无线自动抄表系统设计应用实例分析

中心议题：
    *  抄表系统结构
    *  抄表主要器件的介绍
    *  软件设计
解决方案：
    *  由AT89S52单片机和CC1100构成
    *  CC1100通过4线SPI兼容接口配置

近些年信息通信领域中发展最快、应用最广的就是无线通信技术。而无线通信技术又有着集成化、低功耗、易操作的发展趋势。微功率短距离无线数据传输技术作为一种无线通信实用技术，一般使用单片射频收发芯片，加上微控制器和少量外围器件构成专用或通用无线通信模块，只要依据命令字进行操作即可实现基本的数据无线短距离抄表功能。本文提出了 一种基于CC1100的无线自动抄表系统，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。

　　
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.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。

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。
　
4.结论
　　
无线自动抄表系统是未来发展的必然趋势，而对于抄表系统的改造，由AT89S52单片机和CC1100构成的无线自动抄表系统具有使用方便、成本低、应用灵活、价格适中的优点。家庭内部的三表可以统一抄送。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，而且适用于电子消费产品、住宅、建筑物自动控制等诸多无线应用领域。