基于MSP430和Zigbee的无线抄表终端设计

 　　本终端在设计的过程中所有器件的选型都考虑了低功耗要求，即使使用电池供电，每次更换电池也至少可以使用两年。并且选用的元器件都支持3.3V电压，全部电路只需要单一电源就可以稳定运行。图1是本终端的硬件原理图，省略掉了电源稳压电路、滤波电路和一些外围元件。

　　图中的LED1、LED2、LED3分别用于指示接收数据、发送数据和无线网络状态。

图1 硬件原理图

　　3 抄表终端软件设计

　　软件设计的总体思路为：处理器在完成初始化后，关闭CPU和主时钟MCLK，进入LPM3低功耗模式。当上位机发送来指令时，串口0产生中断，使处理器进入正常工作模式。处理器解释收到的指令并根据指令内容采取相应的操作，如系统校时、初始化存储器、添加表具信息、向串口1发送抄表指令等，然后再次进入LPM3低功耗模式。当底层电能表发送来数据时，串口1产生中断，使处理器进入正常工作模式。处理器解释数据并按照与上位机的通信规约将数据发送到串口0，并在本终端上做好数据备份。连接在串口0上的CC2430通过ZigBee网络将数据传送回上位机。

　　我们选用IAR公司的IAR Embedded Workbench IDE作为软件开发平台，此软件针对MSP430系列单片机的C语言开发做了异常丰富的宏定义。为了使软件开发简单，可读性强，我们采用C语言编写代码。由于MSP430F149的强大处理能力，使用C语言开发仍具有较好的代码执行效率和极短的响应时间。

　　与底层电能表的通信协议采用《多功能电能表通信规约DL/T 645-1997》，这是国家电力行业标准，数字电能表都要求符合本协议。协议中规定帧是传送信息的基本单元，帧格式如表1所示。

表1 电能表协议帧格式

　　与上位机的通信采用自行编写的协议，由本终端和上位PC机负责构造协议帧和对协议的解释，而只把Zigbee网络当成透明的通信信道。帧格式如表2所示：

表2 Zigbee与上位机通讯帧格式

　　由于MSP430F149单片机没有硬件IIC接口，我们在通用I/O口P1.0、P1.1上用软件模拟IIC接口与PCF8563和FM24C04通信。读PCF8563的子程序如下，写程序以及读写FM24C04的子程序类似。

　　软件的流程图如图2所示：

图2 软件流程图

　　4 结论

　　无线自动抄表是未来发展的必然趋势，而在抄表系统的改造过程中，采用超低功耗MSP430F149作为核心处理器，结合自动组网Zigbee技术研发的本抄表终端具有明显的技术优势。本终端已经在我校的教师公寓小区中进行试验，结果表明运行稳定可靠，到达了设计要求，具有很好的应用前景。下一步我们将进一步对终端进行改进，使其适用与水、气、电三表合抄，创造更大的经济效益和社会效益。