基于ZigBee技術(shù)的水表抄表系統(tǒng)無線通信方案

傳統(tǒng)的手工抄表費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，準(zhǔn)確性和及時(shí)性得不到可靠的保障，這導(dǎo)致了相關(guān)營(yíng)銷和企業(yè)管理類軟件不能獲得足夠詳細(xì)和準(zhǔn)確的原始數(shù)據(jù)；一般人工抄表都按月抄表，對(duì)于用戶計(jì)量來說是可行的，但對(duì)于相關(guān)供應(yīng)部門進(jìn)行更深層次的分析和管理決策卻不夠，行業(yè)的實(shí)際需求催生著自動(dòng)抄表系統(tǒng)的技術(shù)和應(yīng)用的不斷發(fā)展。

隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，近年來出現(xiàn)了面向低成本設(shè)備無線聯(lián)網(wǎng)要求的技術(shù)，稱之為zigbee，它是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術(shù)，主要適合于自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域及家用設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，我們采用zigbee技術(shù)和GPRS/CDMA技術(shù)結(jié)合，可以為水表的無線抄表提供很好的解決方案。

二、技術(shù)要求

無線抄表系統(tǒng)對(duì)無線通訊數(shù)據(jù)的傳輸和保存有著很高的要求，即數(shù)據(jù)可靠性要求很高；由于用電池供電，因此對(duì)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(shù)據(jù)通訊協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)；基于以上原因，要求設(shè)計(jì)的自動(dòng)無線遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)應(yīng)該具有計(jì)量準(zhǔn)確、通信可靠、抄表方便、功耗低等遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，以及節(jié)省人力、遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程維護(hù)的功能。

同樣是無線抄表系統(tǒng)，相對(duì)于電表而言，水表的抄表系統(tǒng)存在更多的技術(shù)難題，這主要體現(xiàn)在抄表終端的設(shè)計(jì)上，納起來，水表的抄表終端必須解決以下幾個(gè)方面的技術(shù)要求

l 供 電

由于水表的抄表終端采用電池供電，因此，對(duì)功耗要求非常苛刻，一般而言，電池的使用時(shí)間至少要在3～6年，這取決于電池的容量、設(shè)備的耗電情況、設(shè)備的運(yùn)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(xì)考慮，要能夠在這樣的環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)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(duì)于成本更為敏感。這里的成本包括兩個(gè)部分：第一，一次性改造或者安裝的成本；第二，系統(tǒng)的運(yùn)行成本。最好的方案應(yīng)當(dāng)是一次性投入的成本盡可能低，運(yùn)行成本沒有或者非常低。

l 對(duì)水表的故障檢測(cè)

人工抄表除了抄讀水表讀數(shù)外，同時(shí)還擔(dān)負(fù)著檢查水表工作是否正常的任務(wù)。如果改為自動(dòng)抄表系統(tǒng)，那么該系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)也具備對(duì)水表故障的自動(dòng)檢測(cè)功能。當(dāng)然，這需要水表與抄表終端的配合才能實(shí)現(xiàn)。

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(shí)又是不很容易解決定問題。

l 無線網(wǎng)絡(luò)的自組織、自愈功能

自組織：無需人工干預(yù)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能夠感知其他節(jié)點(diǎn)的存在，并確定連接關(guān)系，組成結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)絡(luò)；

自愈功能：增加或者刪除一個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)位置發(fā)生變動(dòng)，節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障等等，網(wǎng)絡(luò)都能夠自我修復(fù)，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)地調(diào)整，無需人工干預(yù)，保證整個(gè)系統(tǒng)仍然能正常工作。

具備自組織、自愈能力的自動(dòng)抄表網(wǎng)絡(luò)才是最理想的網(wǎng)絡(luò)， zigbee技術(shù)能夠很好地支持這種智能型的網(wǎng)絡(luò)。

Zigbee技術(shù)特點(diǎn)

通信可靠

系統(tǒng)采用了CSMA－CA的碰撞避免機(jī)制，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突；采用完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，保證信息傳輸?shù)目煽啃裕?/P>

網(wǎng)絡(luò)的自組織、自愈能力強(qiáng)

zigbee的自組織功能：無需人工干預(yù)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能感知其他節(jié)點(diǎn)的存在，并確定連接關(guān)系，組成結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)絡(luò)；

zigbee自愈功能：增加、刪除或移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障等等，網(wǎng)絡(luò)都能夠自我修復(fù)無需人工干預(yù)，保證整個(gè)系統(tǒng)仍然能正常工作。

成本低廉

設(shè)備的復(fù)雜程度低，且Zigbee協(xié)議是免專利費(fèi)的，這些可以有效地降低設(shè)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(fèi)的無線通信。

網(wǎng)絡(luò)容量大

一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)可以容納最多254個(gè)從設(shè)備和一個(gè)主設(shè)備，一個(gè)區(qū)域內(nèi)可以同時(shí)存在200多個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)。

基于ZigBee技術(shù)的無線自來水抄表系統(tǒng)解決方案

通過前面對(duì)自來水抄表系統(tǒng)的技術(shù)要求分析，結(jié)合zigbee技術(shù)特點(diǎn)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，采用zigbee技術(shù)來實(shí)現(xiàn)水表的無線抄表是一個(gè)非常理想的解決方案。

在實(shí)際應(yīng)用中，我們選擇了將zigbee技術(shù)與GPRS/CDMA結(jié)合起來，根據(jù)抄表用戶的不同分布，來靈活地構(gòu)建抄表的無線網(wǎng)絡(luò)。

l 對(duì)于每個(gè)抄表終端而言，要求超低功耗、低成本（包括設(shè)備成本、運(yùn)行成本），并且數(shù)據(jù)的傳輸速率不高，對(duì)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(shù)可以很好地滿足這些要求；

l 終端采集的數(shù)據(jù)需要送到自來水公司的集抄管理中心，這可以通過GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)，它無距離限制，且無需網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、幾乎不需要維護(hù)；

l 所構(gòu)建的zigbee網(wǎng)絡(luò)既可以是星形拓?fù)洌部梢允蔷W(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌徽撌悄姆N拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的zigbee網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)實(shí)際的組網(wǎng)需要，設(shè)計(jì)合理的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

Zigbee技術(shù)方案優(yōu)勢(shì)

目前的自動(dòng)抄表系統(tǒng)，從數(shù)據(jù)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(yīng)用領(lǐng)域，但就抄表系統(tǒng)的投資、建設(shè)、維護(hù)等幾方面而言，無線抄表系統(tǒng)顯然具有更大優(yōu)勢(shì)。

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

GPRS/CDMA數(shù)據(jù)傳輸需要付費(fèi)，對(duì)于家庭水表抄表來說，系統(tǒng)的運(yùn)行成本很高；

采用無線數(shù)傳模塊，除了數(shù)據(jù)輪詢時(shí)間隨節(jié)點(diǎn)數(shù)增加而線形增加外，所組建的無線網(wǎng)絡(luò)的自管理功能非常有限，增加或者減少節(jié)點(diǎn)，都需要人工去修改相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)配置；節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，也常常需要人工去診斷等等。