無(wú)線通訊在能耗采用體系中的運(yùn)用范文

本站小編為你精心準(zhǔn)備了無(wú)線通訊在能耗采用體系中的運(yùn)用參考范文，愿這些范文能點(diǎn)燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

硬件設(shè)計(jì)

1計(jì)量設(shè)備的接入

在工業(yè)控制場(chǎng)合，RS－485總線因其接口簡(jiǎn)單，組網(wǎng)方便，傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用．大多數(shù)RS－485通訊采用主從通訊方式，接口遵循TIA／EIA－485A標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)傳輸?shù)男盘?hào)采用平衡發(fā)送和差分接收［6］．采集部分采用的計(jì)量設(shè)備是具有RS－485串行通信接口且有功測(cè)量等級(jí)為1．0S的計(jì)量型單項(xiàng)電能表．考慮到總線型結(jié)構(gòu)接入時(shí)，數(shù)據(jù)采集的延時(shí)會(huì)隨著總線上接入設(shè)備數(shù)量的增加呈線性增長(zhǎng)的趨勢(shì)，因而不能充分滿足對(duì)數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)性的要求．實(shí)際應(yīng)用中電能表采用星型結(jié)構(gòu)接入，每個(gè)計(jì)量設(shè)備都單獨(dú)使用一個(gè)串行端口通訊，避免了設(shè)定地址的繁瑣步驟，簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)配置．電能表接線連接圖如圖2所示．220V市電的火線（L）和零線（N）分別接入各電能表的端口1和端口4，端口2和端口6分別接入民用負(fù)載．

2無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊

無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸需要考慮的主要因素包括發(fā)射功率、接收／發(fā)射天線增益、傳播損耗和接收靈敏度等，微控制器采用＋5V供電，無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的芯片均采用＋3．3V供電，為了保證接口電平具有兼容性，需要通過(guò)電平轉(zhuǎn)換芯片MP2104實(shí)現(xiàn)3．3V與5V的雙向轉(zhuǎn)換．如圖4所示。通過(guò)適當(dāng)調(diào)整這些因素可以增加數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x．無(wú)線通信芯片選用Chipcon公司生產(chǎn)的一款CC1100單片射頻收發(fā)芯片．單片機(jī)與CC1100的電氣連接圖如圖3所示，該芯片具有500Kbps的最大無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸速率，工作電壓在1．8～3．6V范圍之間，工作頻率為300MHz～1000MHz，接收靈敏度高、能耗非常低，－40℃～＋85℃的溫度范圍內(nèi)均可正常工作．CC1100芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括低噪聲放大器、積分器、ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換器、自動(dòng)增益控制器、頻率濾波器、壓控振蕩器和相移裝置．設(shè)計(jì)中的微控制器采用AT89S52單片機(jī)，內(nèi)部含有8K字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I／O口，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，3個(gè)16位定時(shí)器／計(jì)數(shù)器，片內(nèi)晶振以及時(shí)鐘電路．單片機(jī)通過(guò)對(duì)SI、SCLK、GDO0、GDO1、GDO2和CSn的控制實(shí)現(xiàn)與CC1100芯片進(jìn)行通信．地址和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)，應(yīng)將CSn口一直置低，并在時(shí)鐘上升延時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

為了提供可靠的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)需要將數(shù)據(jù)打包后發(fā)送，通信數(shù)據(jù)包格式如圖5所示．即將較長(zhǎng)的數(shù)據(jù)幀拆分為較短的數(shù)據(jù)幀并插入由硬件自動(dòng)添加的附加信息位、同步字和在數(shù)據(jù)發(fā)送前由軟件添加的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和地址位，同時(shí)根據(jù)寄存器的設(shè)置還應(yīng)自動(dòng)加入CRC校驗(yàn)位等信息之后等待發(fā)送．接收數(shù)據(jù)的過(guò)程和發(fā)送過(guò)程相對(duì)，首先將接收到的數(shù)據(jù)解包，重新組合成完整的數(shù)據(jù)再經(jīng)處理后發(fā)給中心．?dāng)?shù)據(jù)采集射頻發(fā)射部分主程序的流程圖如圖6所示．由于在操作過(guò)程中需要運(yùn)用到PC機(jī)與PIC之間的異步通信方式以及MCU內(nèi)部的數(shù)模轉(zhuǎn)換功能，上電后不僅需要將89S52各個(gè)端口進(jìn)行初始化操作，還要對(duì)內(nèi)部RAM、串口、定時(shí)器、CC1100等進(jìn)行初始化，并啟動(dòng)定時(shí)器開(kāi)始記錄當(dāng)?shù)叵鄬?duì)時(shí)間．延時(shí)1ms后，判斷接收的地址是否有效，若有效則開(kāi)始采集電能表的數(shù)據(jù)并進(jìn)行相關(guān)處理后存儲(chǔ)．此時(shí)，啟動(dòng)CC1100并設(shè)置為發(fā)射模式，傳送數(shù)據(jù)采用半雙工通信方式，即收發(fā)器在發(fā)射時(shí)接收終端必須自動(dòng)屏蔽，發(fā)射結(jié)束后恢復(fù)．運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)上位機(jī)命令標(biāo)志位RX＝1時(shí)，則先執(zhí)行上位機(jī)命令．通信速率設(shè)定為250Kpbs，發(fā)送完數(shù)據(jù)后等待響應(yīng)，接收超時(shí)或者是校驗(yàn)出錯(cuò)時(shí)，接收端將重新等待數(shù)據(jù)接收．在CC1100之間的通信過(guò)程中，接收方容易產(chǎn)生數(shù)據(jù)溢出而導(dǎo)致RF無(wú)法繼續(xù)接受新的數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)出現(xiàn)通信異常的情況，此時(shí)需要對(duì)RF重新初始化并關(guān)中斷，再清空接收存儲(chǔ)器即可，只有接收到完整的數(shù)據(jù)后函數(shù)才能返回．

測(cè)試與驗(yàn)證

為了測(cè)試所設(shè)計(jì)的無(wú)線通信模塊的工作效果，在程序中設(shè)定需要傳送的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度設(shè)定為最大長(zhǎng)度32字節(jié)，內(nèi)容為阿拉伯?dāng)?shù)字00－15、15－00．發(fā)送部分將設(shè)定好的程序下載到單片機(jī)89S52中，啟動(dòng)CC1100并設(shè)置為發(fā)射模式，同時(shí)接收部分啟動(dòng)CC1100并設(shè)置為接收模式．按下發(fā)送按鍵數(shù)據(jù)發(fā)送出去，接收部分通過(guò)RS232與電腦串口相連，通信的波特率設(shè)定為9600bps．如圖7所示為接收部分接收到的數(shù)據(jù)，接受距離為50m左右．通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了傳送距離為50m左右的無(wú)線數(shù)據(jù)可以準(zhǔn)確接收，達(dá)到了預(yù)期的目的．

結(jié)論

大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)要綜合考慮多方面的因素，本文根據(jù)RS－485總線的特點(diǎn)，結(jié)合CC1100單片射頻芯片，通過(guò)對(duì)上位機(jī)和下位機(jī)硬件電路的設(shè)計(jì)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了用電能耗數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸．該系統(tǒng)具有成本低、通用性強(qiáng)、可靠性高等特點(diǎn)．

作者：吳烜席自強(qiáng)王莎單位：湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院