无线抄表系统设计与实现

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1、无线抄表系统设计与实现王伟1，2　马永刚1，2　宋春麟1　任维浩1（1.大连东软信息学院，辽宁大连116023；2.大连海洋大学，辽宁大连116023)【摘要】对于居民小区抄表终端分布较密、距离较近的情况，采用基于ZigBee的无线组网可妥善解决自动抄表问题。本设计是基于LabVIEW与ZigBee的无线抄表系统设计与实现，主要介绍了上位机软件设计，下位机硬件组成和工作原理。本设计具有节省时间、人力、物力，提高工作效率、降低物业成本，可及时地将用户水、电、气表数据抄送到物业等优点。.jyqk，多达256kB的闪存以支持更大的应用，其强大的地址识别和数据包处理引擎，能够很好地

2、匹配RF前端，封装更小。2.1　采集器与路由器硬件设计采集器的任务是接收上位机的指令，根据指令的要求抄取底层连接的数字仪表的数据，通过无线网络将数据发送给上位机。路由器的主要功能有：扩展无线传感器网络的传输范围；转发集中器与采集器间的通信命令与数据信息。采集器与仪表通过RS-485标准串行接口连接。根据RS-485通信协议，仪表通过RS-485接口向采集器返回报文即仪表数据，采集器再将这些数据打包后通过无线网络传给集中器，集中器再将数据包上传给上位机。采集器与路由器硬件由核心处理器CC2530无线模块、RS-485接口电路、无线通信电路、电源电路等几部分组成。采集器与路由器

3、硬件结构示意图如图2所示。2.2　协调器硬件设计协调器的硬件结构如图3所示，其主要功能有：负责启动、配置与协调整个ZigBee网络；下发集抄中心的命令与数据信息给ZigBee网络中的任一设备；接收ZigBee网络中任一设备返回的仪表数据、仪表状态与网络状态信息并上传到小区管理中心上位机。3　下位机软件设计3.1　采集器软件设计采集器程序流程图如图4所示：采集器接收到协调器发送的命令（用户地址）后，与本模块负责管理的用户地址对比，若在本模块负责范围内，则采集器会发送相应用户数据信息给协调器。3.2　协调器软件设计协调器软件设计流程图如图5所示：首先协调器进行串口初始化，包括设

4、置波特率、中断等，并以广播方式建立网络，之后对串口和无线监测，当串口或无线事件发生时进行处理，若是串口事件发生，则协调器通过串口接收到上位机命令并无线发送出去，若是无线网络事件发生，则协调器会进行处理：新节点加入网络还是接收无线数据。4　上位机软件设计上位机所用的串口通信程序采用LabVIEW编写，LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发，是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。本设计过程中，上位机程序主要实现对下位机的控制和对信息的读取与显示等功能。其中用到的函数有：①VISA串口中断；②VISA串口字节数；③VISA读取；④VIS

5、A关闭；⑤VISA配置串口。核心部分程序流程图如图6所示。下面是采用LabVIEW实现的数据显示部分，本部分通过字符串截取控件筛选出需要显示的数据，通过控件显示，再通过字符串/数值转换控件将数据转化为数值，这样可以通过仪表、波形图等控件显示出来，更加直观而且便于观察。数据显示部分框图如图7所示。5　模拟测试为了测试抄表节点的实际运行效果，在实验室环境进行了模拟测试。模拟网络由1个协调器、1个路由器、2个抄表终端节点、3个数字量传感器模拟水、电、气信息量，并连接至有RS-485总线的系统板上，1台PC机通过RS-232通信接口与协调器相连。通过设置LabVIEW设计的上位机软

6、件来查询1号楼，1单元，101室的用量信息，查询结果如图8所示。在选择不同的单元、门牌号时，程序会通过串口发送不同的指令以获取不同的用户数据。此外上位机还可以导入用户头像，在选择时可以显示图片，更加直观，另外还添加了语音播报功能，可以播报查询信息和显示系统时间。6　结语上面的调试结果成功完成了整个系统的设计和实现，模拟实现了自动抄表过程，但还存在很多不足之处，例如传输距离只有几十米，通信距离比较短。在实际应用中，若要扩展通信范围，一方面在采集器端增加功率放大器，另一方面也可以在抄表两端之间再加中继器，这样才可以实现更远距离的抄表，另外目前水、煤气仪表仍然是机械表，没有RS-

7、485接口，只有电表具有RS-485接口，何时能将机械表更换成电子表还有待于国家相关部门的改进。..