基于Zigbee 無線傳感器網絡的遠程抄表設計

文/黃定懿

隨著城鄉建設的不斷發展，獨立電表數量的增加，大大提高了抄表難度，如何實現自動化抄表就成了電業部門非常重視的問題。目前用戶電表大部分設置在室外，露天布線容易出現斷線、短路等問題。如果運用Zigbee 無線傳感器技術，能夠實現低耗電、低數據量傳輸，符合抄表需求，結合GPRS 等技術又能很好的補充Zigbee 無線傳感器的短處。

1 Zigbee無線傳感器網絡技術

無線傳感器網絡是近年來受到廣泛關注的一項數據傳輸技術，其特點是知識高度集成、多學科交叉等。這類技術融合了無線通信、現代網絡、嵌入式計算機、傳感器等方面的先進技術，主要是使用多種微型傳感器實現數據采集、傳輸以及環境監測、感知等目的。數據無線傳輸是這項技術的特點之一，有效提高了數據的傳輸效率和便捷性。

2 系統總體結構設計

遠程抄表系統主要分為兩層，即GPRS網絡和Zigbee 無線網絡，分別是系統的上層和底層。系統底層可以采用網絡拓撲技術和需求喚醒技術來降低Zigbee 無線傳感器的功耗，同時能夠減少每個節點向上級節點匯報數據時可能出現的碰撞問題，GPRS 網絡用于匯節點數據的傳輸。傳統的基于無線傳感器網絡抄表，需要使用公共網絡傳輸數據，數據傳輸速度限制較大，而采用Zigbee 無線傳感器網絡進行遠程抄表則基本不存在這個問題。

系統的主要結構包括采集器、集中器和管理中心，顧名思義，采集器就是用來采集電表信息的，將信息進行處理后，通過Zigbee 無線傳感器網絡發送給集中器，集中器的主要作用是協調整個網絡，將接收到的信息進行分析和處理，并將其加入到本地數據庫中，然后將數據和數據包發送給管理中心，管理中心計算和處理這些數據，也能夠發出信息來控制抄表系統。

2.1 小區組網設計

由于有新建小區和舊小區，對于不同小區組網設計也要分情況進行。新建小區都實行了統一規劃，水、電、氣三表統一管理，舊小區大部分未實現統一管理，電表不太集中。使用Zigbee 無線傳感器網絡進行組網進而實現無線抄表，能夠兼顧系統成本、穩定性等多方面因素，實現無線網絡和有線網絡相結合的抄表系統設計。

在整個小區中用無線公網進行通信，小區居民樓各個樓層之間采用Zigbee 無線網絡，而樓層內則采用有線網絡連接的方式。小區內采用網狀網絡結構，每個小區設置一個中心節點，每個采集不多于十個用戶的水、電、氣表的數據，通過Zigbee 網絡將各個小區的節點數據傳輸到中心節點，然后通過GPRS 網絡傳輸到管理中心。

2.2 遠程抄表監控軟件的設計

監控軟件的主要作用是采集數據和傳輸數據，因此軟件設計只需要注重這兩個方面的功能即可，每個功能實現之后，將其作為模塊嵌入到主程序中，可以由主程序操作和調用。使用軟件或者系統之前，首先要進行復位，這樣硬件設備才能夠恢復到初始狀態，然后進入程序執行過程。遠程抄表系統的主程序的執行是一個無限循環的過程，除非斷電或者遇到強烈的干擾，否則程序會一直執行。系統通電后啟動，然后會自動復位初始化，硬件隨即恢復到初始狀態，然后系統會檢查網絡狀況，如果尚未聯網則會申請加入網絡中，連接成功后系統會發送抄表命令，采集電表數據后將其傳輸到監控平臺，同時還要將數據保存在數據庫中。

2.3 數據采集和處理程序設計

系統初始化完成并聯網后，節點就會開始采集數據，將數據傳輸給父節點的時間間隔一般為10 秒，也就是每個節點每隔10 秒會采集一次數據并傳輸。采集的數據通過Zigbee 網絡和GPRS 網絡進行傳輸，集中器會處理這部分信息，可以給Zigbee 節點發送指令，也可以將數據傳輸給管理中心，這幾種傳輸過程采用的都是串口通信的方式。如果GPRS 網絡產生了中斷信息，系統會判斷信息是不是集中器產生的，如果是則修改參數，如果不是，則需要判斷是否將信息傳送給Zigbee 網絡。對于Zigbee 網絡產生的中斷信息，系統會判斷是否要將中斷信息上傳，不需要的話則直接丟棄中斷信號，如果需要上傳則讀取系統時鐘信號并將中斷信息保存在數據庫中。

2.4 管理中心的功能設計

管理中心的核心是計算機系統，一般采用的是微軟操作系統，同時配置了抄表軟件。計算機的管理中心有友好的操作界面，能夠實現自動檢索數據、存儲數據和查詢等功能，遠程抄表軟件則包括收費系統、數據管理系統等若干子系統，子系統有具有若干模塊，能夠實現較為豐富的管理功能。后臺使用了SQL 數據庫，這種數據庫具有集成性好、性價比高等優點，在微軟操作系統環境中使用能夠發揮很好的效果。

3 結束語

綜上所述，Zigbee 無線傳感器網絡在遠程抄表中的應用，實現了數據的實時采集和處理，降低了抄表難度，提高了抄表效率，這項技術將會得到更加廣泛的應用。