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基于MSP430和nRF40l的 无线自动抄表系统

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

  摘要:介绍了一种基于MSP430和nRF401的家用射频无线自动抄表系统,详细地叙述了系统设计原理与软硬件的实现方法。
关键词:MSP430nRF401无线传输自动抄表
  家庭内部传统的抄表收费方式存在许多弊端,如入户麻烦、管理费用过高、存在安全隐患等,已不适应现代物业管理的需要。小区自动抄表系统具有节省时间、人力、物力,提高工作效率,降低物业成本,可以准确及时地将用户三表数据抄送上来等优点,是抄表收费系统发展的趋势。为了在已建成的小区中方便地使用自动抄表系统,免除家庭内部重新布线的不便,设计了一个应用于家庭内部的短距离无线抄表系统。1系统的总体结构图1为短距离无线抄表系统的总体结构,它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,上层可以通过电话、以太网、GSM或GPRS等与抄表中心连接,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。下层模块接收到指令后通过485总线采集三表的数据,将数据打包后通过无线通讯芯片发送出去。上层模块收到数据后,将数据解包,发送给抄表中心。系统也可采用主动抄表,即下层模块定时采集三表数据,发送到上层模块,再由上层模块发送到仪表中心。2系统的硬件实现2.1系统硬件结构图2为系统的硬件结构。系统的MCU使用TI公司MSP430系列中的F123型,通过nRF401芯片实现无线数据收发,并通过MAX3485芯片及485总线与三表(下层模块)或电话、网络等(上层模块)连接。如果需要与232总线或仪表总线等连接,只需更换转换芯片即可方便地连接。通过液晶和简易键盘,用户可以查看三表的数据并对仪表地址进行设定。2.2主要系统器件介绍无线通讯使用Nordic公司的单片收发芯片nRF401。这是一个为433MHzISM频段设计的真正单片UHF无线收发芯片,它采用FSK调制解调技术。nRF401的最高工作速度可以达到20kbps,发射功率可调,最大为+10dBm。天线接口设计为差分天线,便于使用低成本的PCB天线。该芯片具有待机模式,可以更省电和高效。nRF401的工作电压范围为2.7V~5.25V,发射电流约为8mA~18mA(—10dB输出),接收电流约为10mA,待机电流为8μA。
  
  nRF401可以通过串行接口与单片机直接相连,无需复杂的编码,所需的外围器件很少,使用简单。其电路原理图如图3所示。系统的MCU使用TI公司的MSP430系列,是一种具有超低功耗特性的功能强大的16位单片机。当运行在1MHz时钟条件下时,工作电流可因工作模式不同在0.1pμA~200μA(2.2V)之间,工作电压为1.8V~3.6V。其高效率精简16位指令结构可以确保任何任务的快速执行,大多数指令可以在一个时钟周期内完成;它还具有高级语言编程的能力,可以加速软件的开发。本系统使用的是该系列的F123型,具有8KB+256ByteFlashMemory和256ByteRAM以及一个串口和一个定时器。485芯片使用MAX公司的MAX3485芯片,不需485总线传输时可工作在关断模式下,在该模式下所需的电流小于1μA。
  
  图3
  
  2.3硬件设计中的注意事项射频电路部分会受到数字电路部分的干扰。天线到射频芯片的输入信号可能小于1μV,所以数字信号与射频信号强度之间的差别可以达到100万倍(120dB)。如果这些信号没有被恰当地隔离或屏蔽,射频信号就将被干扰,传输性能会受到非常严重的影响。另外射频部分对电压的波动非常敏感,所以电源的噪声会严重影响传输性能。因此,射频部分电路的设计就显得非常重要。在设

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