基于ZigBee的遠程電力抄表數(shù)據(jù)采集器設計

摘要：為設計一種安裝維護方便，低功耗和數(shù)據(jù)通信可靠的數(shù)據(jù)采集終端，根據(jù)無線技術發(fā)展，提出一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的遠程電力數(shù)據(jù)采集器設計方案，AVR作為整個系統(tǒng)的核心控制器，負責對采集的電量數(shù)據(jù)進行處理，并進行智能控制，利用ZigBee短距離無線通信技術進行數(shù)據(jù)傳輸，大大減少了工程的布線復雜度，提高了數(shù)據(jù)通信的可靠性，降低了功耗。試驗結果表明，終端工作可靠、正常。
關鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡；數(shù)據(jù)采集器；ZigBee；低功耗

0 引言
電量計量與抄收是現(xiàn)代電力營銷系統(tǒng)的一個重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的電量管理采用人工方式進行抄收和結算，具有一致性差，管理難度大等問題。由于電表分布點多、面廣、環(huán)境復雜等特點，自動抄表系統(tǒng)一直難以實用化，其中的主要原因是缺少實用、可靠、廉價的數(shù)據(jù)傳輸手段和抄表終端。
基于以上原因，設計一種安裝維護方便、長期穩(wěn)定可靠，不但可以抄讀表具數(shù)據(jù)而且可以監(jiān)控表具運行狀態(tài)的遠程抄表數(shù)據(jù)終端，已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)亟待解決的問題。本文給出了一種基于ZigBee技術的遠程自動抄表數(shù)據(jù)終端，通信質(zhì)量好、工作可靠、經(jīng)濟實用，可以準確及時地將用戶電能表數(shù)據(jù)抄取上傳，是一種理想的自動抄表解決方案。

1 遠程電力抄表系統(tǒng)整體框架設計
系統(tǒng)運行時，首先通過電能表的RS 485總線數(shù)據(jù)接口傳輸給采集器。采集器巡檢各表RS 485總線數(shù)據(jù)進行處理或計數(shù)，并將結果存儲。采集器與集中器的通信采用ZigBee無線通信模塊，采集器平時處于接收狀態(tài)，當接收到集中器的操作指令時，按照指令內(nèi)容操作，將本采集器有關數(shù)據(jù)通過無線通信模塊送至集中器。集中器可以定時或實時地對下轄的采集器進行數(shù)據(jù)抄收，并進行存儲。當上級設備——計算機調(diào)用數(shù)據(jù)時，則將所存儲的數(shù)據(jù)打包送上。管理中心計算機可以對集中器，并通過集中器對采集終端進行各種操作。系統(tǒng)整體框架設計圖如圖1所示。

2 數(shù)據(jù)采集器節(jié)點的硬件設計
2．1 數(shù)據(jù)采集器硬件框圖
如圖2所示，數(shù)據(jù)采集器模塊中選用ATmega 1281單片機為數(shù)據(jù)處理單元，采用與ZigBee／IEEE 802．15．4兼容的無線射頻收發(fā)芯片AT86RF230設計數(shù)據(jù)傳輸單元，數(shù)據(jù)采集單元采用RS 485總線技術巡檢各電能表，并連接LCD1602和DS1302顯示各電能表耗能數(shù)值和采集時間。本方案設計的數(shù)據(jù)采集器終端的下行通道采用RS 485總線與多臺電表連接，用于電表的數(shù)據(jù)采集和通斷電控制，上行通信采用ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡技術，通過網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)集中器進行數(shù)據(jù)交互實現(xiàn)電表數(shù)據(jù)的遠傳。

2．2 微控制器與無線射頻收發(fā)芯片的電路設計
無線射頻收發(fā)芯片選用基于ZigBee／IEEE 802．15．4設計的低功耗2．4 GHz無線收發(fā)芯片AT86RF230。如圖3所示，ATmega1281通過4個SPI總線接口以及其他4條控制線與AT86RF230進行通信，在AT86RF230上電容C1和C2用于去直流偏置，CB2和CB4為供電電源的去耦合電容，CB1和CB3為電壓調(diào)節(jié)器的負載電容，可以在低電壓時保證芯片工作穩(wěn)定，晶振XTAL與負載電容CX1和CX2構成晶振電路。微控制器通過SPI接口編程控制寄存器，同時完成與AT86RF230的數(shù)據(jù)交換。