無線傳感器網絡

無線傳感器網絡技術是一個近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本雙向無線通信技術,是一組基于IEEE802.15.4無線標準研制開發相關組網、安全和應用軟件方面技術。它支持3種關鍵自組織無線網絡類型,即星狀網、集群樹狀網和網狀網三種拓撲。網狀網是一個高可靠性AdHoc網絡,網狀網拓撲結構如圖1所表示。圖1WSN網狀網絡結構圖

本文研究基于無線傳感器網絡集中抄表系統采取網狀網結構無線傳感器網絡技術,實現用戶采集器與集中器間數據通信,經過CDMA/GPRS網絡實現集中器與抄表中心之間數據傳輸。ZigBee技術

ZigBee是一個無線連接技術商業化命名,該無線連接技術關鍵處理低成本、低功耗、低復雜度、低傳輸速率、近距離設備聯網應用。國際上,IEEE802.15.4工作組及ZigBee聯盟共同致力于該無線連接技術推廣工作,其中,IEEE802.15.4工作組關鍵負責制訂ZigBee物理層及MAC層協議,其它協議關鍵參考和采取現有標準,方便于以后不一樣廠商設備互連互通;ZigBee聯盟則負責高層應用及市場推廣工作。而于成立ZigBee聯盟現在已經吸引了上百家芯片企業、無線設備企業加入。現在,Freescale、TI等國際巨頭都已推出了比較成熟ZigBee開發平臺。ZigBee標準基于802.15.4協議棧而建立,含有了強大設備聯網功效,它支持三種關鍵自組織無線網絡類型,即星狀結構、網狀結構(Mesh)和簇狀結構(Clustertree),尤其是網狀結構,含有很強網絡健壯性和系統可靠性。系統結構

GPRS網絡是覆蓋范圍廣,性能較為完善無線網絡,GPRS通信網本身含有較強數據糾錯能力,數據傳輸率較高可達128Kb/s能夠確保數據傳輸可靠性和實時性。用ZigBee技術組成無線傳感器網絡結構簡單、體積小、成本低;采取GPRS網絡進行數據傳輸模塊體積小、功耗低,適合作為無線傳感器網絡數據節點,ZigBee技術、GPRS網絡數據傳輸與傳感器技術相結合組成新興無線傳感器網絡。

WSN網絡集中抄表系統整體采取分布式體系結構,用電管理中心與集中器之間(上層)數據采集采取星狀結構;集中器與采集器之間(下層)數據采集采取網狀網結構。無線抄表系統總體結構如圖2所表示。圖2無線抄表系統總體結構圖

上層通信以電力局中心系統主站為中心,經過GPRS/CDMA網絡與分散于各物業小區集中器連接,形成1對N連接形式,實現集中器和數據中心系統實時在線連接;下層通信包含集中器對電表參數采集、存放、轉發,以及轉發上位機下達指令和對電表進行控制操作等。出于成本與通信可靠性考慮,設計了采集器。每棟居民樓設置一個采集器,電表經過RS-485總線與采集器進行通信,采集器經過WSN終端節點與小區中心WSN中心節點及集中器進行通信。示意圖如圖3所表示。圖3無線抄表系統總體示意圖采取低成本WSN組網技術,結合GPRS/CDMA網絡組建了一個無線傳輸信道,縮短了單段傳輸距離,減弱了信道衰減與干擾影響,提升了信道傳輸穩定性。

該無線抄表系統含有以下優點:

●電表抄錄數據立刻、正確,系統傳輸容量大。

●可對電表設備進行遠程控制、參數調整、開關等控制操作。

●安裝、維護方便,不需要進行專門布線。

●集中抄表范圍廣,GPRS網絡覆蓋范圍廣,WSN技術使擴容無限制。系統關鍵功效

系統經過電能表RS-485總線數據接口或脈沖信號方法傳輸給采集器。采集器巡檢各電能表RS-485總線數據或接收到多路脈沖信號后進行處理或計數,并將結果存放。

采集器與集中器通信采取無線WSN模塊,采集器平時處于接收狀態,當接收到集中器操作指令時,根據指令內容操作,將本采集器相關數據經過無線WSN模塊送至集中器。

集中器能夠定時或實時對下轄采集器進行數據抄收,并進行存放。當上級設備—管理中心計算機調用數據時,則將所存放數據打包送上。管理中心計算機能夠對集中器,并經過集中器對采集終端進行多種操作。關鍵模塊功效

(1)用戶管理軟件

管理軟件對整個系統進行管理,經過轄下集中器能夠隨時調用系統內任一表計數據,并對數據進行處理。同時能夠對系統內設備發出多種指令。其關鍵功效以下。

●讀取和設置多種計量數據、管理參數。

●費用統計、查詢、備份、報表、收費單生成。

●電能表管理:設置電能表原始參數、地址、費率及其狀態。

●費率管理:可任意設定多個費率。

●小區管理:對各小區設置通信參數。

●用戶管理:管理和控制每個單位用量、時間等;管理用戶結算方法等。

●系統管理功效:管理操作人員及其權限;多種系統安裝數據,多種通信設置。

●定時抄表功效:對系統全部表計進行定時抄表,天天最少抄一次,抄表次數可設定并保留末次抄表數據。

●實時抄表功效:實時抄取任一表記目前數據及狀態。

●自動校時功效:定時抄表時自動較正系統內裝置時間。

●斷電功效:用戶違章時或欠費可切斷電、水、氣。

●斷線檢測功效:信號線接觸不良或斷線時,系統自動顯示。

●防竊功效:對系統內違章行為進行監督。

●超載報警功效:用戶用量超出計量表最大值1.2倍時報警。

●掉電數據保留功效:系統或某設備斷電時,數據長久保留。●短路檢測功效:信號線短路時,系統自動顯示。

●心跳監測功效:對每個采集器、集中器、無線傳輸模塊心跳數據進行實時監測。

●短信報警功效:當出現心跳數據異常或其她報警信息時,將依據設置要求發短信至相關人員。

(2)數據采集模塊

采集模塊可采集8個表計電脈沖信號、采集模塊可輪巡采集16個數字式電能表并進行數據轉換和存放。它作用是對用戶表進行數據采集處理,接收來自集中器發來多種操作命令,向集中器回送表計數據。對聲違章、欠費用戶實施警告和控制。

(3)集中器（TDR-05JJ）

集中器是整個系統橋梁,用于終端管理、數據緩存。集中器首先接收來自管理中心計算機多種操作命令并下傳采集終端;其次,將采集終端多種信息回傳管理中心計算機,同時還存放所轄表記數據和相關參數,并含有定時抄收采集終端（智能表）數據,實時臨視采集終端（智能表）工作狀態等功效。

(4)無線傳感器網絡模塊

無線傳感器網絡模塊包含終端模塊、路由器模塊和數據集中器模塊。終端模塊是經過RS-485總線將采集器數據發送出去,路由器模塊是起到數據中轉作用,數據集中器模塊是將全部沒有線傳感器網絡數據集中,并經過GPRS/CDMA網,將數據遠程傳輸到監控主機。其關鍵芯片使用\o"用于2.4GHzIEEE802.15.4/ZigBee?片上系統處理方案"CC2430單片機。圖4ZigBee關鍵模塊設計

(5)CDMA/GPRS無線傳輸模塊

CDMA/GPRS無線傳輸模塊關鍵用于小區集中器或與供電企業管理計算機之間遠程數據傳輸。CDMA/GPRS無線傳輸模塊就近與集中器RS-232端口或小區中心管理計算機串口直接相接,經過CDMA/GPRS網絡與供電局鏈接于互聯網中心管理計算機進行數據交互。總結

智能遠