基于ZigBee的远程电力抄表数据采集器设计

摘要：为设计一种安装维护方便，低功耗和数据通信可靠的数据采集终端，根据无线技术发展，提出一种基于无线传感器网络的远程电力数据采集器设计方案，AVR作为整个系统的核心控制器，负责对采集的电量数据进行处理，并进行智能控制，利用ZigBee短距离无线通信技术进行数据传输，大大减少了工程的布线复杂度，提高了数据通信的可靠性，降低了功耗。试验结果表明，终端工作可靠、正常。
关键词：无线传感器网络；数据采集器；ZigBee；低功耗

0 引言
电量计量与抄收是现代电力营销系统的一个重要环节。传统的电量管理采用人工方式进行抄收和结算，具有一致性差，管理难度大等问题。由于电表分布点多、面广、环境复杂等特点，自动抄表系统一直难以实用化，其中的主要原因是缺少实用、可靠、廉价的数据传输手段和抄表终端。
基于以上原因，设计一种安装维护方便、长期稳定可靠，不但可以抄读表具数据而且可以监控表具运行状态的远程抄表数据终端，已经成为业内亟待解决的问题。本文给出了一种基于ZigBee技术的远程自动抄表数据终端，通信质量好、工作可靠、经济实用，可以准确及时地将用户电能表数据抄取上传，是一种理想的自动抄表解决方案。

1 远程电力抄表系统整体框架设计
系统运行时，首先通过电能表的RS 485总线数据接口传输给采集器。采集器巡检各表RS 485总线数据进行处理或计数，并将结果存储。采集器与集中器的通信采用ZigBee无线通信模块，采集器平时处于接收状态，当接收到集中器的操作指令时，按照指令内容操作，将本采集器有关数据通过无线通信模块送至集中器。集中器可以定时或实时地对下辖的采集器进行数据抄收，并进行存储。当上级设备——计算机调用数据时，则将所存储的数据打包送上。管理中心计算机可以对集中器，并通过集中器对采集终端进行各种操作。系统整体框架设计图如图1所示。

2 数据采集器节点的硬件设计
2．1 数据采集器硬件框图
如图2所示，数据采集器模块中选用ATmega 1281单片机为数据处理单元，采用与ZigBee／IEEE 802．15．4兼容的无线射频收发芯片AT86RF230设计数据传输单元，数据采集单元采用RS 485总线技术巡检各电能表，并连接LCD1602和DS1302显示各电能表耗能数值和采集时间。本方案设计的数据采集器终端的下行通道采用RS 485总线与多台电表连接，用于电表的数据采集和通断电控制，上行通信采用ZigBee无线传感器网络技术，通过网络与数据集中器进行数据交互实现电表数据的远传。

2．2 微控制器与无线射频收发芯片的电路设计
无线射频收发芯片选用基于ZigBee／IEEE 802．15．4设计的低功耗2．4 GHz无线收发芯片AT86RF230。如图3所示，ATmega1281通过4个SPI总线接口以及其他4条控制线与AT86RF230进行通信，在AT86RF230上电容C1和C2用于去直流偏置，CB2和CB4为供电电源的去耦合电容，CB1和CB3为电压调节器的负载电容，可以在低电压时保证芯片工作稳定，晶振XTAL与负载电容CX1和CX2构成晶振电路。微控制器通过SPI接口编程控制寄存器，同时完成与AT86RF230的数据交换。