一种基于自组网络的无线抄表系统研制

4 系统的软件设计
本研究设计的抄表系统采用被动抄表的方式，其自动抄表系统是由一个中心节点和数目众多的传感器节点组成，每个传感器节点又包括具有传感器功能的智能表计和采集模块。
4．1 中心节点软件实现
控制中心节点协调整个网络的工作，接收上位机传来的命令，并按指令的要求做出相应的操作，接收无线传感器节点的数据并上传给上位机或管理中心。自动抄表系统采用分时分段抄表，即中心节点采用轮询的方式采集各个用户的能源用量。首先中心控制节点的各模块程序进行初始化，然后处于接收状态，当中心节点收到管理中心发来的采集数据命令，首先读取其要采集数据的节点的ID和采样ID(即水、电、气等采样标识)，然后在其保存的路由表中查找到要采集节点的路由信息。在其保存的路由表中，如果有到采集节点即目的节点的路由信息，则把到目的节点的路由信息及采样信息加入到采集数据分组中发送出去。
如果路由表中没有到目的节点的路由信息，中心节点就会发起一个路由请求分组RREQ。然后中心节点就处于接收状态接收消息分组，当中心节点收到路由响应分组RREP后，即找到到达目的节点的路由信息后，则把此路由信息写入路由表中并将其到达目的节点的路由标识置高，然后把路由信息加入采集命令分组中发送采集数据命令分组。
中心控制节点发送完数据采集命令分组之后就一直处于接收状态，当其接收到其他传感器节点发送过来的采集数据，则把该用户的能源用量信息上传给上位机，然后上位机保存采集到的用户的能源用量，并统计计算每户的费用以方便收费管理。
4．2 传感器节点软件
无线传感器节点主要负责采集小区用户的能源表计的用量，并把采集到的数据上传给中心节点或作为路由器转发其他节点的数据信息。由于本系统采用被动抄表方式，所以每个传感器节点只有收到发给自己的采集数据命令时才会采集该节点的数据信息。当有新用户使用智能表计记录自己的能源用量即有新节点加入网络，首先发送加入网络的消息，其成功加入网络后就跟其他的节点一样处于接收状态，接收中心节点和其他节点发来的消息分组。
当传感器节点各个部分初始化之后，Si1010就进入接收状态，监测信道并接收其他节点发送的消息分组。每个节点根据其收到的不同的消息分组，将进行不同的处理。当收到其他节点发送来的数据采集命令时，其首先判断是否是发给自己的数据采集命令，如果不是发给自己的采集数据命令，直置发送状态，则其按分组中的路由信息把该分组转发给其下一跳节点。
中心节点的主要作用是：接收来自其他节点的数据，并对数据进行校正、融合等处理，然后发给管理节点；接收管理节点所发的指令，确定节点工作状态。其基本工作流程如图4所示。

5 结论
本项目研究一种基于小区的无线自组网抄表系统，其创新点主要有：
(1)对系统中控制中心节点和无线传感器节点的硬件进行全新设计，采用最新的MCU+RF一体化集成方案芯片Si1010，与双芯片解决方案相比，单芯片方案的封装尺寸与PCB空间均缩小50％，既降低了芯片本身的成本也降低了终端解决方案的成本。集成方案由于已经集成了射频功能，简化了产品的开发过程，降低了终端的开发难度。
(2)采用CFDA微蜂窝式固定无线数据接入平台实现网络的自组织功能，每个传感器节点根据所处的位置关系可形成一个多跳的链式网络，节点可随时加入或退出网络而不影响网络正常工作。
(3)中国国家无线电管理委员会已经将原来模拟电视的470～510 MHz频段释放用于民用计量，这对于Sub-GHz系统在中国无线抄表市场上的应用也是好消息。目前支持Sub-GHz的解决方案有Silicon Labs的Si10xx系列平台和TI的CC430平台等，Si10xx平台支持240～960 MHz频率。开发的无线抄表系统符合新规，而符合新规的产品处于刚起步阶段，具有巨大的市场潜力。
(4)编程实现按需DSR路由协议，可及时准确地找到到达数据采集节点的最佳路由信息，实现了快速准确抄表。系统在测试中获得了良好的效果，该系统具有结构简单、工作可靠、功耗低、通信成本低等优点，达到了产品设计要求。