基于zigbee的远程电力抄表数据采集器设计

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1、基于zigBee的远程电力抄表数据采集器设计摘要：为设计一种安装维护方便，低功耗和数据通信可靠的数据采集终端，根据无线技术发展，提出一种基于无线传感器网络的远程电力数据采集器设计方案，avr作为整个系统的核。控制器，负责对采集的电量数据进行处理，并进行智能控制，利用zigbee短距离无线通信技术进行数据传输，大大减少了工程的布线复杂度，提高了数据通信的可靠性，降低了功耗。试验结果表明，终端工作可靠、正常。关键词：无线传感器网络；数据采集器zigbee低功耗电量计量与抄收是现代电力营销系统的一个重要环节。传统的电量管理采用

2、人工方式进行抄收和结算，具有一致性差，管理难度大等问题。由于电表分布点多、面广、环境复杂等特点，自动抄表系统一直难以实用化，其中的主要原因是缺少实用、可靠、廉价的数据传输手段和抄表终端。基于以上原因，设计一种安装维护方便、长期稳定可靠，不但可以抄读表具数据而且可以监控表具运行状态的远程抄表数据终端，已经成为业内亟待解决的问题。本文给出了一种基于zigbee技术的远程自动抄表数据终端，通信质量好、工作可靠、经济实用，可以准确及时地将用户电能表数据抄取上传，是一种理想的自动抄表解决方案。远程电力抄表系统整体框架设计系统运行时

3、，首先通过电能表的rs485总线数据接口传输给采集器。采集器巡检各表rs485总线数据进行处理或计数，并将结果存储。采集器与集中器的通信采用zigbee无线通信模块，采集器平时处于接收状态，当接收到集中器的操作指令时，按照指令内容操作，将本采集器有关数据通过无线通信模块送至集中器。集中器可以定时或实时地对下辖的采集器进行数据抄收，并进行存储。当上级设备——计算机调用数据时，则将所存储的数据打包送上。管理中心计算机可以对集中器，并通过集中器对采集终端进行各种操作。系统整体框架设计图如图1所示。2数据采集器节点的硬件设计2.

4、1数据采集器硬件框图如图2所示，数据采集器模块中选用atmega1281单片机为数据处理单元，采用与zigbee/ieee802.15.4兼容的无线射频收发芯片at86rf230设计数据传输单元，数据采集单元采用rs485总线技术巡检各电能表，并连接lcdl602和dsl302显示各电能表耗能数值和采集时间。本方案设计的数据采集器终端的下行通道采用rs485总线与多台电表连接，用于电表的数据采集和通断电控制，上行通信采用zigbee无线传感器网络技术，通过网络与数据集中器进行数据交互实现电表数据的远传。图2数据采集终端节

5、点硬件框图2.2微控制器与无线射频收发芯片的电路设计无线射频收发芯片选用基于zigbee/ieee802.15.4设计的低功耗2.4ghz无线收发芯片at86rf230。如图3所示。atmegal281通过4个spi总线接口以及其他4条控制线与at86rf230进行通信，在at86rf230上电容c，和c2用于去直流偏置，cbz和cm为供电电源的去耦合电容，c(hr1)和cb3为电压调节器的负载电容，可以在低电压时保证芯片工作稳定，晶振xtal与负载电容cxl和cx2构成晶振电路ⅲ。微控制器通过spi接口编程控制寄存器，

6、同时完成与at86rf230的数据交换。2.3采集单元的rs485接口电路设计为了实现总线和微控制器的隔离，在微控制器的异步通信口与max485之间采用光耦隔离，如图4所示，atmegal281的pd2，pd3，pd5通过光耦隔离器分别对接收、输入、控制信号起隔离作用。在输出线路设计上，rxs为传输线路上的匹配电阻，以减少线路上传输信号的反射，在max485的485信号输出端串联了两个20的电阻rr以防止由于本机的故障而影响总线中其他分机的通信.在485电路的a、b输出端加接上拉、下拉电阻r(h1)r(h2)使a端电位高

7、于b端电位，这样rxd的电平在rs485总线不发送期间(总线悬浮时)呈现惟一的高电平，这样就可以避免在总线上所有发送器被禁止时，常常误认为通信帧的起始引起工作不正常。通过以上设计就可以实现微控制器通过rs485总线对其管辖的各电能计量单元的数据进行采集、处理、存储和控制的目的。3数据采集终端节点的软件实现3.1数据采集单元的传输协议本设计在数据采集部分的rs485网络中采用多功能电能表通信规约(dl/t645-1997)作为电能表的远程控制通信协议，在整个网络中通信链路的建立和解除将由采集终端发出的信息帧来控制，通信字节

8、格式如图5所示，传送方向由低到高位，一个起始位，一个停止位.一个偶校验位，八个数据位共11位。其中，帧起始符68h：标示一帧的开始。地址域a0～a5：地址长度可达12位十进制数，当从控制器接收到一帧数据时，地址域相同时应响应命令，取得总线控制权，当响应后应把总线控制权归还给主控制器。命令码c：执行相应的操作。数据域长