ZigBee无线抄表

一．应用需求

  随着无线通信技术的不断发展，近年来出现了面向低成本设备无线联网要求的技术，称之为ZigBee，它是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，主要适合于自动控制、远程控制领域及家用设备联网，我们采用ZigBee技术和GPRS/CDMA技术结合，可以为无线抄表提供很好的解决方案。

二．无线抄表技术要求

    无线抄表系统对无线通讯数据的传输和保存有着很高的要求，即数据可靠性要求很高；由于供电局限性（主要指水表、气表），因此对功耗要求也很苛刻；无线抄表系统可以摆脱人工抄表的办法，利用数据通讯协议传输数据；基于以上原因，要求设计的自动无线远传抄表系统应该具有计量准确、通信可靠、抄表方便、功耗低等远程抄表系统的优点，以及节省人力、远程监控、远程维护的功能。

    同样是无线抄表系统，相对于电表而言，水表、气表的抄表系统存在更多的技术难题，这主要体现在抄表终端的设计上，归纳起来，水表、气表的抄表终端必须解决以下几个方面的技术要求：

    ● 供电 

    由于水表、气表的抄表终端采用电池供电，因此，对功耗要求非常苛刻，一般而言，电池的使用时间至少要在3～6年，这取决于电池的容量、设备的耗电情况、设备的运行要求等等因素。 

    ● 成本 

    无论是家庭用户，还是企业用户，抄表终端的成本始终是绕不开的话题，特别是家庭用户，对于成本更为敏感。这里的成本包括两个部分：第一，一次性改造或者安装的成本；第二，系统的运行成本。最好的方案应当是一次性投入的成本尽可能低，运行成本没有或者非常低。 

    ● 对表的故障检测 

    人工抄表除了抄读表的读数外，同时还担负着检查表工作是否正常的任务。如果改为自动抄表系统，那么该系统应当也具备对表故障的自动检测功能。当然，这需要表与抄表终端的配合才能实现。 

    ● 通信可靠性 

    这是无线抄表系统的最基本的要求，但同时又是不很容易解决定问题。 

    ● 无线网络的自组织、自愈功能 

    自组织：无需人工干预，网络节点能够感知其他节点的存在，并确定连接关系，组成结构化的网络； 

    自愈功能：增加或者删除一个节点，节点位置发生变动，节点发生故障等等，网络都能够自我修复，并对网络拓扑结构进行相应地调整，无需人工干预，保证整个系统仍然能正常工作。 

    ZigBee具备自组织、自愈能力。是自动抄表网络比较理想的选择，ZigBee技术能够很好地支持这种智能型的网络。

三．ZigBee的无线抄表系统

    通过前面对自来水抄表系统的技术要求分析，结合ZigBee技术特点和技术优势，采用ZigBee来实现水表的无线抄表是一个非常理想的解决方案。在实际应用中，我们选择了将与GPRS/CDMA结合起来，根据抄表用户的不同分布，来灵活地构建抄表的无线网络。

    ● 对于每个抄表终端而言，要求超低功耗、低成本（包括设备成本、运行成本），并且数据的传输速率不高，对于居民小区的抄表，抄表终端通常分布较密集、距离较近，ZigBee数据采集模块可以很好地满足这些要求； 

    ● 终端采集的数据需要送到自来水公司的集抄管理中心，这可以通过GPRS/CDMA网络来实现，它无距离限制，且无需网络规划、几乎不需要维护； 

    ● 所构建的ZigBee网络既可以是星形拓扑，也可以是网状网络拓扑，不论是哪种拓扑结构的ZigBee网络，根据实际的组网需要，设计合理的网络结构。

ZigBee无线自来水表抄表系统解决方案：

                      图1 系统拓扑图

    ● 采用MESH网状网络结构，保证数据传输的可靠性

    ● 每幢单元楼设置一个ZigBee远端节点

    ● 一个小区设置一个ZigBee中心节点

    ● ZigBee中心节点数据通过GPRS/CDMA或ADSL上传到集抄中心

ZigBee自来水抄表系统单元楼结构布置示意图：

图2 单元楼结构布置示意图

    ● 每楼层水表通过RS485总线连接ZigBee数传模块远端节点

    ● 每幢单元楼设置一个ZigBee数传模块远端节点，负责数据采集收发或作路由器

    ● ZigBee数传模块远端节点上传到ZigBee中心节点

四．Zigbee方案优势

    目前的自动抄表系统，从数据传输角度划分，可分为有线、无线两大类，这两大类抄表系统各有其适用的应用领域，但就抄表系统的投资、建设、维护等几方面而言，无线抄表系统显然具有更大优势。