自动抄表系统的无线网状网络设计

　　引 言

　　目前，国内电力集中抄表系统中常见的是有线抄表，如RS485总线、电力载波抄表等;但是由于总线抄表的成本、易破坏性等因素和我国电网复杂性的影响，使得两者的推广受到了一定的限制。随着无线通信技术的进步，其在成本、可靠性等方面的优点逐渐显现，同时各种路由算法的提出和应用也很好地解决了其通信距离短的问题。国内无线抄表的网络拓扑结构一般是星形结构，容易受到障碍物、电磁干扰等多方面的影响，可靠性不高。本文以集中器为基站，无线电能表为网络节点，通过在软件中运用改进后的路由算法，并根据一定的通信参考模型来组建无线多跳网络，从而有效地提高集抄系统的可靠性。

　　1 系统结构及工作原理

　　如图1所示，整个系统由系统主站、集中器、采集器和无线电能表所构成。上层信道基于GsM网络，采用GPRS方式来传输数据;下层信道采用无线射频通信方式，并通过组建无线网络来延长通信距离，提高可靠性。本文重点研究的是以集中器为核心的，下层信道自组织无线抄表网络的设计。自组织网络的拓扑结构一般分为平面和星形两种结构。考虑到网络节点的可移动性差，节点之间相对静止不动，网络的拓扑结构基本不变，且节点在网络中的地位一样，本文选择平面结构来组建无线网状网络。其通信参考模型分为4层：物理层、数据链路层、路由层和应用层。

　　当集中器收到系统主站通过GPRS方式发送的抄表命令后，集中器首先查询其路由表，找到目的节点路由信息，并添加到抄表命令帧中直接发送。当目的节点的路由信息不存在时，集中器作为源节点开始路由寻求，直到接收到目的节点返回的路由请求响应帧，这样就建立了中心站和目的节点之间的通信链路。添加其返回的目的节点的路由信息到抄读命令帧，然后发送。网络中的目的节点接收到抄读命令帧后，返回无线电能表中的电能相关数据。

　　当无线电能表上电初始化后，一方面开始电能计量，另一方面开始加入无线抄表网络。先发送路由请求至集中器，等待接收到应答，若接收不到集中器路由应答帧，则广播其路由请求，获得其到集中器的路由信息，并存储。

　　2 网络硬件设计

　　自组织网络的硬件平台包括中心节点集中器以及普通网络节点无线电能表。

　　2.1 无线数传模块设计

　　无线电能表的硬件组成是无线数传模块与普通电能表通过串口连接。无线数传模块主要包括处理器、射频收发芯片nRF905、天线及其匹配网络等。

　　AT89S52为主控制器，通过4个I/0口模拟SPI口与射频收发芯片nRF905通信，3个I/O口读取nRF、905的状态，另外3个I/O口控制芯片的工作模式(包括空闲模式、发射模式和接收模式)。由于控制器的I/O口与nRF905电平不同，两者相连时需电平匹配，应加下拉电阻。天线作为无线传输中的一个重要环节，其主要作用是延长距离，其LC匹配网络性能的好坏对传输功率有直接的影响。