摘要：本文設計了一種基于Chipcon公司CC1000無線RF短距離收發芯片的低成本信息傳輸采集系統，介紹了系統設計方案，以及硬件原理、軟件編程實現。
　　關鍵詞：無線收發，信息采集
　　
　　0 引言
　　隨著我國城市化進程和城市的現代化進程的不斷加快，對路燈這個城市交通道路安全必不可少的照明工具的照明狀況實施快捷而簡單地自動化采集，以便于更好更快的維護就提上了日程。如果全部采用GPRSMODEM則成本太高，本系統采用相對成本較低的短距離無線收發芯片通過程序處理把大量的路燈信息傳輸到一個路燈上通過GPRSMODEM發送出去，相對于傳統方式這樣既節省了成本，也達到了實時可靠監控的效果。
　　
　　1 系統構成
　　系統的主要實現對本節點路燈運行信息進行采集上傳，并對短距離無線收發芯片接收到的報文進行單向過濾、逐級傳輸，使一條道路上的任意路燈的異常信息能及時到達擁有GPRS節點的主站點，由無線調制解調器通過GPRS方式連接到INTERNET上告到數據采集中心，從而能夠方便迅速維護，節省人力成本。如圖1所示：
　　
　　圖1系統構成圖
　　2 系統硬件設計
　　單個的采集板，需要一個微控制器和其控制的CC1000芯片以及其他外圍器件組成。每個節點需要完成對本節點路燈的信息進行采集，對其他路燈信息進行轉發的功能，主節點還需完成建立GPRS連接傳輸數據的功能。芯片的選型需要綜合成本、可維護性等發面進行考慮。
　　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，本系統需要對路燈供電，照明等運行信息進行采集，并且需要至少4個I/O口，以及一個外部中斷管腳對CC1000用SPI總線配置寄存器CLK中斷和DIO輸入輸出腳收發數據，另外可以通過10位撥碼開關控制I/O口設置站點編碼，本系統硬件接口需求不大，故可選用AVR公司的MEGA8單片機。
　　MEGA8具有8K字節的系統內可編程Flash(具有同時讀寫的能力，即RWW)，512字節EEPROM，1K字節SRAM，32個通用I/O口線，32個通用工作寄存器，三個的定時器/計數器(T/C),片內/外中斷，可編程串行USART。具有片內振蕩器的可編程看門狗定時器，一個SPI串行端口,是很常用的廉價工業控制芯片。
　　2.2無線收發芯片選型
　　本設計采用了Chipcon公司用SmartRF技術在0.35μmCMOS工藝下制造的CC1000短距離RF單片收發通信芯片。CC1000可以通過編程使其工作在300～1000MHz范圍的頻點，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的需求。
　　2.3硬件構成
　　圖2顯示了主控單片機和無線收發芯片之間的連接，三線串行接口PCLK和PALE、PDATA（雙向）以及CC1000輸出的時鐘型號DCLK，雙向數據接口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需要通過三線SPI接口(PDATA、PCLK和PALE)進行編程，配置寄存器來決定芯片的工作中心頻點，和輸出功率等等，使其能進入正確的工作狀態。CC1000有28個8位配置寄存器每個由7位地址尋址讀/寫位初始化讀或寫的操作，一個完整的配置要求發送22個數據幀每個16位7個地址位1個讀/寫位和8個數據位。通過配置工作頻率寄存器A、B可以設置發送（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）收發數據在接收模式下CC1000可看成是一個傳統的超外差接收器，射頻輸入信號經低噪聲放大器放大后翻轉進入混頻器,通過混頻器混頻產生中頻信號。該信號在送入解調器解調之前被放大和濾波，解調后CC1000從管腳DIO輸出解調數字信號。解調信號的同步性由芯片上的PCLK提供的時鐘信號完成。信號接口由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，以一個時鐘周期內從高到低跳變表示"0"，從低到高跳變表示"1"。DCLK接收到中斷信號后，開始尋找幀頭、幀尾以及鑒別報文。在發送模式下CC1100在DCLK上提供時鐘信號，微控制器根據時鐘信號在DIO輸出曼徹斯特編碼數據，CC1000完成調制發送。
　　3.2軟件流程
　　軟件主要實現數據采集和信息處理兩塊功能，兩者獨立運行，并通過消息進行交互，數據采集是通過溫度，電源檢測，發光檢測等傳感器接收、采集到路燈信息并把異常信息組成報文傳輸到信息處理模塊。信息處理模塊則負責報文接收檢測、鑒別、發送以及重新封裝轉發。考慮到單片機處理效率問題，消息隊列可以開辟環形緩存來存放，按照先入先出的原則，來避免存取的瓶頸、減少內存的使用率，使通訊能通暢地進行。
　　為確保無線通信的通暢，信息處理模塊需要定期檢查鏈路確定下一站的狀態。軟件狀態機如圖3所示：
　　
　　圖3軟件狀態機圖
　　因為CC1000最大傳輸距離可以達到2公里，而實際路燈的間距只有幾十米，所以某個環節的路燈采集可能接收到若干個路燈的信息以及其他干擾信息，這時候就應該根據報文格式和地址進行過濾，只接收前一環節所發出及轉發的信息單向過濾傳輸，為防止誤碼，可以對報文進行CRC16循環冗余校驗。
　　為了防止某個路燈節點芯片損壞導致后面的路燈信息無法傳輸，需要每隔一段時間對下一個編號的路燈進行查詢，數次不通后則上報故障給監控中心，并且接收和轉發下下一個節點的數據，依次類推，保持后面的信息能及時暢通地傳輸到監控維護中心。而監控維護中心也能監測到某個節點的好壞，以便及時的維護。
　　最后所有信息都匯集到連接有GPRS調制解調器的采集板上，采集板把采集到的信息通過建立GPRS鏈路用TCP/IP協議上傳至數據采集中心，由于篇幅限制，這里就暫不作詳細介紹。
　　4 結束語
　　通過上面的描述，基于短距離無線收發芯片的數據采集和監控系統，采用了低成本的CC1000芯片相對傳統的GPRSDTU數據采集，本設計只采用一個GPRSMODEM大大降低了成本、節約了網絡資源，減小了維護難度。同時，通過對軟件狀態機的修改和完善，后續能增加控制功能對路燈進行控制的雙向功能。

 1/2    1 2 下一頁 尾頁