng)絡(luò)不但沿用了這些措施，還做出了一GPRS網(wǎng)絡(luò)在無線傳輸數(shù)據(jù)信息的過程當(dāng)中主要采用了數(shù)據(jù)分組加密以及矢量壓縮處理的方式。通信數(shù)據(jù)的正向和反向傳輸所采用的密鑰是不對稱不規(guī)則的模式，在數(shù)據(jù)傳輸過，數(shù)據(jù)發(fā)送端或者接收端每激活一次密鑰，移動數(shù)據(jù)中心就會自動的核對相應(yīng)的密鑰并對下次數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿荑€做一定的更新，在這個過，新的密鑰是數(shù)據(jù)中心隨機(jī)分配生成的，密鑰采用動態(tài)管理的模式，因此，用戶數(shù)據(jù)信息的安保能在大量數(shù)據(jù)的傳輸過，GPRS技術(shù)會選擇把完整的傳輸文件分割成若干個長度相同的數(shù)據(jù)段，然后在以段落為單位分別通過移動通信的技術(shù)傳輸?shù)侥康牡?，?shù)據(jù)全部到達(dá)目的地以后再講每個小段落合成恢復(fù)成完整的文件段落。在此過，為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，除了對整段?shù)據(jù)進(jìn)行分割以外，每個段落還會配備相應(yīng)的動態(tài)地址、密鑰、糾錯碼等其他信息來確保信息的順序。因此，即使不慎被截獲了某一個段落的數(shù)輸【1820。本章小本章詳細(xì)介紹了設(shè)計(jì)無線抄表系統(tǒng)需要用到的兩種技術(shù) 技術(shù) 技術(shù)。通過本章的介紹，認(rèn)真分析了兩種技術(shù)各自的優(yōu)缺點(diǎn)，最終確定22整個抄表系統(tǒng)在不同模塊對兩種技術(shù)的具體應(yīng)用方式近些年來，居民基礎(chǔ)建設(shè)發(fā)展迅速，獨(dú)立的獨(dú)立的四表（水表、、燃?xì)獗?、熱表?shù)量不斷增加。因此，四表數(shù)據(jù)的高效、準(zhǔn)確以及自動抄送是各個行業(yè)行業(yè)和相關(guān)單位迫切想解決的問題。隨著客戶數(shù)量的不斷增多，特別是一戶一表甚至一戶多表的推廣，各個部門數(shù)據(jù)抄送的工作量成倍增加，此外，為了響應(yīng)國家節(jié)能降耗保護(hù)環(huán)境的政策，各個行業(yè)部門都著巨大的壓力。如何利用當(dāng)前新興的先進(jìn)技術(shù)來整合公用事業(yè)資源，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗最大化，自動抄表無疑是最有效的技術(shù)之一。我設(shè)計(jì)的無線自動抄表系統(tǒng)，在局域內(nèi)使用短距離無線通信技術(shù)，廣域內(nèi)使用無線通信技術(shù)，能夠?yàn)橄到y(tǒng)的順利運(yùn)行提供比較穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)的無線網(wǎng)絡(luò)。企業(yè)可以實(shí)時監(jiān)測到每個表節(jié)點(diǎn)以及整個網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀況，方便日常的管理和后期的。同時，這種抄表方式大大提高了相關(guān)企業(yè)的工作效率，從根本上解放了一線工作人員，勞動強(qiáng)度降低，自動化水平大大提高，為企業(yè)創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)了管理的先進(jìn)性和高效性。系統(tǒng)需求作為一個完善的無線抄表系統(tǒng)，主要需要實(shí)現(xiàn)以下功能：搭建完整的無線抄表數(shù)進(jìn)行適的處理和理這些據(jù)；可自記錄所抄表有的操作，并到日志數(shù)據(jù)庫中。具體的功能特征如表3.1所示：3.1功能模 功能描軟GPRS

ZigBee自組網(wǎng)的功能，當(dāng)有新的節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)或者故障節(jié)點(diǎn)離開網(wǎng)據(jù)情況以及其他信息指標(biāo)做一定的檢測，保證集中器能有一個穩(wěn)定的33功能模 功能描

點(diǎn)抄

令對每個表節(jié)點(diǎn)編號，方便故障節(jié)點(diǎn)的檢測和新加入節(jié)點(diǎn)的管理。為整個抄表系統(tǒng)的中的多有的人工以及自動的操作都做了記錄并且在數(shù)3.2無線抄表系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方本文設(shè)計(jì)的無線抄表系統(tǒng)采用ZgBee無線網(wǎng)絡(luò)和GPRS網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，局域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部采用ZgBee短距離無線通信技術(shù)，廣域網(wǎng)絡(luò)采用GPRS無線通信技術(shù)。搭建的抄表網(wǎng)絡(luò)從系統(tǒng)構(gòu)架上基本分為五大部分：器模塊、中繼器模塊、集中器模塊、上位機(jī)模塊以及備用的手持終端模塊。無線抄表系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。系統(tǒng)的主要硬件設(shè)備如下(1)表節(jié)表節(jié)點(diǎn)是最基本的，也是最末端的設(shè)備，除了承擔(dān)必須的計(jì)數(shù)功能以外，表節(jié)點(diǎn)通過還ZgBee網(wǎng)絡(luò)與相互通信，將數(shù)據(jù)傳至。(2)器主要完成四表處理的工作，在系統(tǒng)中，器起到承上啟下的作用，一方面跟中繼器通信，向上行的中繼器傳送抄來的數(shù)據(jù)，另一方面跟表節(jié)點(diǎn)通信，從下行的表節(jié)點(diǎn)實(shí)時或定時的收集表數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，和管理。在ZgBee網(wǎng)絡(luò)中，是完整功能節(jié)點(diǎn)，具備路由能力。中繼中繼器是為了增強(qiáng)自動抄表網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性而加入到網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備，主要功能是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)子節(jié)點(diǎn)管理，它雖然不與任何計(jì)量儀表連接，但可休眠模塊中的數(shù)據(jù)。它安裝在特定的位置利用ZgBee網(wǎng)絡(luò)的路由能力，為不能直接通信的節(jié)點(diǎn)之間提供無線信號中繼功能，保證自動抄表網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定通暢，使得終端數(shù)據(jù)能夠順暢地傳送到集中器上。它還實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能，可并管理休眠模塊發(fā)送來的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到上層數(shù)據(jù)管理軟件。集中ZigBeeZigBee自動抄表網(wǎng)絡(luò)只有一ZigBee自動抄表網(wǎng)絡(luò)中所有儀表的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)通過GPRS傳輸?shù)絑igBee網(wǎng)絡(luò)之外，它也是ZigBee網(wǎng)絡(luò)與GPRS網(wǎng)絡(luò)的接口，完ZigBeeGPRS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，并將數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)。集中器屬于不休眠ZigBeeZigBee網(wǎng)絡(luò)的建立，同時具備33 網(wǎng)絡(luò)提供了雙向接口上位機(jī)通過特有的數(shù)據(jù)管理軟件完成對整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理工作，它為用戶和相關(guān)單位提供各自的表節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)界面，通過網(wǎng)絡(luò)ZigBee抄表網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)用控制器傳輸過來的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)處理、，并向控制器發(fā)出指令，設(shè)置參數(shù)。為用戶提供具體數(shù)據(jù)的查詢功能；并且能分析數(shù)據(jù)，產(chǎn)生具體的手持終端是整個系統(tǒng)的備用系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障不能正常完成抄表功能的時候，手持設(shè)備作為一種輔助抄表設(shè)備，為操作者提供可移動的能力，可以在小范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)儀表數(shù)據(jù)的手動抄收。同時，手持設(shè)備也是ZgBee抄表網(wǎng)絡(luò)調(diào)試安裝人員不可或缺的測試設(shè)備。本章小本章通過分析抄表系統(tǒng)的固有需求設(shè)計(jì)了基于ZigBee和GPRS的無線抄表系統(tǒng)的總體方案。整個抄表系統(tǒng)分為五大部分：器模塊、中繼器模塊、集中器模塊、上位機(jī)模塊以及備用的手持終端模塊。并且細(xì)分的介紹了每個模塊承擔(dān)的主要4無線抄表系統(tǒng)的硬件設(shè)抄表系統(tǒng)的基本無線通信表表表表上位通信線通數(shù)線通數(shù)線通GPRS線通信模集中基于ZigBee短距離無線通信技術(shù)與GPRS無線技術(shù)設(shè)計(jì)的無線抄表系統(tǒng)主要由表節(jié)點(diǎn)、器模塊、中繼器模塊、集中器模塊、上位機(jī)模塊以及備用的無線通信表表表表上位通信線通數(shù)線通數(shù)線通GPRS線通信模集中表表線通數(shù)中繼器 集中表表線通數(shù) 模塊及電路設(shè)ZigBee解決方在對比了現(xiàn)有的幾種ZigBee方案后，本設(shè)計(jì)最終選用了TI(德州儀器下屬的Chipcon公司生產(chǎn)的CC2430。它是的符合ZigBee技術(shù)規(guī)范的2.4GHz射頻系統(tǒng)單,它在過去Chipcon公司的CC2420的架構(gòu)基礎(chǔ)上做了一定的改進(jìn)，使得整個 在單個上整合了微控制器、 射頻(RF)前端以及內(nèi)存其中包44188051的內(nèi)核、可編程閃128KB8KBRAM，此還包A/D轉(zhuǎn)換器、幾個定時器、AES-128協(xié)同處理器、看門狗定時器、32kHz晶振的休眠模式定時器、上電復(fù)位電路、掉電檢測電路，以及21個可編程I/O引腳。CC2430ChipconSmartRF030.18umCMOS工藝制成，只需極少外部元器件，在正常工作時的流耗僅有27mA性能穩(wěn)定、功耗極低。ZigBee網(wǎng)絡(luò)中IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)對選擇性和敏感性指數(shù)要求極高，查重CC2430模塊的選擇性以及敏感性都在標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議之上，絕對可以確保短距離無線通信的數(shù)據(jù)能有效、可靠的傳輸。而且短距離無線通信設(shè)備在數(shù)據(jù)傳輸過的最高傳輸率可以達(dá)到250kbps，很容易就能實(shí)現(xiàn)多個節(jié)點(diǎn)的快速組網(wǎng)功能【21-27。CC2430的休眠模式和轉(zhuǎn)換到主動模式的超短時間的特性，特別適合那些要求電池非常長的應(yīng)用。CC2430還具有以下優(yōu)點(diǎn)80512.4GHzRFZigBee的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議IEEE802.15.4168位。此外，它還帶有能同時支持好幾組不同協(xié)議的USART,以及一個含有ZigBee的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議規(guī)范的MAC計(jì)時器。③對支持頻段較強(qiáng)的能力以及對無線信號接受的良好靈敏度0.9μARTC能喚醒系統(tǒng);在待機(jī)模式時少于0.6μA的流耗，外部的中斷能喚醒系統(tǒng)。CSMA/CA⑥較寬的電壓范圍（2.0～3.6VRSSI/LQIDMA14ADC和AES通過上面對CC2430的具體分析，對照本系統(tǒng)，主要考慮到經(jīng)濟(jì)實(shí)用性，開發(fā)和Chipcon公司的CC2430【31-38?；贑C2430的硬件電路設(shè)CC2430單電路設(shè)計(jì)簡單，對外部元器件的需求量少，只需要很簡單的外圍電路設(shè)計(jì)就可以實(shí)現(xiàn)無線信號的數(shù)據(jù)傳輸能力。CC2430典型電路設(shè)計(jì)如圖4.2在圖4.2的右半部分是CC2430經(jīng)典電路中的非平衡天線電路，整個電路中的非平衡變壓器由一個電容C27,三個電感L4、L9、L10，以及微波傳輸線PCB組成。在電路中使用這個非平衡變壓器的原因是它能使得天線的各方面性能更優(yōu)。電路中天線的射RF端輸入/50歐是手冊中的硬性要求。電路中有兩個晶振電路：32MHz32.768kHz低頻晶振電路。高頻晶振電路主要包括如圖所示的32MHz石英諧振器X3以及兩個電容C35、C36組成；低頻晶振電路主要包括如圖所示的32.768kHz石英諧振器X5以及兩個電容C3、C21組成。由于CC2430有休眠的功能，所以不同狀態(tài)需要配合不同頻率的晶振電路工作，當(dāng)CC2430處于休眠狀態(tài)時，電路就會自動關(guān)閉高頻的晶振以達(dá)到降低和系統(tǒng)功耗的作用，此時，低頻晶振就會進(jìn)入工作狀態(tài)，保證系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)并且等待外部中斷將系統(tǒng)從休眠模式喚醒。1.8V電壓供電的引腳和內(nèi)部電源供電，在電路中，電C19、C20、C23、C25C39 模塊及電路設(shè)GPRS模塊解決44GPRSGPRS模塊是公司的SIM900A模塊SIM900A采用了功能強(qiáng)大的ARM926EJ-S處理器，是一個2GSM/GPRSEGSM900MHzDCS1800MHz。SIM900AGPRSmulti-slotclass10/class8GPRSCS-1,CS-2,CS-3andCS-4。由于尺寸只有24mmx24mmx3mm，所以SIM900A幾乎可以滿足所有用戶應(yīng)用中的對空間尺寸的要求，例如M2M，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)等。模塊和用戶移動應(yīng)用的物理接口68SIM900A采用省電技術(shù)設(shè)計(jì)，所以在SLEEP1.0mASIM900A內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議，TCP/IPATTCP/IP協(xié)議，這些在用戶做數(shù)據(jù)傳輸方除此之外，SIM900A還有一些其他特性，如表4.1表4.1SIM900A主要特特 說 GSM類型 受限工作溫度：-40℃到-30℃，+80℃到+85℃ GPRS42.8編碼格式：CS-1，CS-2，CS-3CS-短消息

TCP/IPCSD：2.4，4.8，9.6，14.4MT，MO，CB，Text和PDU模式短消息（SMS）設(shè)備：SIM卡 Group3Class1SIM卡接口 管 支持類型SATclass3,GSM11.14特 說實(shí)時時鐘（RTC）支持定時功 通過AT命令設(shè)軟件升 SIM900A模塊主要由GSM射頻模塊、GSM基帶處理器、供電模塊(ASIC)，閃存、天線接口以及其他的輔助功能接口組成，如圖4.3所示。綜上所述 性能穩(wěn)定，外觀小巧，性價比高，能滿足本系統(tǒng)的工作需求基于SIM900A模塊的電路設(shè)GPRS模塊是基于移動或者的數(shù)據(jù)流量業(yè)務(wù)，把整個系統(tǒng)到得數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，也就是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，用來完成數(shù)據(jù)的傳抄以及控制管理功能。為了使系統(tǒng)中的每個模塊都能獨(dú)立工作并且不影響整個系統(tǒng)的運(yùn)行速度和質(zhì)量，本設(shè)計(jì)將SIM900A模塊做成單獨(dú)的工作系統(tǒng)，獨(dú)立完成數(shù)據(jù)的接收及發(fā)送，GPRS模塊具體的外圍電路設(shè)計(jì)如圖4.4所示。SIM900A采用VBAT為3.4V到4.5V的單電源供電。在一些情況下，信號傳輸?shù)拟Оl(fā)會導(dǎo)致電壓跌落，這時電流損耗的峰值會達(dá)到2A。因此，電源必須能提供足夠到2A的電流。為了滿足以上電源特性要求，本選用XMA15-WD05P05PG開關(guān)電源作為集中器的供電模塊，該產(chǎn)品具有輸入電壓范圍寬交直兩用，高效率、高可靠性、低功耗、安全等優(yōu)點(diǎn)，足以滿足GPRS數(shù)據(jù)發(fā)送時所引起的電流突變電源特性需44求；此外，它還具有低紋波噪聲、高功率密度、輸出過載及短路保護(hù)等特點(diǎn)。XMA15-WD05P05PG具有5V輸出，分別能提供0.5A和2.5A電流，5V/2.5A輸出端口經(jīng)過兩個并聯(lián)的1N4007降壓,作為GPRS模塊的供電電源。圖4.4SIM900A電路根據(jù)本的設(shè)計(jì)需求，GPRS模塊的電源可通過主控和繼電器控制，當(dāng)GPRS模塊工作不正?；蛘咂渌枰_關(guān)機(jī)模塊的情況下，可以通過單片機(jī)控制模塊SIMSIM900A模塊支持1.8V3.0VSIM的卡。SIM卡的接口電平由模塊內(nèi)部的電壓串在I/O22歐電阻用于匹配模塊和SIMSIMDATA已再模塊內(nèi)部上拉，并聯(lián)的22pF電容能濾除信號中的雜波，防止高頻干擾，SIMVCC并聯(lián)100nF電容，以穩(wěn)定電源輸出，減小紋波，在PCB布局時，SIM需盡量靠近模塊，增加SIM卡電路的穩(wěn)定性。SIM900A的串口信號線包括數(shù)據(jù)信號線TXDRXD，狀態(tài)信號線以及控制信號線，數(shù)據(jù)信號線和單片機(jī)的串口1相連，由于GPRS模塊的串口電平為2.8V，單片機(jī)的串口電平為3.3V，因此需要串接電阻進(jìn)行匹配，電阻的阻值選用300歐，實(shí)際使用過根據(jù)效果對該阻值進(jìn)行調(diào)整，另外根據(jù)本系統(tǒng)的實(shí)際需求連接模塊的RTS、CTS、DSR、DTR信號線至單片機(jī)的I/O口，在軟件的調(diào)試中使用。集中器硬件電路一個ZigBeeZigBee自動抄表網(wǎng)絡(luò)中所有儀表的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)通過GPRS傳輸?shù)絑igBee網(wǎng)絡(luò)之外，集中ZigBeeGPRSZigBeeGPRS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，它屬于不休眠節(jié)點(diǎn)，能夠負(fù)責(zé)整個Zigbee網(wǎng)絡(luò)的建立，同時具備路由能力，在網(wǎng)絡(luò)建立成功之后，集中器是外界與整個網(wǎng)絡(luò)通的的網(wǎng)關(guān)，為外界Zigbee網(wǎng)絡(luò)提供了雙集中器主要由GPRS無線通信模塊、ZigBee無線通信模塊、數(shù)據(jù)模塊、微處理器、電源模塊以、復(fù)位模塊以及時鐘模塊組成，具體硬件框圖如圖4.5所示。主控電路設(shè)MSP430F249單片機(jī)是德州儀器(TI)推出的一款16位超低功耗RISC結(jié)構(gòu)的混合信號處理器，超低功耗在1.8～3.6V電壓，具有豐富的尋址方式、簡潔的指令、大量的寄存器及RAM8MHz晶體下運(yùn)算能力達(dá)IMIPS。該單片機(jī)具備代碼保護(hù)FLASH型程序器，提供JTAG接口，程序代碼可以方便的寫入和擦除，能實(shí)現(xiàn)調(diào)試仿真功能；具有安全熔絲，可以很好的保護(hù)程序代碼。這些特點(diǎn)使該單片機(jī)采用C語言開發(fā)仍然具有很高的效率。MSP430F249單片機(jī)的片內(nèi)外設(shè)資源豐富，具備兩個通用串行同步/異步通通44口：USART0和USARTl，它們具有相同的功能，但是用不同的引腳通信，具有不同的寄存器控制模塊，相同功能的寄存器具有不同的地址。集中器使USART0和ZigBee模塊連接，使用USART1連接GPRS通信模塊，這串行接口都工作在異步通信模式。LED發(fā)光二系統(tǒng)中包含一個按鍵，用于和設(shè)置集中器參數(shù)時設(shè)定，具體電路如圖4.6所示。集中器電源集中器電源電路需保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，滿足GPRS模塊的大電流參數(shù)需求，電源模塊采用XMA15-WD05P05PG開關(guān)電源，電源5V/2.5A輸出端作為系統(tǒng)的電源輸出，經(jīng)過兩級并聯(lián)的1N4007降壓,作為GPRS模塊的供電電源，增加1個10000uF的電解電容，保證在電源電壓在GPRS模塊消耗大電流時穩(wěn)定輸出，采用RH5RE33AA為5V電源降壓至3.3V，作為單片機(jī)和ZigBee模塊的工作電源。為保證系統(tǒng)市電斷電狀態(tài)下能夠穩(wěn)定運(yùn)行24小時以上，鋰電池容量選用鋰電池的充電管理選取TI的電源管理BQ24092，該電路簡單，并能有效指示充電的狀態(tài)，具體電路如圖4.7所示：4.7時鐘電路為確保系統(tǒng)時間的準(zhǔn)確性，并能使系統(tǒng)時間在集中器斷電的情況下正常運(yùn)行，本系統(tǒng)使用Epson 公司的RX8025時鐘模塊為系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的時間。該模塊是內(nèi)置高精度頻率調(diào)整的32.768kHz水晶振子的IIC總線接口方式的實(shí)時計(jì)時器,相當(dāng)于每月只有13秒的偏差。它可以同過簡單的串口方式跟單片機(jī)通信，除了具有6種發(fā)生中斷功能、2個系統(tǒng)的鬧鐘功能、對內(nèi)部數(shù)據(jù)進(jìn)行有效無效判定的振動停止檢測功能、電源電壓監(jiān)視功能等外，還配有時鐘精度調(diào)整功能，可以對時鐘進(jìn)行任意精度調(diào)整。內(nèi)部振蕩回路是以固定電壓驅(qū)動，因而可獲得受電壓變動影響小且穩(wěn)定的32.768kHz時鐘輸出。時鐘在具體的計(jì)時過可以根據(jù)AM/PM的指令決定選擇采用12小時制還是24小時制，而且時鐘顯示的實(shí)時時間是一直細(xì)化到具體的年、月、日、時、分、秒的。此外，它能自（可以選擇檢測電壓閾值、停止檢測功能以及加電重設(shè)檢測功能。此外，功耗較低，低消耗電流僅0.48μA/3.0V。44RX8025與單片機(jī)之間通過IIC總線進(jìn)行通信，僅需用到數(shù)據(jù)線I/O，和串行時鐘SCLK，R12、R13為10K上拉電阻，保證單片機(jī)能夠準(zhǔn)確時鐘。RX8025主要用于記錄集中器的抄表時間，另外為系統(tǒng)的有序運(yùn)行提供基準(zhǔn)時鐘。為保證RX8025穩(wěn)系統(tǒng)有外接電源時，RX80253.3V電源運(yùn)行，當(dāng)系統(tǒng)斷電時，3V備用電池能夠保證RX8025穩(wěn)定運(yùn)行。時鐘硬件電路如圖4.8所示。數(shù)據(jù)電路設(shè)本方案中，集中器不僅具有實(shí)時響應(yīng)上位機(jī)抄表命令的功能，另外具有定時抄表功能，為保證定時抄表的數(shù)據(jù)能有有效保存，本方案選用AT24C512，在數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中，特別是對數(shù)據(jù)容量要求較大的系統(tǒng)，AT24C512串行大容量器（EEPROM）的廣泛使用，使產(chǎn)品開發(fā)的硬件成本、功耗、體積大大AT24C512有如下三種工作電壓：5V、2.7V1.8V64k*8存儲單元，可保存一千多條表結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。符合雙向數(shù)據(jù)傳送IIC協(xié)議，具有軟硬件雙重保護(hù)功能：硬件寫保護(hù)以及軟件數(shù)據(jù)保護(hù)。的讀寫模式是按頁（每頁含128個字節(jié)）或者按字節(jié)。AT24C512一共有八個引腳。其中A0和A1端口是地址選擇輸入端。在串行總線的結(jié)構(gòu)當(dāng)中，如果需要連接多個的時候，可以用A0和A1端口來區(qū)分具體是哪個；此外還有串行時鐘輸入SCL端，一般情況下，在SCL的上升沿將數(shù)據(jù)寫入器，而在SCL的下降沿則從器讀出數(shù)據(jù)；SDA端口是雙向串行數(shù)據(jù)輸入輸出口，主要是實(shí)現(xiàn)器與單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換功能；寫保護(hù)輸入WP端，當(dāng)WP端口接地時，允許寫操作，WP端口與VCC相連時，所有的寫器都被,如果WP懸空不接，此管腳就在內(nèi)部下拉到地。具體的電路如圖4.9圖4.9數(shù)據(jù)模塊硬件電傳輸終端硬件傳輸終端由兩部分組成：器和中繼器主要完成四表處理的工作，使用市電進(jìn)行供電，屬于不休眠模塊，是ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的簡單功能節(jié)點(diǎn)。中繼器是為了增強(qiáng)自動抄表網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性而加入到網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備，它安裝在特定的位置，利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由能力，為不能直接通信的節(jié)點(diǎn)之間提供無線信號中繼功能，保證器和集中器之間數(shù)據(jù)的傳送。它除了不含有跟表結(jié)點(diǎn)的通信模塊以外，其他的硬件結(jié)構(gòu)與器一致。為方便有效表結(jié)點(diǎn)的信息，器表節(jié)點(diǎn)信息采用兩種方法兼容的方式:RS485總線模式和CC1100E短距離無線通信模式。因此，在實(shí)際的使用過結(jié)合現(xiàn)場的實(shí)際情況選用適合的方案。所以模塊主要由主控CC2430（MCU+RFCC100復(fù)位模塊以及時鐘模塊組成，具體硬件框圖如圖4.10所示。44圖4.10器硬件框CC1100無線通信模塊設(shè)計(jì)CC1100E是一款Sub-Ghz高性能射頻收發(fā)器，是專門為低功耗無線應(yīng)用而設(shè)計(jì)的,是一種低成本真正單片的特高頻UHF收發(fā)器。電路只要應(yīng)用在兩個大的方面：其中一類是適合于工業(yè)、科學(xué)以及醫(yī)學(xué)的頻段，主要包315MHz、433MHz、868MHz以及915MHz。另一類是適用于短距離無線通信設(shè)備的SRD頻段。此外，它外部功能簡單易用，可以很容易的設(shè)置為工作所需要的頻段，特別適用于本系統(tǒng)中100~350M短距離無線通信設(shè)備的應(yīng)用【28。CC1100的射頻端集成了一個高性能的調(diào)制解調(diào)器，它可以在比較大的范圍內(nèi)自由配置參數(shù)，它支持很多不同的調(diào)試解調(diào)格式，最高傳輸速率可以大到500kbps。此外，調(diào)制解調(diào)器集成了誤差校驗(yàn)?zāi)K，可以對錢箱誤差進(jìn)行精準(zhǔn)的校驗(yàn)，使得整個模CC1100電路簡單，可提供對數(shù)據(jù)處理，信道指示，無線喚醒多種硬件技術(shù)的支持。具作參數(shù)的配置以及數(shù)據(jù)抄送傳輸?shù)牟僮鞫际峭ㄟ^SPI口來控和CSn對CC1100E進(jìn)行配置，此時CC1100E為從屬器件，該接口還可以用于和寫入緩沖數(shù)據(jù)。SPI接口上的所有數(shù)據(jù)傳輸均以最開始，在SPI總線上傳輸數(shù)據(jù)期間，CSn引腳必須保持低電平，如果CSn電平升高，那么傳輸就會被取消。CC1100E具有二個的可配置引腳GDO0和GDO2通過配置這兩個引腳用來對CC2430產(chǎn)生中斷，CC2430進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)收發(fā)處理。具體的應(yīng)用電路如圖4.11所示。RS485通信模塊RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發(fā)200mV的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復(fù)。本系統(tǒng)中使用MAX485，通過CC2430的USART0來完成表結(jié)點(diǎn)與的通信。MAX485的額定工作電流為300μA，標(biāo)準(zhǔn)工作電源為5V，采用的通訊方式RS-485TTL電平相互轉(zhuǎn)化的功能，在本系統(tǒng)中主要是將TTL轉(zhuǎn)化為RS-485。MAX485的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳功能都非常簡單,容易上手，它內(nèi)部含有一個驅(qū)動器以及一個。RO和DI端分別為的輸出和驅(qū)動器的輸入端，分別與CC2430RXDTXDREDERE為邏0DE1CC2430P0.4485電路對系統(tǒng)造成干擾或者接收信號時高壓脈沖燒壞單片機(jī)串口，因此使用光耦TP521-1對信號進(jìn)行，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。485通信模塊的具體電路如圖4.12所示：44電源模塊為減少用戶在使用該方案中前期施工的工作量，電源部分采用高能鋰離子電池供電，電池輸出電壓為7.2V1N5817對鋰電池輸出電壓穩(wěn)壓，通過RH5RE33AA穩(wěn)壓后得到3.3V電壓，作為CC2430、時鐘和的工作電壓，通過RH5R50AA降電壓降至5V作為MAX485的工作電壓。電源電路如圖4.13所示。由于節(jié)點(diǎn)為休眠模塊，因此，節(jié)點(diǎn)使用高能鋰離子電池的工作時間可以長達(dá)五年以上，該方案不僅解決了使流電在施工過的取電和電費(fèi)的結(jié)算問題，也使得ZigBee節(jié)點(diǎn)的部署更加方便和靈活本章小ZigBee短距離無線通信模塊和GPRS無線通信模塊電路的設(shè)計(jì)，最后按照系統(tǒng)構(gòu)成對集中器模塊以555無線抄表系統(tǒng)的軟件設(shè)本系統(tǒng)結(jié)合GPRS和ZigBee技術(shù)，具備命令控制、自動組建網(wǎng)絡(luò)、集中器定時抄表、上位機(jī)自動抄表等功能，基于以上功能，軟件部分的設(shè)計(jì)主要包括集中器、中繼器和的軟件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)采用C語言作為開發(fā)工具,軟件開發(fā)環(huán)境為MSP430開發(fā)軟件IAR集成開發(fā)環(huán)境,包括IAR嵌入式工作臺(embeddedworkbench)和C-SPY調(diào)試5.1無線抄表數(shù)據(jù)協(xié)議格無線數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議是我們通過大量實(shí)踐及查看抄表規(guī)約，根據(jù)自身需要制定的，本系統(tǒng)協(xié)議定義了GPRS網(wǎng)絡(luò)連接協(xié)議、ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)以及抄表協(xié)議等，GPRS集中器GPRS網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)據(jù)幀起始字節(jié) 個字節(jié)，數(shù)據(jù)幀起始標(biāo)識，固定為設(shè)備地址：2個字節(jié)，集中器的物理地址，為設(shè)定于集中器軟件中標(biāo)識集中器設(shè)控制碼 個字節(jié) 為集中器發(fā)送的請求幀 為上位機(jī)發(fā)送的應(yīng)答幀識數(shù)據(jù)標(biāo)識 個字節(jié)，區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)類型，請求連接數(shù)據(jù)位0x55AA，定時握手信號0x66BB，上GPRS網(wǎng)絡(luò)信數(shù)據(jù)域：通信協(xié)議中攜帶的有效信息，2個字節(jié)；1個字節(jié)，0x18；讀寫命令幀用于通過下發(fā)命令參數(shù)的數(shù)值。命令以廣播的形起始字節(jié)：20x68BB；設(shè)備地址：2個字節(jié)，終端設(shè)備號的固定地址控制碼：1個字節(jié)，0x01代表數(shù)據(jù)幀為讀命令，0x02代表數(shù)據(jù)為寫命令，0x81表數(shù)據(jù)幀為應(yīng)答數(shù)據(jù)標(biāo)識 個字節(jié)，區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)類型0x01，終端數(shù)據(jù)0x11，采樣節(jié)點(diǎn)0x12，采樣節(jié)點(diǎn)電壓0x13，采樣工作狀態(tài)數(shù)據(jù)域長度：數(shù)據(jù)包含信息長度，命令幀為0；應(yīng)答幀根據(jù)數(shù)據(jù)標(biāo)識不同，數(shù)據(jù)域長度不同，1個字節(jié)數(shù)據(jù)域：通信協(xié)議中攜帶的結(jié)束符：數(shù)據(jù)幀結(jié)束標(biāo)識，固定為1個字終端節(jié)點(diǎn)返回應(yīng)答幀時數(shù)據(jù)域的具體數(shù)據(jù)信息：使用總量 個字節(jié)，剩余金額個字節(jié)，儀表工作狀態(tài) 個字節(jié)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)幀動態(tài)路由：轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)標(biāo)識，2個字節(jié)；目標(biāo)路由：目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的地址，2個字節(jié)；數(shù)據(jù)域長度：數(shù)據(jù)幀攜帶令的長度；結(jié)束符：固定為0x18.本系統(tǒng)的軟件協(xié)議設(shè)計(jì)考慮了自動抄表系統(tǒng)中的重要協(xié)議及一般應(yīng)用功能，鑒于對自動抄表的功能需求在未來將會越來越多，越來越全面，本系統(tǒng)協(xié)議可進(jìn)行升級。軟件開發(fā)IARSystem是全球領(lǐng)先的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工具和服務(wù)的供應(yīng)商。公司成立至今已C/C++編譯器和調(diào)試器的集成開發(fā)環(huán)境（IDE、實(shí)時操作系統(tǒng)和中間件、開發(fā)套件、硬件仿真器以及狀態(tài)機(jī)建模工具。國內(nèi)普及的MSP430的開發(fā)軟件并不多，主要IAREW430（EmbeddedWorkbenchforMSP430）和AQ430。IAREmbeddedWorkbench提供一個嵌入式開發(fā)的完整集成環(huán)境。一整套的嵌入式開發(fā)環(huán)境，包括編輯、編譯、連接、調(diào)試軟件，主要支持8到16位處理器。集成的編55譯器主要產(chǎn)品特征：高效PROMable代碼、完全標(biāo)準(zhǔn)C兼容、內(nèi)建對應(yīng)的程序速度和大小優(yōu)化器、目標(biāo)特性擴(kuò)充、版本控制和擴(kuò)展工具支持良好便捷的中斷處理和模擬、瓶頸性能分析、高效浮點(diǎn)支持、內(nèi)存模式選擇、工相對路徑支持。IAREW430軟件提供了工程管理，程序編輯，代碼，調(diào)試等所有功能。并且軟件界面和操作方法簡單。本文根據(jù)具體的調(diào)試選用不同的IAR版本【39-42。主模塊程序設(shè)集中器軟件集中器作為ZgBee網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)之間的橋梁，能通過GPRS模塊接收并處理上位機(jī)發(fā)送令，作為ZgBee網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)調(diào)器，其具備組建ZgBee網(wǎng)絡(luò)的功能，并能夠管理網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)；作為上位機(jī)自動抄表功能的補(bǔ)償，在上位機(jī)為發(fā)送抄表命令時，集中器可以定時抄表并到的表節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，由于路由節(jié)點(diǎn)和 節(jié)點(diǎn)都屬休眠模塊，因此集中器在發(fā)送數(shù)據(jù)幀之前都需要先發(fā)送激活碼，保證其周圍的ZgBee節(jié)點(diǎn)進(jìn)入激活狀態(tài)，在上位機(jī)發(fā)送抄表命令時，集中器可以迅速的將的表節(jié)點(diǎn)信息上傳至上位機(jī)，縮短了系統(tǒng)的響應(yīng)時間。集中器上電主程序運(yùn)行，軟件先配置集中器工作的相關(guān)工作參數(shù)，包括定時器、串口通信參數(shù)及其他模塊的工作參數(shù)，進(jìn)入主循環(huán)后控制GPRS模塊連接至預(yù)設(shè)的服務(wù)器，為保證GPRS模塊與上位機(jī)的有效連接，單片機(jī)需定通過GPRS模塊向上位機(jī)發(fā)送握手信號，在握手失敗時及時重新與上位機(jī)進(jìn)行GPRS通信連接。軟件需及時處理來自GPRS模塊的串口中斷信息，對于集中器本身的操作信息，執(zhí)行完操作命令后向上位機(jī)返回應(yīng)答幀，接收到抄表命令或者網(wǎng)絡(luò)命令時，將命令通過串口發(fā)送至ZigBee模塊，通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)完成對對應(yīng)命令操作，串口接收到ZigBee網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)應(yīng)答數(shù)據(jù)后，再通過GPRS模塊傳送至服務(wù)器。模塊集中器的軟件流程圖如圖5.1所示：開開NGPRS連接成功YNN網(wǎng)絡(luò)組建成功NYYY結(jié)轉(zhuǎn)發(fā)應(yīng)答/凍結(jié)數(shù)返回錯誤信發(fā)送組網(wǎng)命收到ZigBee收到抄表命令/定時抄發(fā)送GPRS握手GPRS握手建立GPRS返回網(wǎng)絡(luò)信中繼器軟件絡(luò)深度拓展，中繼器即是網(wǎng)絡(luò)的子節(jié)點(diǎn)，又是網(wǎng)絡(luò)終端的父節(jié)點(diǎn)，需要先加入信息和網(wǎng)絡(luò)信息，當(dāng)中繼器接收到父親節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)命令時，根據(jù)命令信息將器；當(dāng)中繼器