论文总字数：14680字

摘 要

目前电力行业中，抄表方式多种多样。比如：人工抄表、IC卡预付费表、有线抄表等。但它们都存在一定的不足和成本高的问题。最具优势的抄表方案应当是低成本的，使用简单方便的抄表方式。随着无线通信技术的跨越式发展，近年来出现了面向低成本设备无线联网要求的ZigBee技术。ZigBee的确有着低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本等特点。非常适合将它应用于现代无线抄表系统中，相比其他的抄表方式更具优势。由此本文提出一种基于ZigBee技术抄电表方案。

关键字：ZigBee,无线传输, 自动抄表系统，CC2430

Abstract :Currently the power industry, the meter reading has a variety of ways. For example: manual meter reading, IC card prepaid meter, meter reading and other cable. However, they are certain deficiencies and high cost. The most advantageous meter reading program should be a low-cost, easy to use . With the development of wireless communication technology by leaps and bounds in recent years, there has been a low-cost device for wireless networking requirements of the ZigBee technology. ZigBee does have low complexity, low power, low data rate, low cost. Apply it very suitable for modern wireless meter reading system, the meter reading compared to other advantages. Thus this paper discover a copy of the meter based on ZigBee technology solutions.

Keyword: ZigBee,Wireless transmission, Automatic meter reading system,CC2430

目 录

1 绪论 4

1.1 研究背景 4

1.2 现有抄表方式 4

1.3 论文组织结构 5

2 ZigBee技术的概述 5

2.1 ZigBee技术的特点 5

2.2 ZigBee与其他无线通信技术的比较 6

2.3 ZigBee通信协议标准 7

2.3.1 IEEE 802.15.4标准 7

2.3.2 物理层（PHY）规范 8

2.3.3 媒体介质访问层（MAC）规范 8

2.3.4 网络层（NWK）规范 9

2.3.5 应用层 （APL）规范 10

3 ZigBee远程无线抄表系统的硬件设计 11

3.1 ZigBee 抄表总体方案 11

3.2 CC2430的简介 12

3.3 电能计量芯片ADE7755 14

3.4 电源转换电路 15

3.5 复位电路 15

3.6 时钟电路 16

3.7 RS-232接口 17

3.8 本章小结 17

4 ZigBee抄表系统软件设计 17

4.1 采集节点电的通信规约 17

4.2 ZigBee网络节点的软件设计 19

4.3 采集节点软件设计 20

4.4 路由节点软件设计 22

4.5 本章小结 23

结语与展望 24

参考文献 25

致谢 26

1 绪论

1.1 研究背景

这几年，测量技术得到了很好的发展。不需人力的抄表方式将得到人们的青睐。因此，多种无线抄表方式应运而生。

有线远程抄表系统需要室内外的布线，有短路、断线隐患，不利于系统调试维护，容易出现误差。无线抄表在发达国家已盛行，抄表车接近燃气表时，燃气表的数据就能显示在抄表车电脑中。《户用计量仪表数据传输条件》中规定了计量仪表信息传输的原理、接口形式及物理性能、数据、标识链路及安全性和表达格式的要求^[1]。

无线抄表系统设计方式很多，但由于ZigBee自身特点相比其他的诸如蓝牙、WIFI等有很大的优势。作为一个新的标准，将ZigBee使用在抄表系统中将会面临诸多问题。本论文将研究并解决这些问题。

1.2 现有抄表方式

目前，国内外抄表方式有手动仪表，IC卡预付费抄表系统，有线和无线抄表系统^[2]。

1）人工抄表方式

随着“一户一表”工程的普及，用户数量也随之增长了许多，必要的人力资源也在增加。人工抄表的方法有许多缺点，如：家庭困难，管理人员的负担，成本高，劳动强度高。所以人工抄表已不适和企业现代化管理。

2） IC 卡预付费表

90年代出现了IC卡预付费表，它可以实现：

(1)不入室抄表、节省人力。

(2)需先付费后使用，解决收费问题。

但实际操作过程中存在的问题：

(1)IC卡表具与用户直接接触，人为破坏概率高。

(2)不能及时监控，管理部门不能准确了解用户的实际使用情况。

3） 有线抄表系统

有线抄表IC卡预付费表的优点更多，功能也比IC卡预付费表更加强大，它主要使用电话线，电力线、闭路电视等来收集电表信息。优点有：

(1)可实时抄表、实时监控。

(2)抄表速度快，准确性也得到提高。

(3)可实现预付费功能，用户无需接触表具，提高设备寿命。

有线系统存在问题有：

(1)需预先设计布管、穿线问题。

(2)施工周期长、成本高。

(3)系统的扩展升级存在兼容问题。

4） 无线抄表系统

无线抄表是一种短距离无线通信和计算机网络技术完成抄表数据处理。数据采集器用无线传输技术收集电表的信息。无线自动抄表技术，不需大量人力资源，管理部门读取电表的数据也更加准确、也没有时间限制。不需铺设电缆，投资低。通信链路建立简单方便，工程周期短^[3]。

1.3 论文组织结构

本论文共分5章。第1章简述论ZigBee无线抄表系统设计背景、现有的抄表系统特点。第2章首先介绍ZigBee技术，还简述了蓝牙等其他几种无线传输技术，并阐明ZigBee技术和其他技术相比的优势。第3章关于ZigBee抄表的硬件系统的设计。第4章ZigBee抄表的软件方面流程图。第5章，总结了全文，并提出了未来的工作方向。

2 ZigBee技术的概述

ZigBee是一种新兴的短距离、低功耗、低速率、低成本的无线通信技术，主要是用于对距离要求不高的无线传输领域。它根据IEEE 802.15.4标准，通过数千个微小的传感器相互协调，构建网络实现通信。

根据IEEE 802.15.4协议标准，ZigBee有3个不同的工作频段。这3个频段使用的地区和信道、速率均不同，其分别为2.4GHz、915MHz和868MHz。其中2.4GHz频段被称为ISM频段（即工业、科学、医学频段），适用于全球范围，该频段无需付费，无需申请，有16个信道，数据传输速率为250kbps；其次是适用于北美的915MHz的频段，它仅有1个信道，数据传输速率为40kbps；还有就是适用于欧洲的865MHz的频段，该频段有10个信道，数据传输速率为20kbps。三个频段除了以上不同外，其调制方式也不尽相同。2.4GHz采用直接序列扩频技术（即DSSS）和偏移正交相移键控（即0-QPSK），868MHz和915MHz则使用DSSS技术和二进制相移键控技术^[4]（即BPSK）。

2.1 ZigBee技术的特点

ZigBee技术是一种廉价、简单的无线通信技术，它致力于为人们提供一种廉价的便携或者移动设备。这种无线通信技术具有如下特点：

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