无线自组网模块的调测技术
摘要
本文主要介绍了无线传感器网络中的基本单元，无线自组网模块的工作原理，接口方式，及利用串口对无线自组网模块进行调测，并可以实时采集到终端设备上数据的技术。
关键词：无线传感器网络，中心协调点，路由节点，串口UART TTL，波特率
无线自组网模块是无线传感器网络中的基本单元，按功能分为中心节点模块和路由节点模块（或称为子节点模块），在低压电力用户用电信息采集系统中，中心节点模块用来安装在集中器上； 路由节点模块用来安装在采集器或无线智能电表上。无线自组网协议是各家公司的技术核心，以上海桑锐电子科技有限公司为例，该公司的SunRayNet无线自组网是一款使用自有技术研发的无线自组网系统，参考ZigBee技术,用于短距离无线通讯。SunRayNet无线自组网的基础是低功耗ISM（工业、科学和医疗）/SRD（短程）射频收发技术，这种技术提供了射频收发的物理层(PHY)和媒体访问控制层(MAC)层，SunRayNet无线自组网应用这种技术创建了自己的无线自组网协议，这种协议定义了以树状为基础的网络结构，创建了协议的网络层、传输层、路由层以及安全应用规范。该无线自组网系统具有上电即用，自动组网，自动路由数据，自动修复路径，自动跳频抗干扰等功能。这种技术无线通讯工作频段：402 MHz 、424 MHz 、426 MHz 、429 MHz、433 MHz、447 MHz、449 MHz、469 MHz 、868 MHz、915 MHz、960MHz，能容易地被编程成在402-470MHz 和 804-960 MHz范围内的其它工作频段。目前应用于智能电网低压电力集抄的微功率无线自组网系统工作在470MHZ。
提供低功耗ISM（工业、科学和医疗）/SRD（短程）射频收发技术的集成电路厂家主要有美国TI公司、ADI公司和SILICON LABS公司，TI的相关射频芯片以频率同步的方式保证工作频段的精度，ADI和SILICON LABS的产品以数据同步的方式保证工作频段的精度。无线自组网模块与终端设备的接口一般按终端的通讯标准来提供，比如北京电力公司微功率无线通信模块技术条件Q/GDW 02 1 5402-2010, 模块与电表的接口如下图：
图1 模块与电表的接口
Fig.1 the interface between wireless module and e-meter
模块生产厂家都会在模块上置有串口用来更新程序，多为UART TTL方式（VCC、GND、TXD、RXD 4PIN），并提供串口线以连结电脑端。现在的笔记本电脑多含USB接口，不再含串口，模块生产厂家会提供USB转串口的连接线，SILICON LABS公司提供了该用途的桥接芯片。
无线自组网模块的调试通过串口来实现，拿到串口连接线后，安装相应的驱动程序，在电脑的设备管理器出现连接工具标志即表示安装成功。配合串口调试软件，比如大傻串口调试软件，可以通过发送串口命令对模块进行调测。一般来讲模块一上电就会发出一条串口命令，比如
[10:52:16.859 发送]: 68 10 00 4A 00 00 00 00 00 00 F0 01 00 01 3C 16
如果在串口调试软件中设置的波特率与模块本身的波特率不一致，就不会出现正确的串口命令，模块本身的波特率是由模块上的微控制器程序决定的。如果模块上的TTL UART上没有焊接单排针，可使用单排针一端固定于串口连接线，另一端接VCC、GND、TXD、RXD 4PIN的针孔。模块的发射功率可通过微控制器程序设置射频收发芯片的PA寄存器。确定路由节点模块（或称为子节点模块）的波特率正确后，将其安装在终端设备上，与中心节点模块联调，如果能通过中心节点模块经由路由节点模块采集到终端设备上的实时数据，可认为是连结成功。在此基础上再来调试整个无线传感网络系统，就会有了判断的依据。
图2 大傻串口调试软件
Fig.2 the UART debugging software
实际上，在无线传感节点上电时会自动组网，如果配合主站软件，会很方便地实现网络的管理。国家电网公司有提供专用的主站软件，及相应的串口协议测试软件。无线传感器网络用户可以通过任何方式上Internet网获得数据库系统中的数据。但是当某个节点出现问题时，会需要判断是模块出了问题，还是终端设备出了问题，或是模块与终端设备之间的匹配出了问题。有的生产厂家能提供专用于测试并发现这些问题的手持装置。以上海桑锐的无线自组网模块在国家电网公司低压电力集抄项目中的应用为例来说明串口命令。
国网II版系统串口数据
在串口调试软件的串口命令发送区发送命令
[10:52:16.859 发送]: 68 10 00 4A 00 00 00 00 00 00 F0 01 00 01 3C 16 ；主动上报功能控制
在串口调试软件的串口命令接收区收到回复
[10:52:16.422 接收]: 68 10 00 8A 00 00 00 00 00 00 F0 01 00 01 7C 16 ；主动上报功能控制
[10:52:19.672 发送]: 68 12 00 4A 00 00 00 00 00 00 11 08 00 03 00 00 66 16 ；设置为验证模式组网状态
[11:15:22.422 发送]: 68 12 00 4A 00 00 00 00 00 00 11 08 00 02 00 00 65 16 ；设置为验证模式抄表状态
[10:52:19.234 接收]: 68 13 00 8A 00 00 00 00 00 00 00 01 00 01 00 00 00 8C 16 ；应答确认
[10:52:31.828 接收]: 68 23 00 8A 00 00 00 00 00 00 F0 04 00 01 00 01 00 00 00 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 81 16 ；中心节点建网成功
[11:15:31.141 接收]: 68 23 00 8A 00 00 00 00 00 00 F0 04 00 01 00 01 00 44 03 66 55 44 33 22 11 00 00 00 00 00 00 00 00 2C 16 ；验证模式抄表状态
[10:59:24.531 发送]: 68 15 00 4A 00 00 00 00 00 00 05 01 00 66 55 44 33 22 11 B5 16 ；设置主节点地址
[10:59:24.172 接收]: 68 13 00 8A 00 00 00 00 00 00 00 01 00 01 00 00 00 8C 16
[11:10:47.625 接收]: 68 15 00 8A 00 00 00 00 00 00 03 08 00 66 55 44 33 22 11 FA 16 ；查询主节点地址
[11:20:09.156 发送]: 68 16 00 4A 00 00 00 00 00 00 11 02 00 01 00 00 00 00 00 00 5E 16 ；删除全部子节点
[11:20:10.797 接收]: 68 13 00 8A 00 00 00 00 00 00 00 01 00 01 00 00 00 8C 16
[11:22:19.109 发送]: 68 19 00 4A 00 00 00 00 00 00 11 01 00 01 40 00 21 06 10 20 00 00 01 F5 16 ；添加子节点
[11:22:20.750 接收]: 68 13 00 8A 00 00 00 00 00 00 00 01 00 01 00 00 00 8C 16 ；确认状态字
[11:22:50.234 接收]: 68 1D 00 8A 00 00 00 00 00 00 F0 08 00 40 00 21 06 10 20 00 00 00 00 00 00 00 01 1A 16
通过以上的串口命令后，子节点模块已按照要求同中心节点模块组建成无线传感网络，现在要通过串口调试软件控制中心节点模块，由路由节点模块采集到终端设备上的实时数据了。如果是DLT/645-2007协议的电表，抄取当前正向有功总电能
在串口调试软件的串口命令发送区发送命令
68 2D 00 4A 04 00 00 00 00 00 66 55 44 33 22 11 03 00 18 06 10 20 02 01 00 02 10 68 06 00 24 06 03 04 68 11 04 33 33 34 33 1D 16 69 16
在串口调试软件的串口命令接收区收到回复
68 31 00 8A 04 00 00 00 00 00 03 00 18 06 10 20 66 55 44 33 22 11 02 01 00 02 14 68 06 00 24 06 03 04 68 91 08 33 33 34 33 7A 47 33 33 94 16 9B 16
按DLT/645-2007协议的规定，7A 47 两个字节的数据各自减去33H，为47 14，按高位在前低位在后，即当前正向有功总电能14.47度。
其它参数的实时采集同理，可参考DLT/645-2007协议的相应命令规定。
参考资料
[1] 史树东、姜洪浪、曾海鸥、马利人、杨晓科、张亚东、刘绍新等著, DL/T 645—1997《多功能电能表通信规约》.北京. 2008
