自动无线抄表系统的设计与研究

发布：2018-12-18 | 点击：人次

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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，zui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。

2、主要器件的介绍

2.1 AT89S52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，zui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，zui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。

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，zui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。

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。

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