智能无线抄表系统设计

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1、系统简介基于无线传感器网络的智能无线抄表系统以无线传输方式，实现大范围灵活布置电表节点网络，方便设计与安装；能够对节点进行实时监测与参数修改，方便用户管理与维护；可实现节点数据实时上传、在线诊断，为用户建立节点原始信息数据库，方便分析与利用。具体来说本系统主要有流量计终端、中继节点、基站以及控制平台四部分组成。流量计终端节点负载读取流量计中的数据，并将数据通过无线传感器网络传送至远程监控屮心。中继节点主要负责数据的转发，从而保证网络拓扑结构的连通性。基站具有较强的处理能力和通信能力，主要对节点发送来的数据进行处理并通过串口传送至PC机。控制平台

2、主要实现对各个终端节点的管理以及节点数据的显示。系统节点设计在本系统中，节点根据工作性质的不同可以分为三种，分别是用于终端数据读取与发送的传感器节点、进行数据转发业务的中继节点以及基站节点。本文重点介绍终端节点的硬件设计。终端节点的任务是读取流量计中的数据，并将数据发送出去。所以该节点的硬件组成主要有处理单元，无线通信单元以及电源单元3个部分，至于数据的读取是通过将流量计中的数据输出端口与处理器直接连接实现的，因为流量计输岀的数据为数字信号，所以在与处理芯片连接时不需要其他转换电路。下而将分别介绍这几个单元。①处理器模块ATmegal62[34

3、]是高性能、低功耗的8位AVR微处理器，采用先进的RISC结构，拥有131条指令、32个8位通用工作寄存器、工作于16MHz时性能高达16MIPS,16K字节的系统内可编程Flash,512字节的EEPROM,1K字节的片内SRAM,64K字节可选外部存储空间，通过SPI接口进行系统内编程，两路8位PWM通道，可编程的串行USART可工作于主机/从机模式的SPI串行接口，5中休眠模式：空闲模式、省电模式、掉电模式和待机模式以及扩展待机模式等特征。节点处理器模块的电路原理图如图4.11所示：②无线通信模块CC1100[35]是基于0.18微米CM

4、OS晶体Chipcom的SmartRF04技术，是一种低成本真正单片的UHF收发器。电路主要设定为在315、433、868和915MHz的ISM（工业、科学和医学）和SRD（短距离设备）频率波段。RF收发器集成了一个高度可配置的调制解调器。这个调制解调器支持不同的调制格式，其数据传输率可达500kbpso通过开启集成在调制解调器上的前向误差校止选项，能是性能得到提升。CC1100为数据包处理、数据缓冲、突发数据传输、信道评估、连接质量指示和电磁波激发提供广泛的硬件支持。节点无线通信模块的电路原理图如图4.12所示：-・<・LX2V1X£_<-9

5、Udarbr0l?・_二—图4.11处理模块电路原理图Fig4.11Thecircuitofprocessormodule图4.12通信模块电路原理图Fig4.12Thecircuitofwirelesstransmissionmodule①电源模块ATmegal62的工作电压Vcc应在2.7V~5.5V之间,工作电流Icc在2~20mA(8MHz)范围内oCCllOO的工作电压处于2.1~3.6V之间，工作电流为18.8mAo根据以上要求，本文采用3.3V作为传感器节点的工作电压，为了便于扩展同时留有5V的电压接口。电源模块的电路原理图如图4

6、.13所示：图4.13电源模块电路原理图Fig4」3Thecircuitofpowermodule流量计与节点的连接实物如图4.14所示，在实际连接过程中，只需用两根数据线将流量计的数据输出端UTX、RX分别与节点的数据端口RXkTX2连接起来，这样节点处理器可肓接读取流量计中的数据，在对数据进行初步处理后通过无线通信模块将数据发送出去。