无线通讯在能耗采用体系中的运用范文

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硬件设计

1计量设备的接入

在工业控制场合，RS－485总线因其接口简单，组网方便，传输距离远等特点而得到广泛应用．大多数RS－485通讯采用主从通讯方式，接口遵循TIA／EIA－485A标准，对传输的信号采用平衡发送和差分接收［6］．采集部分采用的计量设备是具有RS－485串行通信接口且有功测量等级为1．0S的计量型单项电能表．考虑到总线型结构接入时，数据采集的延时会随着总线上接入设备数量的增加呈线性增长的趋势，因而不能充分满足对数据采集实时性的要求．实际应用中电能表采用星型结构接入，每个计量设备都单独使用一个串行端口通讯，避免了设定地址的繁琐步骤，简化了现场配置．电能表接线连接图如图2所示．220V市电的火线（L）和零线（N）分别接入各电能表的端口1和端口4，端口2和端口6分别接入民用负载．

2无线数据传输模块

无线数据传输需要考虑的主要因素包括发射功率、接收／发射天线增益、传播损耗和接收灵敏度等，微控制器采用＋5V供电，无线数据传输模块的芯片均采用＋3．3V供电，为了保证接口电平具有兼容性，需要通过电平转换芯片MP2104实现3．3V与5V的双向转换．如图4所示。通过适当调整这些因素可以增加数据传输的距离．无线通信芯片选用Chipcon公司生产的一款CC1100单片射频收发芯片．单片机与CC1100的电气连接图如图3所示，该芯片具有500Kbps的最大无线数据传输速率，工作电压在1．8～3．6V范围之间，工作频率为300MHz～1000MHz，接收灵敏度高、能耗非常低，－40℃～＋85℃的温度范围内均可正常工作．CC1100芯片的内部结构主要包括低噪声放大器、积分器、ADC数模转换器、自动增益控制器、频率滤波器、压控振荡器和相移装置．设计中的微控制器采用AT89S52单片机，内部含有8K字节Flash，256字节RAM，32位I／O口，看门狗定时器，2个数据指针，3个16位定时器／计数器，片内晶振以及时钟电路．单片机通过对SI、SCLK、GDO0、GDO1、GDO2和CSn的控制实现与CC1100芯片进行通信．地址和数据转换时，应将CSn口一直置低，并在时钟上升延时进行数据采集

系统软件设计

为了提供可靠的无线数据传输，发送数据时需要将数据打包后发送，通信数据包格式如图5所示．即将较长的数据帧拆分为较短的数据帧并插入由硬件自动添加的附加信息位、同步字和在数据发送前由软件添加的数据长度和地址位，同时根据寄存器的设置还应自动加入CRC校验位等信息之后等待发送．接收数据的过程和发送过程相对，首先将接收到的数据解包，重新组合成完整的数据再经处理后发给中心．数据采集射频发射部分主程序的流程图如图6所示．由于在操作过程中需要运用到PC机与PIC之间的异步通信方式以及MCU内部的数模转换功能，上电后不仅需要将89S52各个端口进行初始化操作，还要对内部RAM、串口、定时器、CC1100等进行初始化，并启动定时器开始记录当地相对时间．延时1ms后，判断接收的地址是否有效，若有效则开始采集电能表的数据并进行相关处理后存储．此时，启动CC1100并设置为发射模式，传送数据采用半双工通信方式，即收发器在发射时接收终端必须自动屏蔽，发射结束后恢复．运行过程中出现上位机命令标志位RX＝1时，则先执行上位机命令．通信速率设定为250Kpbs，发送完数据后等待响应，接收超时或者是校验出错时，接收端将重新等待数据接收．在CC1100之间的通信过程中，接收方容易产生数据溢出而导致RF无法继续接受新的数据时会出现通信异常的情况，此时需要对RF重新初始化并关中断，再清空接收存储器即可，只有接收到完整的数据后函数才能返回．

测试与验证

为了测试所设计的无线通信模块的工作效果，在程序中设定需要传送的数据，数据长度设定为最大长度32字节，内容为阿拉伯数字00－15、15－00．发送部分将设定好的程序下载到单片机89S52中，启动CC1100并设置为发射模式，同时接收部分启动CC1100并设置为接收模式．按下发送按键数据发送出去，接收部分通过RS232与电脑串口相连，通信的波特率设定为9600bps．如图7所示为接收部分接收到的数据，接受距离为50m左右．通过实验验证了传送距离为50m左右的无线数据可以准确接收，达到了预期的目的．

结论

大型公共建筑能耗监测系统的数据传输环节要综合考虑多方面的因素，本文根据RS－485总线的特点，结合CC1100单片射频芯片，通过对上位机和下位机硬件电路的设计和监测系统软件的设计，实现了用电能耗数据的无线传输．该系统具有成本低、通用性强、可靠性高等特点．

作者：吴烜席自强王莎单位：湖北工业大学电气与电子工程学院