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基于nRF905的無線水表自動抄表系統設計

作者: 時間:2012-06-25 來源:網絡 收藏

3.2 軟件
3.2.1 通信協議
工作在接收模式時,引入的數據包地址與器件自身地址相同時,才可以繼續接收下面的數據,發送的數據還要遵循一定的數據格式,如表1所示。

本文引用地址:http://www.cqxgywz.com/article/154579.htm

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Addr為發送單元地址:Payload為有效加載數據(包括OffsetAdd偏移地址、RID發送機識別碼、Data數據);最后為CRC校驗碼。Addr包含4個字節,OffsetAdd為一個字節,RID包括4個字節,Data有7個字節(包括發送機類型碼、發送機狀態、倍率和4個字節的計數值)。故需要配置接收和發送數據寬度為14字節。
接收時,地址匹配后,先接收一數據包,分別驗證OffsetAdd、RID和CRC正確后,再將Payrload數據送入微控制器處理;當接收機微處理器判斷Payload中的RID有效時,繼續處理后續數據,否則放棄該數據包,如果數據合法,最后將數據存放在偏移地址為OffsetAdd的EEProm存儲器中。
3.2.2 模塊初始化
在nRF905模塊中,特殊寄存器RF-Register包含10個字節,其配置字內容可決定nRF905的工作特性,表2列出本中特殊寄存器RF-Register需要配置的基本參數。

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的通信模塊器件工作在433 MHz頻段,選用432.4MHz的中心頻率,輸出功率設置為nRF905所允許的最大功率+10 dBm,以確保通信果。允許產生CRC校驗碼,以減小CPU工作負擔。通訊時,各模塊處于正常接收狀態,收發使能位TRX_CE=1且方式選擇位TCX_EN=0。在發送數據條件符合后,可由用戶編程修改TX_EN=1使各字節工作于發射狀態。
設定接收器和所有發送單元的地址Addr均為OXc5h,這樣,整個內接收器和所有發送單元之間可以互相通訊,其它頻段和其它地址的數據包則不會被接收,從而避免了其它系統的干擾。
3.2.3 功能需求
1)節電設計
為了達到電子模塊能夠使用6年以上的目標,除了使用大容量鋰電池之外,還需要在軟件方面進行降低功耗的設計。
首先要降低CPU部分的功耗,CPU有三個耗電大戶有:第一大戶是懸空的輸入腳,第二大戶為引腳弱上拉時IO口接地或被置為低電平,第三大戶為BROWN OUT DOWNRESET(電壓過低復位)功能開啟。在CPU睡眠時,要將沒有使用的CPU引腳設為輸入模式并上拉,將被占用的CPU引腳設為輸入模式或置為某一固定的電平,保證與其電氣連接的部分沒有電流消耗。由于系統電壓過低后會報警,提醒用戶電量不足,所以在編程時將電壓過低復位功能關閉掉,可以節省很大的電能消耗。
通信模塊是最耗電的部分,系統上電,所有初始化工作完成后,CPU則進入睡眠狀態,同時將nRF905芯片的PWR_UP引腳置0,關閉其電源,當CPU被計數中斷喚醒后,會查詢是否達到數據發送條件,若符合條件則將PWR_UP引腳置1,打開通信模塊電源,在處理完數據發送任務后,整個系統重新回到低功耗模式。
2)計量及故障檢測
計量是RB6和RB7兩個CPU引腳通過中斷方式采集水表的發送脈沖,每當兩個引腳先后經歷一次電平高低變化,則完成一次正常計數采集;若兩個引腳同時為0,則水表脈沖計數器處于強磁狀態,CPU會記下此刻狀態并發送到接收器;若某個脈沖為尖峰脈沖,沒有達到一定的脈沖寬度值,則視為干擾。
每隔一定時間系統開啟AD功能,監測電源電壓,一旦電池電壓值跌落到一定程度則啟動報警裝置,通知用戶電量不足,并將低電壓狀態發送到接收器通知管理員更換設備。
3)數據可靠性設計
系統初始化要首先檢測EEProm存儲器中的數據是否在正常范圍內,若正常則加載,否則系統會使用某一默認值。接收器在每次接收到數據后都會和上一次數據進行比較,符合條件才會將EEProm數據更新。
另外,在通信協議中,指定了頻段和地址匹配保證通信可靠,數據包中的ID號檢測和校驗碼驗證保證通信數據的可靠性。

4 結束語
文中根據nRF905的工作特點,通過構建新的通訊協議,將其應用于水表抄表系統,此方案硬件電路連接簡單,易于調試,各節點編程具有通用性。系統最終測試達到了預想的性能指標,在正常工作狀態下電子模塊的電流消耗小于1μA,系統對通信可靠性和數據安全性也進行了充分的考慮。將系統信號采樣部分稍加改造,可以應用于智能家庭、智能樓宇、溫\濕度采集、遠程抄表等各種近距離無線數據傳輸領域,因此,具有較高的實用推廣價值。


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