摘要：本文設(shè)計(jì)了一種基于Chipcon公司CC1000無(wú)線RF短距離收發(fā)芯片的低成本信息傳輸采集系統(tǒng)，介紹了系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，以及硬件原理、軟件編程實(shí)現(xiàn)。
　　關(guān)鍵詞：無(wú)線收發(fā)，信息采集
　　
　　0 引言
　　隨著我國(guó)城市化進(jìn)程和城市的現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷加快，對(duì)路燈這個(gè)城市交通道路安全必不可少的照明工具的照明狀況實(shí)施快捷而簡(jiǎn)單地自動(dòng)化采集，以便于更好更快的維護(hù)就提上了日程。如果全部采用GPRSMODEM則成本太高，本系統(tǒng)采用相對(duì)成本較低的短距離無(wú)線收發(fā)芯片通過(guò)程序處理把大量的路燈信息傳輸?shù)揭粋�(gè)路燈上通過(guò)GPRSMODEM發(fā)送出去，相對(duì)于傳統(tǒng)方式這樣既節(jié)省了成本，也達(dá)到了實(shí)時(shí)可靠監(jiān)控的效果。
　　
　　1 系統(tǒng)構(gòu)成
　　系統(tǒng)的主要實(shí)現(xiàn)對(duì)本節(jié)點(diǎn)路燈運(yùn)行信息進(jìn)行采集上傳，并對(duì)短距離無(wú)線收發(fā)芯片接收到的報(bào)文進(jìn)行單向過(guò)濾、逐級(jí)傳輸，使一條道路上的任意路燈的異常信息能及時(shí)到達(dá)擁有GPRS節(jié)點(diǎn)的主站點(diǎn)，由無(wú)線調(diào)制解調(diào)器通過(guò)GPRS方式連接到INTERNET上告到數(shù)據(jù)采集中心，從而能夠方便迅速維護(hù)，節(jié)省人力成本。如圖1所示：
　　
　　圖1系統(tǒng)構(gòu)成圖
　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
　　單個(gè)的采集板，需要一個(gè)微控制器和其控制的CC1000芯片以及其他外圍器件組成。每個(gè)節(jié)點(diǎn)需要完成對(duì)本節(jié)點(diǎn)路燈的信息進(jìn)行采集，對(duì)其他路燈信息進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的功能，主節(jié)點(diǎn)還需完成建立GPRS連接傳輸數(shù)據(jù)的功能。芯片的選型需要綜合成本、可維護(hù)性等發(fā)面進(jìn)行考慮。
　　2.1微處理器選型
　　由于路燈信息采集由另外的微控制器完成，本系統(tǒng)需要對(duì)路燈供電，照明等運(yùn)行信息進(jìn)行采集，并且需要至少4個(gè)I/O口，以及一個(gè)外部中斷管腳對(duì)CC1000用SPI總線配置寄存器CLK中斷和DIO輸入輸出腳收發(fā)數(shù)據(jù)，另外可以通過(guò)10位撥碼開(kāi)關(guān)控制I/O口設(shè)置站點(diǎn)編碼，本系統(tǒng)硬件接口需求不大，故可選用AVR公司的MEGA8單片機(jī)。
　　MEGA8具有8K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash(具有同時(shí)讀寫(xiě)的能力，即RWW)，512字節(jié)EEPROM，1K字節(jié)SRAM，32個(gè)通用I/O口線，32個(gè)通用工作寄存器，三個(gè)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(T/C),片內(nèi)/外中斷，可編程串行USART。具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門(mén)狗定時(shí)器，一個(gè)SPI串行端口,是很常用的廉價(jià)工業(yè)控制芯片。
　　2.2無(wú)線收發(fā)芯片選型
　　本設(shè)計(jì)采用了Chipcon公司用SmartRF技術(shù)在0.35μmCMOS工藝下制造的CC1000短距離RF單片收發(fā)通信芯片。CC1000可以通過(guò)編程使其工作在300～1000MHz范圍的頻點(diǎn)，最大輸出功率10dBm，而且需要匹配的外圍元器件很少，完全可以滿足本系統(tǒng)的需求。
　　2.3硬件構(gòu)成
　　圖2顯示了主控單片機(jī)和無(wú)線收發(fā)芯片之間的連接，三線串行接口PCLK和PALE、PDATA（雙向）以及CC1000輸出的時(shí)鐘型號(hào)DCLK，雙向數(shù)據(jù)接口DIO，晶振和外圍匹配電路省略未列出。
　　
　　圖2硬件框圖
　　3 軟件編程
　　3.1CC1000編程
　　（1）CC1000寄存器配置CC1000需要通過(guò)三線SPI接口(PDATA、PCLK和PALE)進(jìn)行編程，配置寄存器來(lái)決定芯片的工作中心頻點(diǎn)，和輸出功率等等，使其能進(jìn)入正確的工作狀態(tài)。CC1000有28個(gè)8位配置寄存器每個(gè)由7位地址尋址讀/寫(xiě)位初始化讀或?qū)懙牟僮鳎�一個(gè)完整的配置要求發(fā)送22個(gè)數(shù)據(jù)幀每個(gè)16位7個(gè)地址位1個(gè)讀/寫(xiě)位和8個(gè)數(shù)據(jù)位。通過(guò)配置工作頻率寄存器A、B可以設(shè)置發(fā)送（傳輸頻率）和接收（本振頻率）的工作頻率，使CC1000工作在一定的頻率上。
　　（2）收發(fā)數(shù)據(jù)在接收模式下CC1000可看成是一個(gè)傳統(tǒng)的超外差接收器，射頻輸入信號(hào)經(jīng)低噪聲放大器放大后翻轉(zhuǎn)進(jìn)入混頻器,通過(guò)混頻器混頻產(chǎn)生中頻信號(hào)。該信號(hào)在送入解調(diào)器解調(diào)之前被放大和濾波，解調(diào)后CC1000從管腳DIO輸出解調(diào)數(shù)字信號(hào)。解調(diào)信號(hào)的同步性由芯片上的PCLK提供的時(shí)鐘信號(hào)完成。信號(hào)接口由DIO和DCLK口組成，編碼格式采用同步曼徹斯特編碼模式，在曼徹斯特編碼中，以一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)從高到低跳變表示"0"，從低到高跳變表示"1"。DCLK接收到中斷信號(hào)后，開(kāi)始尋找?guī)�頭、幀尾以及鑒別報(bào)文。在發(fā)送模式下CC1100在DCLK上提供時(shí)鐘信號(hào)，微控制器根據(jù)時(shí)鐘信號(hào)在DIO輸出曼徹斯特編碼數(shù)據(jù)，CC1000完成調(diào)制發(fā)送。
　　3.2軟件流程
　　軟件主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和信息處理兩塊功能，兩者獨(dú)立運(yùn)行，并通過(guò)消息進(jìn)行交互，數(shù)據(jù)采集是通過(guò)溫度，電源檢測(cè)，發(fā)光檢測(cè)等傳感器接收、采集到路燈信息并把異常信息組成報(bào)文傳輸?shù)叫畔⑻幚砟�塊。信息處理模塊則負(fù)責(zé)報(bào)文接收檢測(cè)、鑒別、發(fā)送以及重新封裝轉(zhuǎn)發(fā)。考慮到單片機(jī)處理效率問(wèn)題，消息隊(duì)列可以開(kāi)辟環(huán)形緩存來(lái)存放，按照先入先出的原則，來(lái)避免存取的瓶頸、減少內(nèi)存的使用率，使通訊能通暢地進(jìn)行。
　　為確保無(wú)線通信的通暢，信息處理模塊需要定期檢查鏈路確定下一站的狀態(tài)。軟件狀態(tài)機(jī)如圖3所示：
　　
　　圖3軟件狀態(tài)機(jī)圖
　　因?yàn)镃C1000最大傳輸距離可以達(dá)到2公里，而實(shí)際路燈的間距只有幾十米，所以某個(gè)環(huán)節(jié)的路燈采集可能接收到若干個(gè)路燈的信息以及其他干擾信息，這時(shí)候就應(yīng)該根據(jù)報(bào)文格式和地址進(jìn)行過(guò)濾，只接收前一環(huán)節(jié)所發(fā)出及轉(zhuǎn)發(fā)的信息單向過(guò)濾傳輸，為防止誤碼，可以對(duì)報(bào)文進(jìn)行CRC16循環(huán)冗余校驗(yàn)。
　　為了防止某個(gè)路燈節(jié)點(diǎn)芯片損壞導(dǎo)致后面的路燈信息無(wú)法傳輸，需要每隔一段時(shí)間對(duì)下一個(gè)編號(hào)的路燈進(jìn)行查詢，數(shù)次不通后則上報(bào)故障給監(jiān)控中心，并且接收和轉(zhuǎn)發(fā)下下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，依次類推，保持后面的信息能及時(shí)暢通地傳輸?shù)奖O(jiān)控維護(hù)中心。而監(jiān)控維護(hù)中心也能監(jiān)測(cè)到某個(gè)節(jié)點(diǎn)的好壞，以便及時(shí)的維護(hù)。
　　最后所有信息都匯集到連接有GPRS調(diào)制解調(diào)器的采集板上，采集板把采集到的信息通過(guò)建立GPRS鏈路用TCP/IP協(xié)議上傳至數(shù)據(jù)采集中心，由于篇幅限制，這里就暫不作詳細(xì)介紹。
　　4 結(jié)束語(yǔ)
　　通過(guò)上面的描述，基于短距離無(wú)線收發(fā)芯片的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)，采用了低成本的CC1000芯片相對(duì)傳統(tǒng)的GPRSDTU數(shù)據(jù)采集，本設(shè)計(jì)只采用一個(gè)GPRSMODEM大大降低了成本、節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)資源，減小了維護(hù)難度。同時(shí)，通過(guò)對(duì)軟件狀態(tài)機(jī)的修改和完善，后續(xù)能增加控制功能對(duì)路燈進(jìn)行控制的雙向功能。

 1/2    1 2 下一頁(yè) 尾頁(yè)