0  引言

　　居民用電的計量收費,，最常用的傳統(tǒng)方式是傳統(tǒng)的入戶抄表收費。但傳統(tǒng)的抄表方式不但費時費力,，準確性和及時性得不到可靠的保證,。而且存在入戶麻煩這樣的弊端，已不適應(yīng)現(xiàn)代物業(yè)管理的需要,。無線抄表系統(tǒng)具有省時,、少人、少力,，能提高工作效率,、降低物業(yè)成本，并可及時準確地將用戶電表數(shù)據(jù)抄送上來,，因而是抄表計費發(fā)展的趨勢,。而在眾多無線技術(shù)中，Zigbee技術(shù)有著獨特的優(yōu)勢，其低速率,，低能耗,，傳輸可靠，組網(wǎng)靈活等特點正日益成為樓宇智能化中的熱門技術(shù),。

　　1  Zigbee技術(shù)

　　事實上,，短距離通信具有多種技術(shù)方式。表1所列是幾種短距離無線通信技術(shù)的比較,。在表1所列的幾種技術(shù)中,，基于IEEE 802.15.4協(xié)議的ZigBee技術(shù)起源于本世紀初的一種具有代表性的短距離無線通信技術(shù)標準，其PHY層與MAC層協(xié)議由IEEE802.15.4 工作小組制定,，網(wǎng)絡(luò)層由ZigBee技術(shù)聯(lián)盟制定,，應(yīng)用層的開發(fā)應(yīng)用則可根據(jù)用戶自己的應(yīng)用需要來進行開發(fā)，因此,，該技術(shù)能夠為用戶提供更加靈活機動的組網(wǎng)方式,。

　　2無線抄表系統(tǒng)描述

　　本系統(tǒng)中的硬件模塊采用Helicomm公司的IP-Link 1221-2033模塊與MSP430以及按鍵和液晶顯示器件組成。用戶端則由一個電表和一個數(shù)傳模塊組成,。經(jīng)過改裝,，當表讀數(shù)增加時，ZigBee模塊計數(shù)相應(yīng)增加,，當達到預(yù)先設(shè)定的發(fā)送時間后(該時間可以設(shè)定),，系統(tǒng)即可向數(shù)據(jù)集中節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)。

　　而在管理中心端,，數(shù)據(jù)集中節(jié)點的ZigBee模塊具有數(shù)據(jù)融合處理的功能,，它可以將采集的數(shù)據(jù)自動記錄到本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫內(nèi)，并根據(jù)抄表人員的操作指令顯示數(shù)據(jù),。

　　3方案特點

　　本系統(tǒng)標準基于802.15.4協(xié)議棧而建立,，具備了強大的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)功能，它可支持三種主要的自組織無線網(wǎng)絡(luò)類型,，即星型結(jié)構(gòu),、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(mesh)和簇狀結(jié)構(gòu)(cluster tree),，特別是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),，具有很強的網(wǎng)絡(luò)健壯性和系統(tǒng)可靠性。

　　mesh網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)具有強大的功能,，該網(wǎng)絡(luò)的所有實體只要在通信范圍之內(nèi),，都可以互相通信，如果沒有直接通路,，還可以通過“多級跳”的方式來通信,，此外，該拓撲結(jié)構(gòu)還可以組成極為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)；除此之外,，網(wǎng)絡(luò)還具備自組織和自愈功能,。

　　本系統(tǒng)的設(shè)備十分省電。系統(tǒng)采用多種節(jié)電工作模式,，可以確保兩節(jié)五號電池支持長達6個月到2年左右的使用時間,，還可以確保通信的可靠。由于本系統(tǒng)采用了 CSMA-CA的碰撞避免機制,，同時還為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時隙,，因而避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突。MAC層則采用完全確認的數(shù)據(jù)傳輸機制,，每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認信息,，此外，該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的自組織和自愈能力也很強,。

　　本系統(tǒng)的自組織功能無需人工干預(yù),，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點就能夠感知其他節(jié)點的存在，并確定連接關(guān)系,，以組成結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)絡(luò),；而Zigbee的自愈功能則可完成增加或者刪除一個節(jié)點，或在節(jié)點位置發(fā)生變動時處理,。節(jié)點發(fā)生的故障等,，以使網(wǎng)絡(luò)能夠自我修復(fù)，并對網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)進行相應(yīng)地調(diào)整,，而無需人工干預(yù),，從而保證整個系統(tǒng)仍然能正常工作?？梢哉f,，具備自組織、自愈能力的無線通信網(wǎng)絡(luò)才是自動抄表系統(tǒng)最理想的通信方式,。

　　本系統(tǒng)設(shè)備的復(fù)雜程度低,，且Zigbee協(xié)議是免專利費的，因而可以有效地降低設(shè)備成本,，同時ZigBee的工作頻段靈活,，采用的是免執(zhí)照頻段的2.4 GHz，也就是沒有使用費的無線通信,。

　　本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)容量較大,。一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)可以容納多達245個從設(shè)備和一個主設(shè)備，一個區(qū)域內(nèi)可以同時存在20多個ZigBee網(wǎng)絡(luò),。

　　此外就是數(shù)據(jù)安全,。ZigBee提供有數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，加密算法采用AES-128，同時,，各個應(yīng)用也可以靈活確定其安全屬性,。

　　對于每個抄表終端而言。往往要求超低功耗和低成本(包括設(shè)備成本,、運行成本),，而且數(shù)據(jù)的傳輸速率不高，對于居民小區(qū)的抄表,，抄表終端通常分布較密集,、距離較近，此時ZigBee技術(shù)可以很好地滿足這些要求,；終端采集的數(shù)據(jù)需要送到電力公司的集中抄表管理中心,，這可以通過GPRS／CDMA網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)，而且無距離限制,，又無需網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃,、幾乎不需要維護。另外,，其所構(gòu)建的ZigBee網(wǎng)絡(luò)既可以是星形拓撲,，也可以是網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓撲，但是,，不論是哪種拓撲結(jié)構(gòu)的 Zig-Bee網(wǎng)絡(luò),，均可根據(jù)實際的組網(wǎng)需要設(shè)計合理的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

 　　4系統(tǒng)設(shè)計

　　無線抄表終端通常由無線部分,、顯示部分,、 CPU部分、按鍵部分等組成,。無線部分主要基于CC2420芯片組成的Zigbee無線通信模塊,，這一部分是無線抄表系統(tǒng)的核心。在無線模塊內(nèi)部,，CPU 可通過SPI口與CC2420通信并控制其狀態(tài),。顯示部分是基于LCD的全數(shù)字顯示系統(tǒng)，能夠在現(xiàn)場顯示抄表系統(tǒng)檢測到的流量值,。按鍵部分則可通過對系統(tǒng)的控制來切換不同時間的流量值,。本系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　本 ZigBee技術(shù)在IEEE802.15.4協(xié)議基礎(chǔ)上,，還增加了邏輯網(wǎng)絡(luò),、安全性和應(yīng)用程序接口(API)標準,，同時提供有靜態(tài)和動態(tài)星形,、集群樹和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)大區(qū)域網(wǎng)絡(luò)覆蓋和擴展，并可避免單點故障,。此外,，通過選用合適的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，也可以減少網(wǎng)絡(luò)的冗余度,，降低系統(tǒng)的復(fù)雜度,，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟性。

　　5射頻芯片的選擇

　　無線射頻模塊的開發(fā)可采用Helicomm公司的無線收發(fā)模塊IP- Linkl221-2033,。IP-Link1221-2033是Helicomm公司推出的一款符合IEEE802.15.4規(guī)范的2.4 GHz射頻模塊,，其射頻芯片為CC2420，可被用來開發(fā)工業(yè)無線傳感及家庭組網(wǎng)等PAN網(wǎng)絡(luò)的ZigBee設(shè)備和產(chǎn)品,。該器件包括眾多額外功能,，是一款十分適用于ZigBee產(chǎn)品的RF器件。它基于Chipcon公司的SmartRF03技術(shù),，以CBIOS工藝制成,，只需極少外部元器件，而且性能穩(wěn)定,，功耗極低,。CC2420的選擇性和敏感性指數(shù)超過了IEEE802.15.4標準的要求，可確保短距離通信的有效性和可靠性,。利用此芯片開發(fā)的無線通信設(shè)備所支持的數(shù)據(jù)傳輸率高達250kbos,，可以實現(xiàn)多點對多點的快速組網(wǎng)。

　　在二進制模式下,，IP-Link 1221-2033模塊可支持四種幀類型,，包括命令請求、命令響應(yīng),、數(shù)據(jù)請求和確認幀,。其中命令請求幀是用來查詢和配置命令網(wǎng)絡(luò)中遠處的IP- Linkl221-2033模塊，IP-Link 1221-2033模塊在接到命令請求幀后,，會自動返回一個命令響應(yīng)幀,，旨在向發(fā)出命令的模塊反饋執(zhí)行結(jié)果。數(shù)據(jù)請求幀和確認幀主要服務(wù)于IP-Link 1221-2033模塊間的數(shù)據(jù)信息交換,。

　　6結(jié)束語

　　基于IEEE802.15.4的ZigBee技術(shù)以其無可比擬的優(yōu)勢在短距離無線個域網(wǎng)技術(shù)中得到了蓬勃發(fā)展,。可以肯定,，在未來的幾年內(nèi),，該技術(shù)依然是各大高校和研究機構(gòu)研究的熱點。ZigBee技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景和市場價值,，隨著研究的不斷深入,，ZigBee技術(shù)將應(yīng)用于人們生活中的各個領(lǐng)域,，并逐漸影響和改變?nèi)藗兊纳罘绞剑谷藗兩钤谝粋€充滿生機的現(xiàn)代化信息網(wǎng)絡(luò)之中,。