无线电力抄表系统的传输中继站设计

摘要：提出一种无线电力抄表系统传输中继站的设计，简要介绍了集中器和采集终端，着重阐述数据传输中继电路部分。通过CC1110芯片设计了无线中继模块的硬件电路和智能电表接口电路。在分析抄表系统网络拓扑结构的基础上，参考现行的几种路由协议，通过改进的DSR路由协议，很好地解决了无线电力抄表系统中的数据传输中继问题。
关键词：无线抄表；自组网；CC1110；传输中继

引言
无线抄表技术是基于微功率、短距离、智能化的无线通信技术，通过采用高度集成的SoC或者利用微控制器及无线射频芯片，结合少量的外围器件构成无线电力抄表的专用或通用模块。单跳星型网络是目前无线抄表采用最多的拓扑结构，但其存在通信距离有限、只能在中心节点覆盖范围内通信、网络容量小的缺点。本文提出一种基于CC1110的无线抄表中继方法，其通信质量好，经济适用，通过应用改进的DSR路由协议可以提高无线链路的吞吐率及传输可靠性，并且增加系统的覆盖范围和鲁棒性，可更好地应用于电力自动化系统。

1 系统总体结构
无线抄表系统由下行终端设备(包括无线收发器和智能电表)、数据集中器上行终端(系统主站)构成。当智能电表在集中器覆盖范围之外时，需要借助其他无线节点实现多跳传输。设计将无线节点内嵌到电表中，与电表外设通信接口相连接，通过MCU与射频模块实现数据的采集、存储及转发等操作。无线节点是整个系统的通信桥梁，在实现中继传输过程中起到关键作用。系统基本组成如图1所示。

集中器和各终端设备自行组织网络，通过无线节点进行数据传输和中继。集中器负责网络的建立和维护，其同时具有路由功能以进行抄表数据的上传和各节点的抄收工作。下行终端设备与集中器、系统主站之间建立一个无线数据通信信道。
具体实现过程：设备连接时，先进行初始化工作，保证网络中每个节点都能成功加入网络。当需要进行电表数据采集时，系统主站首先通过光纤或GPRS网络传送抄表命令到集中器，集中器收到命令后，根据网络初始化时建立的路由信息，以轮询的方式向每个对应节点发送抄表命令。无线节点采用有线方式连接到智能电表，当收到来自集中器的抄表命令后，读取电表数据，并根据规定好的通信协议对数据进行处理，转换为适合在网络中传输的格式。之后根据改进的DSR路由中继算法，寻找最优路径，通过无线节点或直接发送给集中器，再由集中器通过GPRS网络或光纤传送给系统主站。

2 无线中继节点的硬件设计
中继节点模块实现无线电表的网络功能，智能电表通过这个模块实现与集中器和其他无线节点的数据交换。当集中器覆盖范围内的智能电表收到抄表命令时，通过无线节点直接上报电表数据，而在覆盖范围外的智能电表则需要其他无线节点进行接力传输。其模块构成如图2所示。