基于ZigBee無線自動抄表系統(tǒng)軟件設計.pdf

1、隨著科學技術的進步和經(jīng)濟發(fā)展水平的不斷提高，業(yè)主對于服務質(zhì)量的要求越來越高，人工抄表以其工作人員工作條件差，工作效率低，管理和維護費用高，誤差大，入室抄表影響社會安全穩(wěn)定等缺點，已經(jīng)越來越不能滿足人們的要求。無線抄表以其安裝和維護費用低，效率高，誤差小，不需入戶等優(yōu)點已經(jīng)越來越成為抄表發(fā)展的主要趨勢。無線抄表技術在國外起步較早，發(fā)展迅速且深入；國內(nèi)起步較晚，但發(fā)展速度很快，并有著逐步取代人工抄表的發(fā)展趨勢。
　　ZigBee技術以

2、其低速率，低功耗，低復雜度，短距離等特點已經(jīng)越來越多的被應用在無線定位，智能家居，工業(yè)自動化控制，樓宇、汽車自動化等傳感器網(wǎng)絡，ZigBee技術應用于無線智能抄表系統(tǒng)有著非常廣闊的發(fā)展前景，對于推動無線抄表自動化發(fā)展有重要意義。
　　本文首先闡述現(xiàn)有抄表技術存在的諸多缺陷，提出無線抄表技術在這些方面的優(yōu)越性。并闡述了諸多無線通信技術的優(yōu)缺點以及適用行業(yè)。ZigBee技術以低速率，低功耗，低復雜度，短距離等特點，應用于無線抄表行業(yè)有

3、著其他無線通信技術無可比擬的優(yōu)勢?；谶@種優(yōu)勢并鑒于國內(nèi)外抄表行業(yè)的發(fā)展狀況，最終選擇ZigBee無線通信技術作為本無線智能抄表的應用方案。
　　接著介紹了ZigBee技術特點以及路由算法，并深入了解了ZigBee協(xié)議，研究了ZigBee協(xié)議?？蚣?，并著重介紹了物理層，MAC層、網(wǎng)絡層以及應用層各層的結構特點和主要功能。
　　根據(jù)抄表系統(tǒng)的方案需求，分析并設計系統(tǒng)整體框架，又進一步給出具體實現(xiàn)方案?；谙到y(tǒng)方案的低功耗、成本

4、低等特點以及單芯片方案應用于本系統(tǒng)的優(yōu)勢，最終選擇 Ember公司推出的ZigBee片上系統(tǒng)EM250芯片作為開發(fā)平臺以及網(wǎng)狀網(wǎng)的ZigBee網(wǎng)絡拓補結構。重點介紹了無線抄表軟件系統(tǒng)設計，包括協(xié)調(diào)器模塊、電表模塊和顯示器模塊程序流程以及整個系統(tǒng)的仿真和調(diào)試。并分別介紹了開發(fā)模塊的主要功能實現(xiàn)，主要包括網(wǎng)絡安全，主要的API幀格式，幾種API幀的功能和結構，數(shù)據(jù)透傳，網(wǎng)絡發(fā)現(xiàn)以及固件的版本更新等。
　　最后介紹軟件測試系統(tǒng)搭建，主要

5、包括對測試需求的分析，測試理論研究，測試方法的選擇以及具體測試方案設計。測試對象主要包括 AT命令功能測試和系統(tǒng)網(wǎng)絡測試，其中系統(tǒng)網(wǎng)絡測試設計實現(xiàn)了兩種測試方案，分別是實驗室組網(wǎng)測試和現(xiàn)場組網(wǎng)測試。并詳細介紹了兩個測試的具體方案實現(xiàn)，最后對測試結果進行分析。AT命令功能測試覆蓋了所有常用命令，經(jīng)過大量重復實驗，結果表明本地AT命令執(zhí)行準確率為100％。遠程AT命令由于網(wǎng)絡節(jié)點較多，數(shù)據(jù)通信量較大，執(zhí)行準確率達到99.61%。網(wǎng)絡發(fā)現(xiàn)測試

6、(ND命令測試)表明整個網(wǎng)絡狀況良好，但由于網(wǎng)絡發(fā)現(xiàn)功能使用廣播方式，嚴重情況下會造成網(wǎng)絡阻塞，所以建議用戶不要過多使用。實驗室組網(wǎng)測試主要進行了模擬電表數(shù)據(jù)通信，網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)140個，經(jīng)長期大量的數(shù)據(jù)通信測試，在平均每5秒發(fā)送或接255字節(jié)條件下，平均丟包或誤碼率不超過2%，最高僅為2.889%，最低為0%?，F(xiàn)場組網(wǎng)測試是在海興電力公司的協(xié)助下完成，他們主要提供電表、顯示器、實驗環(huán)境以及相關專業(yè)測試工具。測試中根據(jù)應用需求模擬了電表的實