自動無線抄表系統(tǒng)的設(shè)計與研究

發(fā)布：2018-12-18 | 點擊：人次

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本文提出了一種無線自動抄表系統(tǒng)，其通信質(zhì)量好、成本低、工作可靠、經(jīng)濟實用，可以準(zhǔn)確及時地將用戶三表數(shù)據(jù)抄送上來，是一種理想的自動抄表解決方案，同時也是抄表收費系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。

1、抄表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

抄表系統(tǒng)主要由主站、GPRS通信信道、集中器、低壓電力線網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)采集器、用戶電表組成。系統(tǒng)工作原理是利用低壓電力線或者RS一232總線將電表數(shù)據(jù)由采集器傳輸?shù)郊衅鳎缓蠹衅鲗⑿盘柖〞r或?qū)崟r地傳送至GPRS網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點（GatewayGPRSSupportNode，GGSN）完成與Internet網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換，zui后由主站的計算機接收Internet上的數(shù)據(jù)并進(jìn)行用戶電表數(shù)據(jù)匯總、電費計量、線損分析等相關(guān)處理。

系統(tǒng)可用于家庭內(nèi)部三表或多表數(shù)據(jù)的抄送。系統(tǒng)下層直接與水表、電表、煤氣表等連接，上層與抄表中心主機連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程抄送。系統(tǒng)一般使用被動抄表方式。上層模塊接收到儀表中心的抄表命令時，通過無線方式向下層模塊發(fā)送抄表指令。無線抄表系統(tǒng)的總體框架如圖l所示。

2、主要器件的介紹

2.1 AT89S52的主要特點

A89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8k在系統(tǒng)可編程F1ash存儲器。片上F1ash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供了高靈活、超有效的解決方案。

A89S52與MCS一5l單片機產(chǎn)品兼容，具有8k字節(jié)在系統(tǒng)可編程F1ash存儲器、1000次擦寫周期、全靜態(tài)操作：OHz～33Hz、三級加密程序存儲器、32個可編程I/O口線、三個16位定時器/計數(shù)器、八個中斷源、全雙工UART串行通道、低功耗空閑和掉電模式、掉電后中斷可喚醒、看門狗定時器、雙數(shù)據(jù)指針、掉電標(biāo)識符。

2.2CC1100主要性能

CC1100是一種低成本真正單片的UHF收發(fā)器，為低功耗無線應(yīng)用而設(shè)計。電路主要設(shè)定為在315、433、868和915MHz的ISM（工業(yè)，科學(xué)和醫(yī)學(xué)）和ISRD（短距離設(shè)備）頻率波段，也可以容易地設(shè)置為300～348MHz、400～464MHz和800～928MHz的其他頻段。RF收發(fā)器集成了一個高度可配置的調(diào)制解調(diào)器。其數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)500kbps。通過開啟集成在調(diào)制解調(diào)器上的前向誤差校正選項，能使性能得到提升。CC1100為數(shù)據(jù)包處理、數(shù)據(jù)緩沖、突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸、清晰信道評估、連接質(zhì)量指示和電磁波激發(fā)提供廣泛的硬件支持。CC1100的主要操作參數(shù)和164位傳輸/接收FIF0（先進(jìn)先出堆棧）可通過SPI接口控制。

3、硬件設(shè)計

單片機對發(fā)射模塊和接收模塊的控制，首先都要對單片機的接口進(jìn)行初始化（SPI總線接口技術(shù)是一種高速、高效率的串行接口技術(shù)，主要用于擴展外設(shè)和進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。），然后要對射頻模塊初始化，在這部分的初始化中要上電復(fù)位芯片和對它的片內(nèi)寄存器進(jìn)行配置。發(fā)射端發(fā)射一組數(shù)據(jù)中首先要通過口對，緩沖區(qū)設(shè)置單次發(fā)送的數(shù)據(jù)個數(shù)，然后寫入要發(fā)送的數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)自動加前導(dǎo)碼和校驗，接著進(jìn)入發(fā)送模式發(fā)送數(shù)據(jù)包，等待本次發(fā)送結(jié)束，zui后沖洗緩沖區(qū)，本次發(fā)送完畢。接收端接收一組數(shù)據(jù)中首先進(jìn)入接收模式，等待接收信息完成，然后接收到的數(shù)據(jù)包被分解，讀出所有接收到的數(shù)據(jù)并存儲，zui后清洗緩沖區(qū)，本次接收完畢。CC1100具有包處理機制、發(fā)送、接收FIF0、WOR模式（WakeonRadio）等諸多特點。在CC1100之前的無線收發(fā)芯片都是采用同步方式將數(shù)據(jù)按位發(fā)送出去，這種方式在發(fā)送與接收數(shù)據(jù)時處理起來比較麻煩，接收時還要判斷前導(dǎo)字與同步字。而CC1100把這些繁瑣的工作承擔(dān)下來，當(dāng)需要發(fā)射數(shù)據(jù)時，只需將發(fā)射的數(shù)據(jù)按照一定的格式通過SPI口寫入到發(fā)射FIF0，然后把CC1100配置成發(fā)射狀態(tài)，數(shù)據(jù)就會按照要求發(fā)射出去;當(dāng)需要接收數(shù)據(jù)時，首先將CC1100配置成接收狀態(tài)，一旦收到符合要求的數(shù)據(jù)，CC1100就會把收到的數(shù)據(jù)存入接收FIF0，同時引腳GD00或GD02會有一個脈沖出現(xiàn)，這個脈沖可以用來通知MCU有一個數(shù)據(jù)包已被CC1100收到，MCU就可以通過SPI口將CC1100收到的數(shù)據(jù)取出來。硬件連接如圖2所示。

4、軟件設(shè)計

CC1100通過4線SPI兼容接口（SI、S0、SCLK和CSn）配置，這個接口同時用作寫和緩存數(shù)據(jù)。SPI接口是一種同步串行通信接口，CSn是芯片選擇管腳，當(dāng)該管腳為低電平時，SPI接口可以通信，反之不能通信。SI和SO為數(shù)字傳輸管腳，分別用于數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出。SCLK為同步時鐘，在時鐘的上升沿或下降沿數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)被寫入或讀出。在讀或是寫寄存器，首先要在SI管腳寫入寄存器地址（Address）字節(jié)。地址字節(jié)有8位，zui高位為讀寫位，后7位為地址位。當(dāng)執(zhí)行寫寄存器操作時，讀寫位為O，當(dāng)執(zhí)行讀寄存器操作時，讀寫位為1。無論是讀操作還是寫操作，在地址字節(jié)被寫入時，CC1100S0腳上輸出一個芯片狀態(tài)字節(jié)，狀態(tài)字節(jié)包含關(guān)鍵狀態(tài)信號，對MCU是有用的。CC1100的TXFIF0（發(fā)射先進(jìn)先出堆棧）和RXFIF0（接收先進(jìn)先出堆棧）也可以用同樣的讀寫方式進(jìn)行訪問，只是使用與配置寄存器不同的地址段加以區(qū)別。另外，CC1100的指令也是通過SPI接口傳送，CC1100有14個內(nèi)部指令。這些指令用來關(guān)閉晶體振蕩器，開啟傳輸模式，狀態(tài)轉(zhuǎn)換和電磁波激活等。軟件流程如圖3所示。

通過SI寫入特定的字節(jié)使CC1100執(zhí)行不同的命令，CC1100共有20個引腳，可通過4線SPI兼容接口配置（包括數(shù)據(jù)線SI、S0、時鐘線SCLK、使能線CSn）。其中CSn可以連接到一個IO口來模擬時序，而其他三個腳則接到主MCU的SPI接口。通過重復(fù)使用SPI接口上的SI、SCLK和CSn，可使通信的主要狀態(tài)執(zhí)行一個簡單的三腳控制，即休眠、空閑、RX和TX。CC1100有兩個專用的配置引腳和一個共享引腳，能用于輸出對控制軟件有用的內(nèi)部狀態(tài)信息，并能用來對MCU產(chǎn)生中斷，其引腳名為GD00和GD01。共享引腳為SPI接口上的S0腳。GDOl/SO的默認(rèn)設(shè)置為3狀態(tài)輸出。通過選擇任意其他的控制選項可使GD01/SO腳成為一般引腳。當(dāng)CSn為低時，此引腳的功能如一般S0腳;而在同步和異步連續(xù)模式下，處于傳輸模式時，GD00腳被用作連續(xù)TX數(shù)據(jù)輸入腳。

5、結(jié)論

無線自動抄表系統(tǒng)是未來發(fā)展的必然趨勢，還可以應(yīng)用在低功率遙感勘測，住宅和建筑自動控制，無線警報和安全系統(tǒng)，工業(yè)監(jiān)測和控制，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，遙控遙測系統(tǒng)中。

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