自动无线抄表系统设计

2012-03-01 16:36:38来源: 互联网

本文提出了一种无线自动抄表系统,其通信质量好、成本低、工作可靠、经济实用,可以准确及时地将用户三表数据抄送上来,是一种理想的自动抄表解决方案,同时也是抄表收费系统发展的趋势。

  1抄表系统结构

  抄表系统主要由主站、GPRS通信信道、集中器、低压电力线网络、数据采集器、用户电表组成。系统工作原理是利用低压电力线或者RS一232总线将电表数据由采集器传输到集中器,然后集中器将信号定时或实时地传送至GPRS网络,经网关支持节点(GatewayGPRSSupportNode,GGSN)完成与Internet网络的数据交换,最后由主站的计算机接收Internet上的数据并进行用户电表数据汇总、电费计量、线损分析等相关处理。

  系统可用于家庭内部三表或多表数据的抄送。系统下层直接与水表、电表、煤气表等连接,上层与抄表中心主机连接,实现数据的远程抄送。系统一般使用被动抄表方式。上层模块接收到仪表中心的抄表命令时,通过无线方式向下层模块发送抄表指令。无线抄表系统的总体框架如图l所示。

  

无线抄表系统的总体框架

 

  2主要器件的介绍

  2.1AT89S52的主要特点

  A89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8k在系统可编程F1ash存储器。片上F1ash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供了高灵活、超有效的解决方案。

  A89S52与MCS一5l单片机产品兼容,具有8k字节在系统可编程F1ash存储器、1000次擦写周期、全静态操作:OHz~33Hz、三级加密程序存储器、32个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器、八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。

  2.2CC1100主要性能

  CC1100是一种低成本真正单片的UHF收发器,为低功耗无线应用而设计。电路主要设定为在315、433、868和915MHz的ISM(工业,科学和医学)和ISRD(短距离设备)频率波段,也可以容易地设置为300~348MHz、400~464MHz和800~928MHz的其他频段。RF收发器集成了一个高度可配置的调制解调器。其数据传输速率可达500kbps。通过开启集成在调制解调器上的前向误差校正选项,能使性能得到提升。CC1100为数据包处理、数据缓冲、突发数据传输、清晰信道评估、连接质量指示和电磁波激发提供广泛的硬件支持。CC1100的主要操作参数和164位传输/接收FIF0(先进先出堆栈)可通过SPI接口控制。

  3硬件设计

  单片机对发射模块和接收模块的控制,首先都要对单片机的接口进行初始化(SPI总线接口技术是一种高速、高效率的串行接口技术,主要用于扩展外设和进行数据交换。),然后要对射频模块初始化,在这部分的初始化中要上电复位芯片和对它的片内寄存器进行配置。发射端发射一组数据中首先要通过口对,缓冲区设置单次发送的数据个数,然后写入要发送的数据包,数据自动加前导码和校验,接着进入发送模式发送数据包,等待本次发送结束,最后冲洗缓冲区,本次发送完毕。接收端接收一组数据中首先进入接收模式,等待接收信息完成,然后接收到的数据包被分解,读出所有接收到的数据并存储,最后清洗缓冲区,本次接收完毕。CC1100具有包处理机制、发送、接收FIF0、WOR模式(WakeonRadio)等诸多特点。在CC1100之前的无线收发芯片都是采用同步方式将数据按位发送出去,这种方式在发送与接收数据时处理起来比较麻烦,接收时还要判断前导字与同步字。而CC1100把这些繁琐的工作承担下来,当需要发射数据时,只需将发射的数据按照一定的格式通过SPI口写入到发射FIF0,然后把CC1100配置成发射状态,数据就会按照要求发射出去;当需要接收数据时,首先将CC1100配置成接收状态,一旦收到符合要求的数据,CC1100就会把收到的数据存入接收FIF0,同时引脚GD00或GD02会有一个脉冲出现,这个脉冲可以用来通知MCU有一个数据包已被CC1100收到,MCU就可以通过SPI口将CC1100收到的数据取出来。硬件连接如图2所示。

  

自动无线抄表系统硬件连接
4软件设计

  CC1100通过4线SPI兼容接口(SI、S0、SCLK和CSn)配置,这个接口同时用作写和缓存数据。SPI接口是一种同步串行通信接口,CSn是芯片选择管脚,当该管脚为低电平时,SPI接口可以通信,反之不能通信。SI和SO为数字传输管脚,分别用于数据输入和数据输出。SCLK为同步时钟,在时钟的上升沿或下降沿数字数据被写入或读出。在读或是写寄存器,首先要在SI管脚写入寄存器地址(Address)字节。地址字节有8位,最高位为读写位,后7位为地址位。当执行写寄存器操作时,读写位为O,当执行读寄存器操作时,读写位为1。无论是读操作还是写操作,在地址字节被写入时,CC1100S0脚上输出一个芯片状态字节,状态字节包含关键状态信号,对MCU是有用的。CC1100的TXFIF0(发射先进先出堆栈)和RXFIF0(接收先进先出堆栈)也可以用同样的读写方式进行访问,只是使用与配置寄存器不同的地址段加以区别。另外,CC1100的指令也是通过SPI接口传送,CC1100有14个内部指令。这些指令用来关闭晶体振荡器,开启传输模式,状态转换和电磁波激活等。软件流程如图3所示。

  

软件流程

 

  通过SI写入特定的字节使CC1100执行不同的命令,CC1100共有20个引脚,可通过4线SPI兼容接口配置(包括数据线SI、S0、时钟线SCLK、使能线CSn)。其中CSn可以连接到一个IO口来模拟时序,而其他三个脚则接到主MCU的SPI接口。通过重复使用SPI接口上的SI、SCLK和CSn,可使通信的主要状态执行一个简单的三脚控制,即休眠、空闲、RX和TX。CC1100有两个专用的配置引脚和一个共享引脚,能用于输出对控制软件有用的内部状态信息,并能用来对MCU产生中断,其引脚名为GD00和GD01。共享引脚为SPI接口上的S0脚。GDOl/SO的默认设置为3状态输出。通过选择任意其他的控制选项可使GD01/SO脚成为一般引脚。当CSn为低时,此引脚的功能如一般S0脚;而在同步和异步连续模式下,处于传输模式时,GD00脚被用作连续TX数据输入脚。

  5结论

  无线自动抄表系统是未来发展的必然趋势,还可以应用在低功率遥感勘测,住宅和建筑自动控制,无线警报和安全系统,工业监测和控制,无线传感器网络,遥控遥测系统中。

关键字:无线  抄表系统

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2012/0301/article_14686.html
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