一种ZigBee电力无线抄表数据收发终端设计

摘要：为了解决ZigBee无线抄表系统数据采集发送集成度不高、设备繁琐等问题，通过对ZigBee无线标准协议的研究和对当前无线抄表系统实现过程的分析，设计出一种基于ZigBee的电表数据收发终端。该终端主要是将MCU系统和RF CC2430无线射频芯片相结合，包括数据接收、无线数据发送和电源三个硬件电路部分，完成对电表数据的接收和无线发送，重点阐述该终端节点的硬件结构设计和软件设计流程。通过对其在无线抄表系统中检测，接收发送数据稳定可靠。实践表明，该终端可作为一个通用模块应用到其他无线收发系统中，具有很强的实用性和可移植性的特点。
关键词：ZigBee；ATmega64L；CC2430；无线抄表；RS 485

0 引言
随着无线网络的不断兴起，由于无线网络技术极大的优越性，使得越来越多的行业有线产品和技术被无线替代，在我国，自动无线抄表技术(AMR)作为一种新型的抄表技术，具有易操作，成本低，不入户等优点，ZigBee作为一种新兴的无线网络技术，具有功耗低、速率低、可靠性高、保密性强等特点，同时工作于国际免费频段，相比其他无线技术的较高网络费用，大大降低了成本，很适合应用于自动无线抄表系统中。本文所设计终端是无线抄表中的重要一部分，数据收集主要采用RS 485总线和MCU控制模块，无线发送部分采用ZigBee无线通信模块。

1 ZigBee协议分析
ZigBee协议栈依次从最底层开始由物理层、数据链路层、网络层和应用层组成，其中物理层和数据链路层由IEEE 802．15．4工作组制定，网络层和应用层(APL)由ZigBee联盟制定。物理层定义了3种流量等级：当频率采用868 MHz时，提供20 Kb／s的传输速率；当采用915MHz时，提供40 Kb／s的传输速率；当采用2．4 GHz时，能够提供250 Kb／s的传输速率，在我国采用的是这种免费频段。数据链路层可分为逻辑链路控制子层(LLC)和介质访问控制子层(MAC)，其功能包括数据包的分段与重组，数据包的顺序传输，无线链路的建立、维护和拆除，确认模式的帧传送和接收，信道接入控制、帧校验、预留时隙管理和广播信息管理等。网络层的功能包括拓扑管理、MAC管理、路由管理和安全管理。应用层是协议栈的最上层定义了各种类型的应用业务。该系统中主要涉及ZigBee网路中数据采集终端节点的设计，也可作为网络路由器应用。

2 无线抄表数据收发终端总体设计
RS 485总线具有很强的抗共模干扰能力，可以进行多点和双向通信，允许在一对双绞线上驱动一个或多个设备，这样就可以实现一个收发器管理多个用户电表。基于RS 485总线电表简单易操作，成本低，市场上很多都是采用RS 485智能电表，该系统可以广泛应用。无线Zig-Bee模块通过SPI接口接收来自微控制器系统的数据信号，将数据信号发送出去。
无线抄表数据收发终端在整个抄表系统中扮演的是路由和终端的角色，是一种全功能设备FFD(Full Function Device)。该系统总体设计思路是：通过RS 485总线将电表数据收集，然后通过MCU电路处理，通过RS 232，SPI接口发送到ZigBee无线通信模，块，最后利用无线通信模块发送到路由器节点或网络协调器。系统的总体结构如图1所示。