基于ZigBee技術的水表抄表系統(tǒng)無線通信方案

傳統(tǒng)的手工抄表費時、費力，準確性和及時性得不到可靠的保障，這導致了相關營銷和企業(yè)管理類軟件不能獲得足夠詳細和準確的原始數據；一般人工抄表都按月抄表，對于用戶計量來說是可行的，但對于相關供應部門進行更深層次的分析和管理決策卻不夠，行業(yè)的實際需求催生著自動抄表系統(tǒng)的技術和應用的不斷發(fā)展。

隨著無線通信技術的不斷發(fā)展，近年來出現了面向低成本設備無線聯網要求的技術，稱之為zigbee，它是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的雙向無線通信技術，主要適合于自動控制、遠程控制領域及家用設備聯網，我們采用zigbee技術和GPRS/CDMA技術結合，可以為水表的無線抄表提供很好的解決方案。

二、技術要求

無線抄表系統(tǒng)對無線通訊數據的傳輸和保存有著很高的要求，即數據可靠性要求很高；由于用電池供電，因此對功耗要求也很苛刻；無線抄表系統(tǒng)可以擺脫人工抄表的辦法，利用數據通訊協議傳輸數據；基于以上原因，要求設計的自動無線遠傳抄表系統(tǒng)應該具有計量準確、通信可靠、抄表方便、功耗低等遠程抄表系統(tǒng)的優(yōu)點，以及節(jié)省人力、遠程監(jiān)控、遠程維護的功能。

同樣是無線抄表系統(tǒng)，相對于電表而言，水表的抄表系統(tǒng)存在更多的技術難題，這主要體現在抄表終端的設計上，納起來，水表的抄表終端必須解決以下幾個方面的技術要求

l 供 電

由于水表的抄表終端采用電池供電，因此，對功耗要求非常苛刻，一般而言，電池的使用時間至少要在3～6年，這取決于電池的容量、設備的耗電情況、設備的運行要求等等因素。

l 防 水

水表所處的特殊環(huán)境總是與水、潮濕分不開的，因此，抄表終端必須在防潮、防水方面仔細考慮，要能夠在這樣的環(huán)境下長時間正常工作。

l 成 本

無論是家庭用戶，還是企業(yè)用戶，抄表終端的成本始終是繞不開的話題，特別是家庭用戶，對于成本更為敏感。這里的成本包括兩個部分：第一，一次性改造或者安裝的成本；第二，系統(tǒng)的運行成本。最好的方案應當是一次性投入的成本盡可能低，運行成本沒有或者非常低。

l 對水表的故障檢測

人工抄表除了抄讀水表讀數外，同時還擔負著檢查水表工作是否正常的任務。如果改為自動抄表系統(tǒng)，那么該系統(tǒng)應當也具備對水表故障的自動檢測功能。當然，這需要水表與抄表終端的配合才能實現。

l 通信可靠性

這是無線抄表系統(tǒng)的最基本的要求，但同時又是不很容易解決定問題。

l 無線網絡的自組織、自愈功能

自組織：無需人工干預，網絡節(jié)點能夠感知其他節(jié)點的存在，并確定連接關系，組成結構化的網絡；

自愈功能：增加或者刪除一個節(jié)點，節(jié)點位置發(fā)生變動，節(jié)點發(fā)生故障等等，網絡都能夠自我修復，并對網絡拓撲結構進行相應地調整，無需人工干預，保證整個系統(tǒng)仍然能正常工作。

具備自組織、自愈能力的自動抄表網絡才是最理想的網絡， zigbee技術能夠很好地支持這種智能型的網絡。

Zigbee技術特點

通信可靠

系統(tǒng)采用了CSMA－CA的碰撞避免機制，避免了發(fā)送數據時的競爭和沖突；采用完全確認的數據傳輸機制，保證信息傳輸的可靠性；

網絡的自組織、自愈能力強

zigbee的自組織功能：無需人工干預，網絡節(jié)點能感知其他節(jié)點的存在，并確定連接關系，組成結構化的網絡；

zigbee自愈功能：增加、刪除或移動節(jié)點，節(jié)點發(fā)生故障等等，網絡都能夠自我修復無需人工干預，保證整個系統(tǒng)仍然能正常工作。

成本低廉

設備的復雜程度低，且Zigbee協議是免專利費的，這些可以有效地降低設備成本；Zigbee的工作頻段靈活，為免執(zhí)照頻段的2.4GHz，就是沒有使用費的無線通信。

網絡容量大

一個ZigBee網絡可以容納最多254個從設備和一個主設備，一個區(qū)域內可以同時存在200多個ZigBee網絡。

基于ZigBee技術的無線自來水抄表系統(tǒng)解決方案

通過前面對自來水抄表系統(tǒng)的技術要求分析，結合zigbee技術特點和技術優(yōu)勢，采用zigbee技術來實現水表的無線抄表是一個非常理想的解決方案。

在實際應用中，我們選擇了將zigbee技術與GPRS/CDMA結合起來，根據抄表用戶的不同分布，來靈活地構建抄表的無線網絡。

l 對于每個抄表終端而言，要求超低功耗、低成本（包括設備成本、運行成本），并且數據的傳輸速率不高，對于居民小區(qū)的抄表，抄表終端通常分布較密集、距離較近，zigbee技術可以很好地滿足這些要求；

l 終端采集的數據需要送到自來水公司的集抄管理中心，這可以通過GPRS/CDMA網絡來實現，它無距離限制，且無需網絡規(guī)劃、幾乎不需要維護；

l 所構建的zigbee網絡既可以是星形拓撲，也可以是網狀網絡拓撲，不論是哪種拓撲結構的zigbee網絡，根據實際的組網需要，設計合理的網絡結構。

Zigbee技術方案優(yōu)勢

目前的自動抄表系統(tǒng)，從數據傳輸角度劃分，可分為有線、無線兩大類，這兩大類抄表系統(tǒng)各有其適用的應用領域，但就抄表系統(tǒng)的投資、建設、維護等幾方面而言，無線抄表系統(tǒng)顯然具有更大優(yōu)勢。

目前市場上的無線抄表系統(tǒng)大致可分為基于無線數傳模塊、基于GPRS/CDMA數字蜂窩網絡、或者是二者結合等幾種方式，從應用角度而言，都存在以下一種或幾種問題：

GPRS/CDMA數據傳輸需要付費，對于家庭水表抄表來說，系統(tǒng)的運行成本很高；

采用無線數傳模塊，除了數據輪詢時間隨節(jié)點數增加而線形增加外，所組建的無線網絡的自管理功能非常有限，增加或者減少節(jié)點，都需要人工去修改相應的數據庫配置；節(jié)點出現故障，也常常需要人工去診斷等等。