基于zigbee和gprs远程无线抄表系统设计

:DesignofRemoteWirelessMeterReadingSystemBasedonZigBeeandGPRSSpeciality:Patternrecongnitionandin ligentsystem : (Signature)Instructor:Wang (Signature)Withthedevelopmentofresidentsinfrastructureandtheincreasingnumberofwatermeter,electricmeter,gasmeterandheatmeter.theindustryandcompanyurgentlywanttosolvetheproblemofautomaticmeterreading.Theexistingmeterreadingmethodhasmanyproblemssuchashighcost,highconsumption,smallscalenetworking,andlineinterference,anewwirelessmeterreadingmethodisproposed.AsetofremotewirelessmeterreadingsystembasedonZigBeetechnologyandGPRSnetworkisdeaigned,ZigBeetechnologyisusedforlocalareanetworkandGPRStechnologyisusedforwideareanetwork.Thebuiltsystemhaslowcost,lowconsumption,ad-hocnetwok,self-adaptiveandothercharacteristics,itaswellashasstrongportabilityandcompatibility.Thewholewirelessmeterreadingsystemismadeupofhostcomputer,concentratormodules,routermoduleanddataacquisitionmodule.Thedatawhichtransmitsbycontrollercanbecalled,processedandstored;avarietyofoperatinginstructionswhichcansetthevariousoperatingparameterscanbesendtocontrollerbyhostcomputer.Theconcentratoristheconvergenceoftheentiresystemdata,whichcancompletedataconversionbetweenZigBeenetworkandGPRSnetwork,andtransportthecollecteddatatothehostcomputer.Inordertoincreasethestabilityofthenetwork,therepeatersareaddedinthenetwork.Thefunctionoftheroutersismanagementthenetworksub-nodetoinsurethedatacanbeefficientlytransmittedtotheconcentrator.Themainlytaskofcollectorcanbedescribedasdataacquisition,processingandupload.Thetestresultsonthesiteshowthatthewirelessmeterreadingsystemnotonlycan plishdataacquisitionandtransmissionaccurayandquicklybutalsohasstronganti-interferenceabilityandwideapplicationscope.Thewirelessmeterreadingsystemwhichcanbeusedinthefieldofsmarthomeandgasdetectionofcollierywithsomesensorshavemarketvalueandapplicationcollection;concentra

:wirelessmeterreadingsystem;ZigBee;GPRSThesis Applied目目绪 课题背 无线抄表系统的研究现 国外发展现 国内发展现 国内外发展趋 课题研究的意 的主要工 的组织结 2无线抄表系统的技术基 ZigBee协议栈架 ZigBee网络拓扑结 ZigBee数据传输方 GPRS技 GPRS技术概 GPRS特 GPRS网络结 业务的安全传输能力以及能 本章小 3无线抄表系统的总体方案设 系统需求分 3.2无线抄表系统的总体设计方 本章小 4无线抄表系统的硬件设 抄表系统的基本构 ZigBee模块及电路设 GPRS模块及电路设 GPRS模块解决方 基于SIM900A模块的电路设 目集中器硬件电路设 主控电路设 集中器电源设 时钟电路设 数据电路设 传输终端硬件电路设 CC1100无线通信模块设 RS485通信模块设 电源模块设 本章小 5无线抄表系统的软件设 5.1无线抄表数据协议格 GPRS网络连接协议帧格 读写命令帧格 数据转发帧格 软件开发平 主模块程序设 集中器软件设 中继器软件设 器软件设 本章小 系统测 GPRS连接测 ZigBee组网测 测 通信质量测 本章小 总 结 展 致 参考文 附 111.1课题背随着城乡居民基础建设的发展，独立的四表（水表、、燃气表、热表）数量不断增加。因此，四表数据的自动抄送具有十分重要的意义，也是行业和单位迫切想解决的问题，因为表数据抄送的准确性、及时性，直接影响系统的信息化水平、甚至管理决策和经济效益。201061号实施的物联网行业标准JG/T162-2009《住宅远传抄表系统》也对四表抄送做了相关规定【1-2】。目前，我国大部分地区还采用抄表员现场抄表的方式，在仪表位置集中、仪表数量较少情况下这种抄表效果很好。但在仪表位置比较分散、仪表数量较多的情况下，这种原始的人工抄表的方式就存在着许多缺点。例如，在环境比较恶劣的工业现场，一些仪表安装的位置较远，不利于抄表人员去现场抄表，工作人员也很难发现个别出现故障的表。所以，这种原始的手动抄表方式不仅劳动强度大、效率低，还存在抄表、漏抄、估抄、错抄以及抄表周期长等问题【3】。而且最终所抄得的数据要经过人工输入计算机才能进入管理系统，从而降低了现代化管理系统的先进性，也导致了相关和企业管理软件不能获得足够详细和准确的原始数据。对于相关的供应部门进行更次的分析和管理决策也远远不够。在这样的背景下，八十年代诞生于的自动抄表技术在世界各地得到了迅猛的发展。自动抄表系统，也叫AMR(AutomaticMeterReading)，是一种基于通信技术和计算机术的、传输、处理的系统，是原始抄表方式的一种技术上的进步。自动抄表系统也被称为抄表系统，它通过模仿人工抄表的读表、记录、核算、形成帐单，这样的流程，为上层公司的计量和结算服务。根据不同的指标，AMR有多种分类方法。以根据通信信道作为标准，可分为(PSTN)抄表系统、GPRS 抄表系统、无线电抄表系统、低压电力载波抄表系统等；以测量表的种类或被测量的物理意义为标准，可分为电能量自动抄表系统、水表自动抄表系统、燃气表自动抄表系统以及热表抄表系统【4-6。自动抄表系统的出现解决了传统人工抄表过遇到的许多问题，并且提高了近年来，计算机技术、网络技术和微电子技术发展迅速，越来越多的新兴技已经应用于自动抄表系统，无线数据传输技术应用更为广泛。无线抄表系统搭建无线网络，不需要专门布线，采用无线设备传输数据，整个系统结构简单，可节省人力和物力，有较高的经济效益。相对传统的人工抄表系统和有线抄表系统更有应用优势和市场价值【7。近距离的无线传输技术，即Zigbee技术。采用这项新技术与成GPRS网络技术相结合就可以实现无线自动抄表，不仅为企业带来技术，也为广大用户带来许多便利。ZigBee与GPRS的无线网络在环境、军事、医疗健康、家庭智能和其1.2无线抄表系统的研究现1.2.1国外发展70年代，国外就已经出现了自动抄表这一概念，并且有了相关的研究以及1982年，英国的索恩伊美率公司利用公用网络率先实现了自动抄表技术，同一年，的Iandis/GYR公司将自主研发的新技术SCTM应用于瑞典的自动抄表；1985年，电力公司使用电力载波技术试点抄表；在此之后的几年，、德国、澳大利亚等国家开发出的新的技术，逐渐加入到自动抄表的行列里来，并且有比较大的自动抄表系统投入实际的试点工作中来。1990年后，自动抄表系统逐渐发展成熟，据有关数据记载，、等国都有数十万的表节点安装了自动抄表的。最大的电能自动抄表系统也于1998年正式投入使用。2005年，法国Coronis公司在现有自动抄表方案的基础上率先研制了自动无线抄表方案。2006 年，东欧首个大规模的远距离全自动抄表系统网络建立，该网络采用Coronis的Wavenis无线抄表技。【7-12。1.2.2国内发展我国于上个世纪80年代末开始自动抄表系统的试点工作。第一套电量计费系统于1989年在华北电入运行；90年代初期，抄表系统在投入使用；1994年，居民集中抄表进入中国，大多数地区的供电企业对电力载波的抄表方式进行试点工作；90年代末期，我国开始出现了智能IC卡燃气表系统。随着近些年抄表系统突飞猛进的发展，无线抄表系统也开始在居民小区中广泛应用，例如火狐电子公司的无线煤气集中抄表系统、海桑锐电子科技公司的无线燃气抄表系统解决方案等。2006年，浩迪公司对大用户燃气表系统进行了试点并通过了当地相关部门的验收既肯定，改写了国内大户抄表系统的空白的历史。2006年，选取一些居民入住率较高、设备管道较为稳定的小区开展了集中抄表的试点工作，有望以后能进一步发展，实现无线抄表【7-12。11.2.3国内外发展纵观国内外无线抄表产品，除2006年法国公司在东欧建立的首个大规模抄表系统外，还没有其他系统可以大规模应用于居民小区的，大部分只是前期试点，还有部目前市场上的智能表应用系统主要分为两种：一种是预形式的IC卡抄表系统，这种抄表系统使用方便，用户先通过IC卡充钱，然后刷卡使用，它有费用管理便利的优点，解决了的问题，也方便了用户的使用。但这种系统不能实现数据的实时传输和检测，无法及时的掌握各个用户的动态情况，而且出现调价等情况时，无法实时调节，不能适合上层公司的管理需求。另一种是智能化传输表系统，智能化系统按照数据传输方式的不同分为有线抄表系统和无线抄表系统。有线的抄表系统可以实时的检测用户的情况，但是在系统前期的搭建过，需要投入大量的人力物力进行排线布线的工作，而且安装调试过存在很多不可抗力和。后期的故障检测和有一定的不确定因素，线路被认为和自然环境破坏的可能较大，要全面推广应用比较。无线自动抄表系统是当前的抄表方式，它结合了无线通信技术和计算机网络技术，不但具备了原始的抄表方式的优点，还具有自身独特的优点，比如后期便捷、数据的实时性准确性得到保障以及相关管理部门可以根据实时的情况调整管理方式等【7-12。综合现有的各种抄表系统的缺陷，未来抄表系统的发展慢慢无线抄表方1.3课题研究的意利用ZigBee和GPRS的结合设计的无线抄表系统给用户和企业带了了的1、减轻人工劳动强度，降低抄表工作的成本3、通过上位机管理系统，对表结点的情况进行实时，及时发现故障问题。综上所述，无线抄表技术是具有非常重要的现实意义的，而基于ZgBee和GPRS技术的无线抄表系统又是无线抄表系统中一个比较新而且相当具有实用价值的应用1.4的主要工鉴于目前国内外无线抄表系统的存在的问题以及无线抄表的发展趋势，本提出了一种基于ZigBee技术与GPRS技术相结合的无线抄表终端系统，主要工作相结合的方式搭建无线抄表系统，实现表节点数据以及传输。ZigBee无线抄表网络，通过选择合适的网络拓扑结构进而实现抄表ZigBeeZigBee通信协议转换为四表所支搭建基于ZigBee与GPRS的无线抄表系统，将系统分为三大模块：数据采实现表结点的数据管理功能：一方面，可以定时向表结点发送抄表命令，获得某些表结点的数据，并且对这些数据进行适当的处理、和管理；另一方面，也可以实现表节点的实时传输和检测。1.5的组织结共分七章，下面就具体每章的内容做一介绍第二章介绍了本自动抄表系统所要用到的两种的技术——ZigBee短距离无通信技术和GPRS无线通信技术第三章，系统总体设计，进行了系统需求分析，并且给出了总体设计方案第四章，系统的硬件设计，首先介绍了各个模块的元器件选型，然后分模块介绍了硬件设计的过程。第五章，系统的软件设计，首先介绍了系统的软件开发环境，然后分模块论述软件设计过程以及最终实现的功能。第六章，系统测试，在搭建的系统中对预期的功能实现情况、情况、网络组建情况以及系统的准确率稳定性进试。第七章总结展望，是对本课题的一个总结，另外给出了本课题后续研究的一些方向222无线抄表系统的技术基ZigBee技ZigBee概ZigBee是一种新兴的短距离、低速率、低功耗的无线通信技术。ZigBee技术一般应用在通信范围较小的区域，对数据传输的信息量不大、数据传输速率要求不高但又对IEEE802.15.4是ZigBee技术的协议标准，他能在成千上万个微小的传感器之间相互协调、通信。这些传感器能耗很低，只需要很小的能量，就可以通过无线电波以 技术主要有以下几个特点【13-17在无线通信技术中，频谱是很重要的因一，因为要实现无线通信，就要占用一定的频谱。在我国，频谱是一种归属于管理的资源，使用一些特定的频段必须要得到相关部门的。为了使得ZigBee设备更加方便用户的使用，ZigBee特别选用了无须得到相关部门就可以使用的“免”的工业、科学、医疗等频段。结合世界各国不同的情况，ZigBee定义了在全世界范围内通用的2.4GHz频段以及分别适用于欧洲和的868/915MHz频段。不同频段的差别就是频段内包含的信道、带，ZigBee设备大都工作在世界通用的2.4GHz频段，这个频段一共包含了166MHz250kb/s。跟其他通信设备比较，这种免的频段以及包含多个信道的ZigBee设备在使用过更加的灵2.4GHz频段，在世界各个地方都能通用，增加可ZigBee设备，相互之间的通MCU跟现存的其他网络通信技术相比，ZigBee技术有网络协议简单的优点。由于它能很高效的在运算能力以及数据能力都比较弱的MCU上工作，所以它在对低成本要求比严格的区域有很好的应用空间和前景。目前，市面上已经出现可很多基于8051内核的ZigBee单解决方案，这在需要大量无线节点的智能家居等短距离数据采在数据传输过最难解决的问题之一就是干扰的问题。由于在无线通信技术中，数据传输的信道是多个网络共享的，所以成无线通信技术就能有效的解决信道而导致的干扰问题。ZgBee技术在层以及物理层控制层的时候选用的是标准的IEEE802.15.4协议。在数据传输过，它使用了载波检测方式以及避免机制的方式，并且将其与数据检测等多种安全措施相结合，在数据的安全传输上起到了很大作用。由于ZgBee技术对MCU的资源要求相对较低，所以为了在资源相对简单的MCU上较好的运行并且提高系统的灵活性，ZgBee设备有3种安全模式可供使用。其中，安全模式最低的方式是为了实现最低资源利用的目的，完全措施较低；安全模式最高的方式则是选用了高级加密标准对称以及配套的公开密钥。随着国家节能降耗政策的出现，低功耗是很多设备的发展目标，ZgBee设备最重要的特点之一就是低功耗。因此，ZgBee数据传输协议中就有几点比较重要的降低功耗的方法，比如数据的间接传输就是比较有效的方式。数据间接传输就是把那些由电池供电的简单功能节点作为数据传输的起点。这样就避免了传统的由完全功能节点逐个轮流传输数据的方式，使得一些不需要传输数据的节点处于休眠的工作状态，从而很大程度上降低了能耗。ZgBee设备可以自由的搭建多种网络拓扑结构，主要分为星型网络拓扑结构、树型网络拓扑结构以及网状网络拓扑机构。根据搭建网络拓扑结构的不同，ZgBee网络中数据的传输方式也有所不同，在简单的星型网络中，数据采用一对一的单路传输方式，而在较为复杂的树型网络和网状网络中，数据则是采用路由器中转的方式实现多组数据传输。ZgBee设备的地址分为两种，一种是经过处理的16位短地址，一种则是标准的64位IEEE地址。在一个单独的ZgBee网络拓扑结构中，最多可以容纳设备的数目是216个。ZigBee协议栈架ZigBee按照国际标准化组织(ISO)的开放系统互联(OSI)参考模型，ZigBee网络可以分为四层，如图2.1所示，从下网上分别是物理层(PHY)、控制层(MAC)、网络层(NWK)以及应用层(APL)。ZigBee的最低两层PHYMACIEEE802.15.4协议，而NWK层和APL层由ZigBee制定。每一层向上面的一层提供数据或者管理服务。ZigBee的应用层由应用支持子层(APS)、ZigBee设备对象(ZOD)以及制造上定22物理层(PhyscalLaye,PHY)由半双工的无线收发器以及接口组成，他直接利用无线信道实现数据的传输工作。控制子层(MedumAccessContro,MAC)提供节点自身以及与其相邻的节点之间的可靠数据传输链路。它的主要任务就是提高通信的有效性、实现传输的共享。网络层(Netork,NWK)利用MAC层可靠的数据通信提供路由转发能力，实现各种网络拓扑结构的。应用支持子层(ApplcatonSupportLae,PS)的任务是将网络信息转发到各个正在运行的端口上，在各个设备之间传送信息【15。ZigBee设备对象(ZigBeeDeviceObject,ZOD)在网络中承担设备管理的工作，其中ZigBee体系结构提供密钥的建立、交换以及利用密钥对相关信息进行加密、MAC层、NWKAPS层，各个层在发送帧时按照指定的加密方案做加理，在接收信息的时候再做相应的工作。ZigBee采用ZgBee技术搭建的无线通信网络当中包含有很多个节点，这些节点都是相互独立的，各自承担自己的工作，这些节点被称作设备(Devce)。在无线通信网络中，按照设备各自不同的功能可以将其分为两大类：FFD和RFD。FFD：全功能设备(FullFuntonDevce)，在ZgBee网络中，它具有完整的功能，实时，能在任何时间跟任RFD：精简能设备(ReduceFunctonDevc)ZgBee网络中，它只承担一些简单的功能，用最简单、的MCU就可以实现，只在特定的时间跟特定的全功能设备通信，只具有少量数据功能，不工作的情况下处于休眠状态。两种功能具体参数的对比如表2.1所示：表2.1除了上述的分类方法以外，还可以根据设备在整个网络中所承担任务的不同将ZgBeeZgBee无线网络中仅仅包含一个协调器，而且协调器是全功能设备，在ZgBee网络中，协调器是整个网络的部分，也可以称作网络的神经中枢，它主要承担整个网络的搭建以及数据的功能。路由器在网络中也有很重要的功能，它在网络中起到承上启下的功能，负责数据以及相关命令的上传下达，如果网络中的协调器发生故障，路由器也可以暂时代替协调器工作，保证网络的正常运行，因此，路由器也是全功能设备【7、8、12ZgBee网络中，除了承担搭建网络以及数据传输功能的协调器以及路由器以外，还有一类很重要的设备就是终端设备，它是网络中最底层的设备，主要负责网络底层数据的记录并且将数据顺利的传送给相对应的路由器或者协调器，在网络中既可以是全功能设备，也可以是精简功能设备，每种设备具体承担的功能对比如表2.2所示。2.2ZigBee协议的设 IEEE设备类 典型功协调 路由

终 FFD或 ZigBee网络拓扑 网络可以实现三种网络拓扑形式：星形、树形星型拓2.2所示．一个星型拓扑结构由一个协调器以及多个终端设备组成。在这种拓扑结构当中，设备之间的通信以及数据的传输22都是以协调器作为的。如果两个终端设备之间需要通信传输数据，那么首先将数据从一个终端设备传送给协调器，协调器在转发给需要接收数据的另外一个终端设备。这种拓扑形式的缺点是节点之间的数据路由只有唯一的一个路径，协调器的工作负担较重。树型拓树形拓扑是相对比较复杂的一种拓扑形式，它由一个协调器和多个星型结构连接而成。协调器节点连接一系列的路由器节点，路由节点再连接一系列的终端节点，子节点的路由器节点同样也可以连接一系列的路由器节点和终端节点，这样的连接方式可以重复多个层级。网络中的设备除了能与自己直接相连的父节点或子节点进行点对点通讯外，还可以通过树状网络完成跟其他节点的通信。树形拓扑的结构如图2.3所示。网状拓网状拓扑是最复杂的一种拓扑形式，它是基于树状网络产生的一种新的拓扑结构跟传统的树状拓扑结构有一些不同点。网状拓扑结构将网络中的路由节点直接连接起来，路由器与协调器之间、路由节点之间、路由器与终端设备之间都可以直接通信，不同节点之间的通信可以最优的传输路径，实现了数据和信息的网状传输。这种拓扑结构有时延小的优点，当网络中的某一个节点出现故障时，不会造成大范围的网络瘫痪，增强了网络的可靠性。但也由于数据的网状传输，这种网络结构具有扩充空间的要求。具体拓扑结构的结构图如图2.4所示综上所述，星形拓扑是由节点和通过点到到通信链路接到节点的各个站点组成；树形拓扑在星型的技术上有了一定的增加，跟树的结构类似，由一个根节点派生出很多个父节点，父节点再分别连接各自的子节点；网形拓扑在树型的基础上做了改进，将树型的各个路由相互连接，组成一个闭合环【15】；三种网络拓扑结构优缺点比较2.3所示：表2.322

建立一个无线网络的前提和基础就是选择一个合理的网络拓扑结构，网络拓扑结构决定了构建网路的成本、速度、特点功能。像本课题研究的抄表系统，网络节点数目比较多，各自承担着不同的功能，分布没有一定的规则，所以通常采用的是树形网络，易于扩展，故障比较容易。ZigBee数据传输在ZigBee网络中，当网络中包含PAN(persionalareanetwork，个人区域网络)协调器以及至少一个终端节点设备的时候，整个网络就满足了数据传输的基本条件，可以进行网络通信以及数据的传输工作。在基于ZigBee技术搭建的网络中，各个不同的设备之间要进行不同的数据传输，所以数据传输的模式分为三种：终端设备到协调器的数据传输、协调器到终端设备的数据传输以及对等的终端设备之间的数据传输。针对星型拓扑结构的特殊性，它只支持前两种数据传输的方式。除了星型拓扑结构之外的其他对等网络拓扑结构，由于其结构的性质，能实现终端设备之间的数据传输，所以三种数据传输模式都能满足【7】。除此之外，网络的传输模式还跟网络是否支持信标有很大的关系。如图2.5所示，数据的传输方式分为两大类：直接传输以及间接传输。直接传输模式数据传输过程简单，数据直接从个人区域网络协调器发送到相应的终端设备上，终端设备接收到信息后再将已经收到数据的信息返还给协调器，一次数据传输完毕。但这种数据方式就要求终端设备一直处于在的状态，即不存在休眠模式，要实时接收协调器发送过来令。间接传输模式比直接传输模式的过程稍为复杂。当个人区域网络协调器收到数据的时候不是直接发送给终端设备，而是先对数据做一个工作，等待终端设备发送请求信息数据。终端设备需要获取数据的时候必须先向协调器发送数据的请求，发送请求信息后，协调器做出判断，识别是否将数据发送给终端设备。如果需要将数据发送给终端设备就进行直接传输模式的流程，将数据顺利传输到终端设备上。这种数据传输方式满足节能降耗的需求，终端设备大都处在休眠状态，只有需要传送数据GPRS技GPRS技术GPRS(GeneralPacketRadioService)2.5代移GSM3GGSM系统相比，GPRS最重要的优点就是引入了分组交换能力，构成了新的的无线数据传输系统【18-20。此外，GPRS技术还具备数据速率高、、费用低的特点。因此它有目前，全世界已经有超过10亿的普通用户、7亿移动业务以及1亿的互联网用户。未来世界电信行业的发展趋势就是讲无线的语音业务跟原有的普通电弧业务相互结合，并且重点发展无线语音业务，尽可能的实现有线网络、无线网络以及互联网的三网融合的全球化通用网络。三网融合的实现将更好的克服固有的地理，实现信息共享的最大化。，GPRS业务也发展迅速，正在从现有的应用试验的阶段向全面正式的业务推广过度。预计未来的几年，GPRS会有更好的发展。GPRS技术是在现有的GSMGSM用GPRS采用与GSM的突发结构、同样的跳频规则以及同样的TDMA帧结构，这种新的分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似。因此，现有的子系统(BSS)从一开始就可提供全面的GPRS覆盖。GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源。从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。22跟原有的SMCSD业务相比较，GPRS业务是按照用户实际使用的流量计费的，这种计费方式跟家复合无线通信的特点，相对于以前的按照时间计费的方式更为科学，而且这种计费方式用户可以，但只支付相应流量的费用，大大降低了使用成本。此外，GPRS技术的最大优点就是分组技术，这样在无线通信过程当中，每个用户都可以同时占有多个信道，而且同一个信道还可以实现多个用户的共享，使得资源利用最大化GPRS技术在现有的GSM网做了一些改进，很好的利用了原有的技术，可以再很大范围内对这种技术做推广，相信在接下来的几年内，就能够实现通过简单便携的电脑就能实时快速的上网浏览相关内容。并且在还可以在诸如 、无线定位以GPRSGPRSGSMPhase2+GMSWCDMATD-SCDMA演进的重要一步。随着技术的不断进步以及完善已GSM技术，它引进了新的分组交换的能力，也因此具有一下的优点【18-20：网络的接入范围广：由于GPRS是在原有的GSM网络上改进升级产生的，所以它跟加充分、全面的利用了国内所有范围的电信网络，实现了网络覆盖最大化，同时也能更加便捷、迅速以及低成本的为各个用户服务，将每个用户的终端节点直接纳数据传输速率更高：现有的GPRS业务的理论数据传输速度是171.2kbps，已经达到了原有GSM业务组件的网络中数据传输速率的几十倍。但它还在迅速的发展当中，预计下一代通用无线分组业务的数据传输速率可以达到384kbps，完全能够满足用户对数接入网络时间短：网络的连接都需要一定的等待时间，GPRS业务的介入时间按流量计费：替代了传统的按照时间计费的方式，改用流量计费，也就是说用户只有在接收到或者发送出数据的情况下才算占用网络资源，用户可以长时间，为用户提供实时的功能：由于按流量计费方式的启用，用户可以再没有数据流量产生的情况下零成本，所以用户可以做到“”。所有用户终端都能时时刻刻保持与网络中心的联系，使得网络的更加便捷、迅速、在突发状况下的数据传输中有很大的优势，应用领域也更加广阔。网络使用方便：GPRS动以及自动两种切换模式。在数据传输的过，为了不影响语音信号的正常接收，根GPRS网络GPRSGSM网络的，因此，为了顺利的将原有GSMGPRS移动分组数据网络，必须对其原有的设备做一些改造。GSM网络的基础上新增两个节点：SGSN、GGSN以及新GPRS业务的基本功能是在整个网络的路由器以及对应的末端移动设备终端之间提供分组数据的传递业务。GPRS网络分为两大部分：无线接入以及网络。无线接入部分在移动台与子系统(BBS)之间实现数据的传输工作；网络则在子系统(BBS)和标准的数据通信网络边缘的的路由器之间时间数据的中继传输工作。GPRS业务主要在原始GSM网络的基础上新增加了两个主要的节点：SGSN以及GGSN。其中GPRS业务支持节点SGSN(ServingGPRSSupportNode)的主要承担的任务就是记录各个移动台当前的位置坐标信息，并且在移动台与另外一个主要设备之间实现移动分组数据的发送任务和接收任务；GPRS网关支持节点GGSN(GatewayGPRSSupportNode)在网络中起到外联的作用，在整个网络当中它承担路由器的角色，可以实现跟各种不同的数据网络注入公用分组交换数据网(PSPDN)以及综合业务数字网(ISDN)等网络的通信，将GPRS网络内部的信息跟共享。此外，GGSN还能就爱个呢原始的GSM网络中的信息任务传送到的诸如TCP/IP或者X.25网络当中，实现网络信息资源的最大共享【18-20。在GPRS网络中，SGSN以及GGSN节点之间既能各自独立承担自己的功能，也能相互配合完成一个大的任务，也就是说，在具体功能的实现过，既能同个一个单一的物理节点实现所有功能，也能由不同的物理节GSMGPRS网络，因此网络中相应BTSCS-1CS-2，当前只需将软件升级至支持新的BCS:由于网络的需要，要求配备新的分组数据处理的 Control模块,而且这个模块既可以是独立出来的设备，也可以是 里面的一部分HLRSGNS的新增接口Gr。MSC/VLR：如果网络要求实现MSC以及SGNS的新增接口Gs22的软降升级工作，若系统不需要，就不用做任何改造。另外 可以跟安装在一起，逐步发展来替代原有 MSC因此新的系统要采用支持GPRS的新终端才能正常运转。 网络还新增了一些额外的接口【18-20网络的接口图如图所示，新增的接口主要包括以下几个Gn/GpSGSNGGSN的GnSGSNGGSNPLMNSGSN之间的接口；Gp则是不同的运营商之间SGSN与GGSN相互连接的接口。GbBBS(PCU)SGSN之间相互通信的接口，负责将移动终端的分组数据经由BBS传输到SGSN上。Gd接口：是SGSN与中心之间(其中包括SMS-GMSC和SGSN之间以及SMS-IWMSCSGSN之间)MAP指令实现分组业务信道中短消息的有Gr接口SGSNHLR之间的接口，通过MAP信息指令传送用户的准位置坐标以及相关数据Gs接口：SGSN与MSC/VLR之间的接口，工作采用的是BSSAP协议，一方面用以提高无线频率的应用率，一方面实现新的分组交换业务务与原始的电路交换业GcGGSNHLR之间的接口，用于获得移动终端设备的位置坐标GiGGSN与外部分组数据网络之间的接口，根据不同类型的数据选Gf接口：是SGSN与EIR之间的接口，通过这个接口EIR当中存放的相GPRS业务的安全传输能力以及能一般情况下，由于任何人、任何单位都能在不影响无线设备正常工作的前提下监测以及发射无线电波，所以无线网络没有固定的可言。为了改变这种现状，是无线网络能够这种性的加入，保证用户的信息传输安全，原始的GSM网络中定义了多种安保措施，新的GPRS网络不但沿用了这些措施，还做出了一GPRS网络在无线传输数据信息的过程当中主要采用了数据分组加密以及矢量压缩处理的方式。通信数据的正向和反向传输所采用的密钥是不对称不规则的模式，在数据传输过，数据发送端或者接收端每激活一次密钥，移动数据中心就会自动的核对相应的密钥并对下次数据传输的密钥做一定的更新，在这个过，新的密钥是数据中心随机分配生成的，密钥采用动态管理的模式，因此，用户数据信息的安保能在大量数据的传输过，GPRS技术会选择把完整的传输文件分割成若干个长度相同的数据段，然后在以段落为单位分别通过移动通信的技术传输到目的地，数据全部到达目的地以后再讲每个小段落合成恢复成完整的文件段落。在此过，为了保证数据传输的可靠性，除了对整段数据进行分割以外，每个段落还会配备相应的动态地址、密钥、纠错码等其他信息来确保信息的顺序。因此，即使不慎被截获了某一个段落的数输【1820。本章小本章详细介绍了设计无线抄表系统需要用到的两种技术 技术 技术。通过本章的介绍，认真分析了两种技术各自的优缺点，最终确定22整个抄表系统在不同模块对两种技术的具体应用方式近些年来，居民基础建设发展迅速，独立的独立的四表（水表、、燃气表、热表数量不断增加。因此，四表数据的高效、准确以及自动抄送是各个行业行业和相关单位迫切想解决的问题。随着客户数量的不断增多，特别是一户一表甚至一户多表的推广，各个部门数据抄送的工作量成倍增加，此外，为了响应国家节能降耗保护环境的政策，各个行业部门都着巨大的压力。如何利用当前新兴的先进技术来整合公用事业资源，实现节能降耗最大化，自动抄表无疑是最有效的技术之一。我设计的无线自动抄表系统，在局域内使用短距离无线通信技术，广域内使用无线通信技术，能够为系统的顺利运行提供比较稳定优质的无线网络。企业可以实时监测到每个表节点以及整个网络的运行状况，方便日常的管理和后期的。同时，这种抄表方式大大提高了相关企业的工作效率，从根本上解放了一线工作人员，劳动强度降低，自动化水平大大提高，为企业创造了一定的经济效益，实现了管理的先进性和高效性。系统需求作为一个完善的无线抄表系统，主要需要实现以下功能：搭建完整的无线抄表数进行适的处理和理这些据；可自记录所抄表有的操作，并到日志数据库中。具体的功能特征如表3.1所示：3.1功能模 功能描软GPRS

ZigBee自组网的功能，当有新的节点加入网络或者故障节点离开网据情况以及其他信息指标做一定的检测，保证集中器能有一个稳定的33功能模 功能描

点抄

令对每个表节点编号，方便故障节点的检测和新加入节点的管理。为整个抄表系统的中的多有的人工以及自动的操作都做了记录并且在数3.2无线抄表系统的总体设计方本文设计的无线抄表系统采用ZgBee无线网络和GPRS网络相结合的混合网络结构，局域网络内部采用ZgBee短距离无线通信技术，广域网络采用GPRS无线通信技术。搭建的抄表网络从系统构架上基本分为五大部分：器模块、中继器模块、集中器模块、上位机模块以及备用的手持终端模块。无线抄表系统总体结构如图3.1所示。系统的主要硬件设备如下(1)表节表节点是最基本的，也是最末端的设备，除了承担必须的计数功能以外，表节点通过还ZgBee网络与相互通信，将数据传至。(2)器主要完成四表处理的工作，在系统中，器起到承上启下的作用，一方面跟中继器通信，向上行的中继器传送抄来的数据，另一方面跟表节点通信，从下行的表节点实时或定时的收集表数据，并对这些数据进行适当的处理，和管理。在ZgBee网络中，是完整功能节点，具备路由能力。中继中继器是为了增强自动抄表网络稳定性而加入到网络中的设备，主要功能是实现网络子节点管理，它虽然不与任何计量仪表连接，但可休眠模块中的数据。它安装在特定的位置利用ZgBee网络的路由能力，为不能直接通信的节点之间提供无线信号中继功能，保证自动抄表网络稳定通畅，使得终端数据能够顺畅地传送到集中器上。它还实现数据转发功能，可并管理休眠模块发送来的数据，并将这些数据转发到上层数据管理软件。集中ZigBeeZigBee自动抄表网络只有一ZigBee自动抄表网络中所有仪表的数据，并将这些数据通过GPRS传输到ZigBee网络之外，它也是ZigBee网络与GPRS网络的接口，完ZigBeeGPRS网络数据的转换，并将数据传输给上位机。集中器属于不休眠ZigBeeZigBee网络的建立，同时具备33 网络提供了双向接口上位机通过特有的数据管理软件完成对整个系统的数据管理工作，它为用户和相关单位提供各自的表节点数据界面，通过网络ZigBee抄表网络当中的相关数据调用控制器传输过来的数据，将数据处理、，并向控制器发出指令，设置参数。为用户提供具体数据的查询功能；并且能分析数据，产生具体的手持终端是整个系统的备用系统，当系统出现故障不能正常完成抄表功能的时候，手持设备作为一种辅助抄表设备，为操作者提供可移动的能力，可以在小范围内实现仪表数据的手动抄收。同时，手持设备也是ZgBee抄表网络调试安装人员不可或缺的测试设备。本章小本章通过分析抄表系统的固有需求设计了基于ZigBee和GPRS的无线抄表系统的总体方案。整个抄表系统分为五大部分：器模块、中继器模块、集中器模块、上位机模块以及备用的手持终端模块。并且细分的介绍了每个模块承担的主要4无线抄表系统的硬件设抄表系统的基本无线通信表表表表上位通信线通数线通数线通GPRS线通信模集中基于ZigBee短距离无线通信技术与GPRS无线技术设计的无线抄表系统主要由表节点、器模块、中继器模块、集中器模块、上位机模块以及备用的无线通信表表表表上位通信线通数线通数线通GPRS线通信模集中表表线通数中继器 集中表表线通数 模块及电路设ZigBee解决方在对比了现有的几种ZigBee方案后，本设计最终选用了TI(德州仪器下属的Chipcon公司生产的CC2430。它是的符合ZigBee技术规范的2.4GHz射频系统单,它在过去Chipcon公司的CC2420的架构基础上做了一定的改进，使得整个 在单个上整合了微控制器、 射频(RF)前端以及内存其中包44188051的内核、可编程闪128KB8KBRAM，此还包A/D转换器、几个定时器、AES-128协同处理器、看门狗定时器、32kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路、掉电检测电路，以及21个可编程I/O引脚。CC2430ChipconSmartRF030.18umCMOS工艺制成，只需极少外部元器件，在正常工作时的流耗仅有27mA性能稳定、功耗极低。ZigBee网络中IEEE802.15.4标准对选择性和敏感性指数要求极高，查重CC2430模块的选择性以及敏感性都在标准协议之上，绝对可以确保短距离无线通信的数据能有效、可靠的传输。而且短距离无线通信设备在数据传输过的最高传输率可以达到250kbps，很容易就能实现多个节点的快速组网功能【21-27。CC2430的休眠模式和转换到主动模式的超短时间的特性，特别适合那些要求电池非常长的应用。CC2430还具有以下优点80512.4GHzRFZigBee的标准协议IEEE802.15.4168位。此外，它还带有能同时支持好几组不同协议的USART,以及一个含有ZigBee的标准协议规范的MAC计时器。③对支持频段较强的能力以及对无线信号接受的良好灵敏度0.9μARTC能唤醒系统;在待机模式时少于0.6μA的流耗，外部的中断能唤醒系统。CSMA/CA⑥较宽的电压范围（2.0～3.6VRSSI/LQIDMA14ADC和AES通过上面对CC2430的具体分析，对照本系统，主要考虑到经济实用性，开发和Chipcon公司的CC2430【31-38。基于CC2430的硬件电路设CC2430单电路设计简单，对外部元器件的需求量少，只需要很简单的外围电路设计就可以实现无线信号的数据传输能力。CC2430典型电路设计如图4.2在图4.2的右半部分是CC2430经典电路中的非平衡天线电路，整个电路中的非平衡变压器由一个电容C27,三个电感L4、L9、L10，以及微波传输线PCB组成。在电路中使用这个非平衡变压器的原因是它能使得天线的各方面性能更优。电路中天线的射RF端输入/50欧是手册中的硬性要求。电路中有两个晶振电路：32MHz32.768kHz低频晶振电路。高频晶振电路主要包括如图所示的32MHz石英谐振器X3以及两个电容C35、C36组成；低频晶振电路主要包括如图所示的32.768kHz石英谐振器X5以及两个电容C3、C21组成。由于CC2430有休眠的功能，所以不同状态需要配合不同频率的晶振电路工作，当CC2430处于休眠状态时，电路就会自动关闭高频的晶振以达到降低和系统功耗的作用，此时，低频晶振就会进入工作状态，保证系统正常运转并且等待外部中断将系统从休眠模式唤醒。1.8V电压供电的引脚和内部电源供电，在电路中，电C19、C20、C23、C25C39 模块及电路设GPRS模块解决44GPRSGPRS模块是公司的SIM900A模块SIM900A采用了功能强大的ARM926EJ-S处理器，是一个2GSM/GPRSEGSM900MHzDCS1800MHz。SIM900AGPRSmulti-slotclass10/class8GPRSCS-1,CS-2,CS-3andCS-4。由于尺寸只有24mmx24mmx3mm，所以SIM900A几乎可以满足所有用户应用中的对空间尺寸的要求，例如M2M，数据传输系统等。模块和用户移动应用的物理接口68SIM900A采用省电技术设计，所以在SLEEP1.0mASIM900A内嵌TCP/IP协议，TCP/IPATTCP/IP协议，这些在用户做数据传输方除此之外，SIM900A还有一些其他特性，如表4.1表4.1SIM900A主要特特 说 GSM类型 受限工作温度：-40℃到-30℃，+80℃到+85℃ GPRS42.8编码格式：CS-1，CS-2，CS-3CS-短消息

TCP/IPCSD：2.4，4.8，9.6，14.4MT，MO，CB，Text和PDU模式短消息（SMS）设备：SIM卡 Group3Class1SIM卡接口 管 支持类型SATclass3,GSM11.14特 说实时时钟（RTC）支持定时功 通过AT命令设软件升 SIM900A模块主要由GSM射频模块、GSM基带处理器、供电模块(ASIC)，闪存、天线接口以及其他的辅助功能接口组成，如图4.3所示。综上所述 性能稳定，外观小巧，性价比高，能满足本系统的工作需求基于SIM900A模块的电路设GPRS模块是基于移动或者的数据流量业务，把整个系统到得数据传输到上位机，也就是实现数据的传输，用来完成数据的传抄以及控制管理功能。为了使系统中的每个模块都能独立工作并且不影响整个系统的运行速度和质量，本设计将SIM900A模块做成单独的工作系统，独立完成数据的接收及发送，GPRS模块具体的外围电路设计如图4.4所示。SIM900A采用VBAT为3.4V到4.5V的单电源供电。在一些情况下，信号传输的猝发会导致电压跌落，这时电流损耗的峰值会达到2A。因此，电源必须能提供足够到2A的电流。为了满足以上电源特性要求，本选用XMA15-WD05P05PG开关电源作为集中器的供电模块，该产品具有输入电压范围宽交直两用，高效率、高可靠性、低功耗、安全等优点，足以满足GPRS数据发送时所引起的电流突变电源特性需44求；此外，它还具有低纹波噪声、高功率密度、输出过载及短路保护等特点。XMA15-WD05P05PG具有5V输出，分别能提供0.5A和2.5A电流，5V/2.5A输出端口经过两个并联的1N4007降压,作为GPRS模块的供电电源。图4.4SIM900A电路根据本的设计需求，GPRS模块的电源可通过主控和继电器控制，当GPRS模块工作不正常或者其他需要开关机模块的情况下，可以通过单片机控制模块SIMSIM900A模块支持1.8V3.0VSIM的卡。SIM卡的接口电平由模块内部的电压串在I/O22欧电阻用于匹配模块和SIMSIMDATA已再模块内部上拉，并联的22pF电容能滤除信号中的杂波，防止高频干扰，SIMVCC并联100nF电容，以稳定电源输出，减小纹波，在PCB布局时，SIM需尽量靠近模块，增加SIM卡电路的稳定性。SIM900A的串口信号线包括数据信号线TXDRXD，状态信号线以及控制信号线，数据信号线和单片机的串口1相连，由于GPRS模块的串口电平为2.8V，单片机的串口电平为3.3V，因此需要串接电阻进行匹配，电阻的阻值选用300欧，实际使用过根据效果对该阻值进行调整，另外根据本系统的实际需求连接模块的RTS、CTS、DSR、DTR信号线至单片机的I/O口，在软件的调试中使用。集中器硬件电路一个ZigBeeZigBee自动抄表网络中所有仪表的数据，并将这些数据通过GPRS传输到ZigBee网络之外，集中ZigBeeGPRSZigBeeGPRS网络数据的转换，它属于不休眠节点，能够负责整个Zigbee网络的建立，同时具备路由能力，在网络建立成功之后，集中器是外界与整个网络通的的网关，为外界Zigbee网络提供了双集中器主要由GPRS无线通信模块、ZigBee无线通信模块、数据模块、微处理器、电源模块以、复位模块以及时钟模块组成，具体硬件框图如图4.5所示。主控电路设MSP430F249单片机是德州仪器(TI)推出的一款16位超低功耗RISC结构的混合信号处理器，超低功耗在1.8～3.6V电压，具有丰富的寻址方式、简洁的指令、大量的寄存器及RAM8MHz晶体下运算能力达IMIPS。该单片机具备代码保护FLASH型程序器，提供JTAG接口，程序代码可以方便的写入和擦除，能实现调试仿真功能；具有安全熔丝，可以很好的保护程序代码。这些特点使该单片机采用C语言开发仍然具有很高的效率。MSP430F249单片机的片内外设资源丰富，具备两个通用串行同步/异步通通44口：USART0和USARTl，它们具有相同的功能，但是用不同的引脚通信，具有不同的寄存器控制模块，相同功能的寄存器具有不同的地址。集中器使USART0和ZigBee模块连接，使用USART1连接GPRS通信模块，这串行接口都工作在异步通信模式。LED发光二系统中包含一个按键，用于和设置集中器参数时设定，具体电路如图4.6所示。集中器电源集中器电源电路需保证控制系统的稳定运行，满足GPRS模块的大电流参数需求，电源模块采用XMA15-WD05P05PG开关电源，电源5V/2.5A输出端作为系统的电源输出，经过两级并联的1N4007降压,作为GPRS模块的供电电源，增加1个10000uF的电解电容，保证在电源电压在GPRS模块消耗大电流时稳定输出，采用RH5RE33AA为5V电源降压至3.3V，作为单片机和ZigBee模块的工作电源。为保证系统市电断电状态下能够稳定运行24小时以上，锂电池容量选用锂电池的充电管理选取TI的电源管理BQ24092，该电路简单，并能有效指示充电的状态，具体电路如图4.7所示：4.7时钟电路为确保系统时间的准确性，并能使系统时间在集中器断电的情况下正常运行，本系统使用Epson 公司的RX8025时钟模块为系统提供准确的时间。该模块是内置高精度频率调整的32.768kHz水晶振子的IIC总线接口方式的实时计时器,相当于每月只有13秒的偏差。它可以同过简单的串口方式跟单片机通信，除了具有6种发生中断功能、2个系统的闹钟功能、对内部数据进行有效无效判定的振动停止检测功能、电源电压监视功能等外，还配有时钟精度调整功能，可以对时钟进行任意精度调整。内部振荡回路是以固定电压驱动，因而可获得受电压变动影响小且稳定的32.768kHz时钟输出。时钟在具体的计时过可以根据AM/PM的指令决定选择采用12小时制还是24小时制，而且时钟显示的实时时间是一直细化到具体的年、月、日、时、分、秒的。此外，它能自（可以选择检测电压阈值、停止检测功能以及加电重设检测功能。此外，功耗较低，低消耗电流仅0.48μA/3.0V。44RX8025与单片机之间通过IIC总线进行通信，仅需用到数据线I/O，和串行时钟SCLK，R12、R13为10K上拉电阻，保证单片机能够准确时钟。RX8025主要用于记录集中器的抄表时间，另外为系统的有序运行提供基准时钟。为保证RX8025稳系统有外接电源时，RX80253.3V电源运行，当系统断电时，3V备用电池能够保证RX8025稳定运行。时钟硬件电路如图4.8所示。数据电路设本方案中，集中器不仅具有实时响应上位机抄表命令的功能，另外具有定时抄表功能，为保证定时抄表的数据能有有效保存，本方案选用AT24C512，在数据的系统中，特别是对数据容量要求较大的系统，AT24C512串行大容量器（EEPROM）的广泛使用，使产品开发的硬件成本、功耗、体积大大AT24C512有如下三种工作电压：5V、2.7V1.8V64k*8存储单元，可保存一千多条表结点的数据。符合双向数据传送IIC协议，具有软硬件双重保护功能：硬件写保护以及软件数据保护。的读写模式是按页（每页含128个字节）或者按字节。AT24C512一共有八个引脚。其中A0和A1端口是地址选择输入端。在串行总线的结构当中，如果需要连接多个的时候，可以用A0和A1端口来区分具体是哪个；此外还有串行时钟输入SCL端，一般情况下，在SCL的上升沿将数据写入器，而在SCL的下降沿则从器读出数据；SDA端口是双向串行数据输入输出口，主要是实现器与单片机之间的数据交换功能；写保护输入WP端，当WP端口接地时，允许写操作，WP端口与VCC相连时，所有的写器都被,如果WP悬空不接，此管脚就在内部下拉到地。具体的电路如图4.9图4.9数据模块硬件电传输终端硬件传输终端由两部分组成：器和中继器主要完成四表处理的工作，使用市电进行供电，属于不休眠模块，是ZigBee网络中的简单功能节点。中继器是为了增强自动抄表网络稳定性而加入到网络中的设备，它安装在特定的位置，利用ZigBee网络的路由能力，为不能直接通信的节点之间提供无线信号中继功能，保证器和集中器之间数据的传送。它除了不含有跟表结点的通信模块以外，其他的硬件结构与器一致。为方便有效表结点的信息，器表节点信息采用两种方法兼容的方式:RS485总线模式和CC1100E短距离无线通信模式。因此，在实际的使用过结合现场的实际情况选用适合的方案。所以模块主要由主控CC2430（MCU+RFCC100复位模块以及时钟模块组成，具体硬件框图如图4.10所示。44图4.10器硬件框CC1100无线通信模块设计CC1100E是一款Sub-Ghz高性能射频收发器，是专门为低功耗无线应用而设计的,是一种低成本真正单片的特高频UHF收发器。电路只要应用在两个大的方面：其中一类是适合于工业、科学以及医学的频段，主要包315MHz、433MHz、868MHz以及915MHz。另一类是适用于短距离无线通信设备的SRD频段。此外，它外部功能简单易用，可以很容易的设置为工作所需要的频段，特别适用于本系统中100~350M短距离无线通信设备的应用【28。CC1100的射频端集成了一个高性能的调制解调器，它可以在比较大的范围内自由配置参数，它支持很多不同的调试解调格式，最高传输速率可以大到500kbps。此外，调制解调器集成了误差校验模块，可以对钱箱误差进行精准的校验，使得整个模CC1100电路简单，可提供对数据处理，信道指示，无线唤醒多种硬件技术的支持。具作参数的配置以及数据抄送传输的操作都是通过SPI口来控和CSn对CC1100E进行配置，此时CC1100E为从属器件，该接口还可以用于和写入缓冲数据。SPI接口上的所有数据传输均以最开始，在SPI总线上传输数据期间，CSn引脚必须保持低电平，如果CSn电平升高，那么传输就会被取消。CC1100E具有二个的可配置引脚GDO0和GDO2通过配置这两个引脚用来对CC2430产生中断，CC2430进行相应的数据收发处理。具体的应用电路如图4.11所示。RS485通信模块RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。本系统中使用MAX485，通过CC2430的USART0来完成表结点与的通信。MAX485的额定工作电流为300μA，标准工作电源为5V，采用的通讯方式RS-485TTL电平相互转化的功能，在本系统中主要是将TTL转化为RS-485。MAX485的内部结构和引脚功能都非常简单,容易上手，它内部含有一个驱动器以及一个。RO和DI端分别为的输出和驱动器的输入端，分别与CC2430RXDTXDREDERE为逻0DE1CC2430P0.4485电路对系统造成干扰或者接收信号时高压脉冲烧坏单片机串口，因此使用光耦TP521-1对信号进行，提高系统的稳定性。485通信模块的具体电路如图4.12所示：44电源模块为减少用户在使用该方案中前期施工的工作量，电源部分采用高能锂离子电池供电，电池输出电压为7.2V1N5817对锂电池输出电压稳压，通过RH5RE33AA稳压后得到3.3V电压，作为CC2430、时钟和的工作电压，通过RH5R50AA降电压降至5V作为MAX485的工作电压。电源电路如图4.13所示。由于节点为休眠模块，因此，节点使用高能锂离子电池的工作时间可以长达五年以上，该方案不仅解决了使流电在施工过的取电和电费的结算问题，也使得ZigBee节点的部署更加方便和灵活本章小ZigBee短距离无线通信模块和GPRS无线通信模块电路的设计，最后按照系统构成对集中器模块以555无线抄表系统的软件设本系统结合GPRS和ZigBee技术，具备命令控制、自动组建网络、集中器定时抄表、上位机自动抄表等功能，基于以上功能，软件部分的设计主要包括集中器、中继器和的软件设计。系统采用C语言作为开发工具,软件开发环境为MSP430开发软件IAR集成开发环境,包括IAR嵌入式工作台(embeddedworkbench)和C-SPY调试5.1无线抄表数据协议格无线数据传输协议是我们通过大量实践及查看抄表规约，根据自身需要制定的，本系统协议定义了GPRS网络连接协议、ZigBee网络数据转发以及抄表协议等，GPRS集中器GPRS网络连接数据帧起始字节 个字节，数据帧起始标识，固定为设备地址：2个字节，集中器的物理地址，为设定于集中器软件中标识集中器设控制码 个字节 为集中器发送的请求帧 为上位机发送的应答帧识数据标识 个字节，区分数据类型，请求连接数据位0x55AA，定时握手信号0x66BB，上GPRS网络信数据域：通信协议中携带的有效信息，2个字节；1个字节，0x18；读写命令帧用于通过下发命令参数的数值。命令以广播的形起始字节：20x68BB；设备地址：2个字节，终端设备号的固定地址控制码：1个字节，0x01代表数据帧为读命令，0x02代表数据为写命令，0x81表数据帧为应答数据标识 个字节，区分数据类型0x01，终端数据0x11，采样节点0x12，采样节点电压0x13，采样工作状态数据域长度：数据包含信息长度，命令帧为0；应答帧根据数据标识不同，数据域长度不同，1个字节数据域：通信协议中携带的结束符：数据帧结束标识，固定为1个字终端节点返回应答帧时数据域的具体数据信息：使用总量 个字节，剩余金额个字节，仪表工作状态 个字节数据转发帧动态路由：转发数据的节点标识，2个字节；目标路由：目标节点的地址，2个字节；数据域长度：数据帧携带令的长度；结束符：固定为0x18.本系统的软件协议设计考虑了自动抄表系统中的重要协议及一般应用功能，鉴于对自动抄表的功能需求在未来将会越来越多，越来越全面，本系统协议可进行升级。软件开发IARSystem是全球领先的嵌入式系统开发工具和服务的供应商。公司成立至今已C/C++编译器和调试器的集成开发环境（IDE、实时操作系统和中间件、开发套件、硬件仿真器以及状态机建模工具。国内普及的MSP430的开发软件并不多，主要IAREW430（EmbeddedWorkbenchforMSP430）和AQ430。IAREmbeddedWorkbench提供一个嵌入式开发的完整集成环境。一整套的嵌入式开发环境，包括编辑、编译、连接、调试软件，主要支持8到16位处理器。集成的编55译器主要产品特征：高效PROMable代码、完全标准C兼容、内建对应的程序速度和大小优化器、目标特性扩充、版本控制和扩展工具支持良好便捷的中断处理和模拟、瓶颈性能分析、高效浮点支持、内存模式选择、工相对路径支持。IAREW430软件提供了工程管理，程序编辑，代码，调试等所有功能。并且软件界面和操作方法简单。本文根据具体的调试选用不同的IAR版本【39-42。主模块程序设集中器软件集中器作为ZgBee网络与上位机之间的桥梁，能通过GPRS模块接收并处理上位机发送令，作为ZgBee网络中的协调器，其具备组建ZgBee网络的功能，并能够管理网络中的节点；作为上位机自动抄表功能的补偿，在上位机为发送抄表命令时，集中器可以定时抄表并到的表节点的数据，由于路由节点和 节点都属休眠模块，因此集中器在发送数据帧之前都需要先发送激活码，保证其周围的ZgBee节点进入激活状态，在上位机发送抄表命令时，集中器可以迅速的将的表节点信息上传至上位机，缩短了系统的响应时间。集中器上电主程序运行，软件先配置集中器工作的相关工作参数，包括定时器、串口通信参数及其他模块的工作参数，进入主循环后控制GPRS模块连接至预设的服务器，为保证GPRS模块与上位机的有效连接，单片机需定通过GPRS模块向上位机发送握手信号，在握手失败时及时重新与上位机进行GPRS通信连接。软件需及时处理来自GPRS模块的串口中断信息，对于集中器本身的操作信息，执行完操作命令后向上位机返回应答帧，接收到抄表命令或者网络命令时，将命令通过串口发送至ZigBee模块，通过ZigBee网络完成对对应命令操作，串口接收到ZigBee网络的相关应答数据后，再通过GPRS模块传送至服务器。模块集中器的软件流程图如图5.1所示：开开NGPRS连接成功YNN网络组建成功NYYY结转发应答/冻结数返回错误信发送组网命收到ZigBee收到抄表命令/定时抄发送GPRS握手GPRS握手建立GPRS返回网络信中继器软件络深度拓展，中继器即是网络的子节点，又是网络终端的父节点，需要先加入信息和网络信息，当中继器接收到父亲节点的数据转发命令时，根据命令信息将器；当中继器