自動無線抄表系統的設計與研究

發布：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，其通信質量好、成本低、工作可靠、經濟實用，可以準確及時地將用戶三表數據抄送上來，是一種理想的自動抄表解決方案，同時也是抄表收費系統發展的趨勢。

1、抄表系統結構

抄表系統主要由主站、GPRS通信信道、集中器、低壓電力線網絡、數據采集器、用戶電表組成。系統工作原理是利用低壓電力線或者RS一232總線將電表數據由采集器傳輸到集中器，然后集中器將信號定時或實時地傳送至GPRS網絡，經網關支持節點（GatewayGPRSSupportNode，GGSN）完成與Internet網絡的數據交換，zui后由主站的計算機接收Internet上的數據并進行用戶電表數據匯總、電費計量、線損分析等相關處理。

系統可用于家庭內部三表或多表數據的抄送。系統下層直接與水表、電表、煤氣表等連接，上層與抄表中心主機連接，實現數據的遠程抄送。系統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送抄表指令。無線抄表系統的總體框架如圖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在系統可編程F1ash存儲器。片上F1ash允許程序存儲器在系統可編程，亦適于常規編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統提供了高靈活、超有效的解決方案。

A89S52與MCS一5l單片機產品兼容，具有8k字節在系統可編程F1ash存儲器、1000次擦寫周期、全靜態操作：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、雙數據指針、掉電標識符。

2.2CC1100主要性能

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

3、硬件設計

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

4、軟件設計

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據。SPI接口是一種同步串行通信接口，CSn是芯片選擇管腳，當該管腳為低電平時，SPI接口可以通信，反之不能通信。SI和SO為數字傳輸管腳，分別用于數據輸入和數據輸出。SCLK為同步時鐘，在時鐘的上升沿或下降沿數字數據被寫入或讀出。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。地址字節有8位，zui高位為讀寫位，后7位為地址位。當執行寫寄存器操作時，讀寫位為O，當執行讀寄存器操作時，讀寫位為1。無論是讀操作還是寫操作，在地址字節被寫入時，CC1100S0腳上輸出一個芯片狀態字節，狀態字節包含關鍵狀態信號，對MCU是有用的。CC1100的TXFIF0（發射先進先出堆棧）和RXFIF0（接收先進先出堆棧）也可以用同樣的讀寫方式進行訪問，只是使用與配置寄存器不同的地址段加以區別。另外，CC1100的指令也是通過SPI接口傳送，CC1100有14個內部指令。這些指令用來關閉晶體振蕩器，開啟傳輸模式，狀態轉換和電磁波激活等。軟件流程如圖3所示。

通過SI寫入特定的字節使CC1100執行不同的命令，CC1100共有20個引腳，可通過4線SPI兼容接口配置（包括數據線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。通過重復使用SPI接口上的SI、SCLK和CSn，可使通信的主要狀態執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部狀態信息，并能用來對MCU產生中斷，其引腳名為GD00和GD01。共享引腳為SPI接口上的S0腳。GDOl/SO的默認設置為3狀態輸出。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CSn為低時，此引腳的功能如一般S0腳;而在同步和異步連續模式下，處于傳輸模式時，GD00腳被用作連續TX數據輸入腳。

5、結論

無線自動抄表系統是未來發展的必然趨勢，還可以應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，工業監測和控制，無線傳感器網絡，遙控遙測系統中。

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