基于Si1000的無(wú)線(xiàn)M-Bus通信系統

摘要：儀表總線(xiàn)M-Bus協(xié)議是專(zhuān)門(mén)為消耗量計量?jì)x表設計的通信標準。無(wú)線(xiàn)M-Bus是M-Bus的一個(gè)無(wú)線(xiàn)通信標準，無(wú)需布線(xiàn)。在布線(xiàn)困難的地方，可以選用無(wú)線(xiàn)M-Bus進(jìn)行通信。本文介紹了基于Si1000的無(wú)線(xiàn)M-Bus通信系統主／從節點(diǎn)的硬件系統及軟件系統，并對無(wú)線(xiàn)M-Bus系統中低功耗的實(shí)現進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)M-Bus；Si1000；低功耗

引言

有線(xiàn)M-Bus是專(zhuān)為家用儀表數據傳輸而設計的總線(xiàn)制系統，它是一個(gè)層次化的系統，由主設備、若干從設備和一對連接線(xiàn)組成。有線(xiàn)M-Bus的提出滿(mǎn)足了公用事業(yè)儀表組網(wǎng)和遠程抄表的需要，同時(shí)可以滿(mǎn)足遠程供電需求，在智能小區的自動(dòng)抄表系統中有廣泛應用?？墒怯芯€(xiàn)M-Bus系統在網(wǎng)絡(luò )布線(xiàn)施工過(guò)程中往往需要破墻掘地，破壞周?chē)沫h(huán)境。因此無(wú)線(xiàn)應用給它在競爭中帶來(lái)優(yōu)勢，易于安裝和維護，不會(huì )對周?chē)h(huán)境造成影響。無(wú)線(xiàn)M-Bus是專(zhuān)門(mén)用于水表、氣表、熱能表、電表和數據集中器之間的數據無(wú)線(xiàn)傳輸的一個(gè)通信標準，它正廣泛被歐洲市場(chǎng)所接受。

現在大多數儀表都是用電池進(jìn)行供電的，因此對于低功耗的要求比較高。為了延長(cháng)電池的使用壽命，本文選用低功耗芯片Si1000組建一個(gè)無(wú)線(xiàn)M-Bus通信系統，并對Si1000的低功耗性能問(wèn)題及在軟硬件上的實(shí)現進(jìn)行了分析。

1 無(wú)線(xiàn)M-Bus

無(wú)線(xiàn)M-Bus標準規定了儀表和集中器之間的通信。圖1給出了一個(gè)簡(jiǎn)單的無(wú)線(xiàn)M-Bus通信系統，其中集中器作為主節點(diǎn)，儀表作為從節點(diǎn)。

主節點(diǎn)和從節點(diǎn)之間的通信，定義了3種不同的通信模式：

①S-mode靜止模式。S1-mode是從儀表到其他系統單元的單向通信；S1m-mode如同S1，但是數據采集裝置不能進(jìn)入低功耗模式；S2-mode是儀表和其他系統單元之間的雙向通信。

②T-mode頻繁傳送模式。T1-mode是從儀表到其他系統單元的單向通信；T2-mode是儀表和其他系統單元之間的雙向通信。

③R-mode是頻繁接收模式。R2-mode是儀表和其他系統單元之間的雙向通信。

當儀表能夠和集中器直接進(jìn)行通信時(shí)，其他系統單元就是圖1中的集中器?？墒窃趯?shí)際應用中，從節點(diǎn)儀表有時(shí)不能直接與主節點(diǎn)集中器進(jìn)行通信，那么就需要路由節點(diǎn)來(lái)轉接它們之間的數據，此時(shí)的系統單元就是高性能網(wǎng)關(guān)。

2 無(wú)線(xiàn)M-Bus收發(fā)系統設計

2．1 無(wú)線(xiàn)M-Bus收發(fā)系統原理

儀表抄讀無(wú)線(xiàn)收發(fā)系統原理框圖如圖2所示。無(wú)線(xiàn)數據的收發(fā)由無(wú)線(xiàn)微控制器Si1000實(shí)現。主節點(diǎn)Si1000內部的發(fā)送模塊將數據進(jìn)行編碼處理，以特定的格式經(jīng)天線(xiàn)發(fā)送給接收模塊。從節點(diǎn)Si1000內部的接收模塊接收到有效數據后，Si1000內部的微處理器通過(guò)擴展接口讀取外部?jì)x表的數據，并進(jìn)行相應的調整、轉換處理后通過(guò)射頻發(fā)送給主節點(diǎn)。主節點(diǎn)通過(guò)GPRS與集抄中心進(jìn)行通信。

由于采用的是無(wú)線(xiàn)微控制器，主／從節點(diǎn)發(fā)送／接收模塊不需要使用傳統的MCU+RF模塊的設計方式，只需要一片Si1000就可以完成射頻通信。

2．2 射頻部分

Si1000作為Si10xx系列的成員之一，在極精簡(jiǎn)的5 mm×7 mm封裝中結合了8051內核、工作頻段為240～960 MHz高穿透力的EZRadioPRO RF收發(fā)器、64 KB的Flash和10位ADC。Si1000系列提供優(yōu)越的RF性能，具有最高輸出功率、接收靈敏度以及最低功耗的喚醒轉換等特性。該無(wú)線(xiàn)微控制器在工作模式下有最低的電流消耗(160μ／MHz)，在休眠模式下，以?xún)炔康皖l振蕩器(LFO)作為頻率源的RTC工作時(shí)，消耗電流低至315nA。在深度休眠模式下，僅需25 nA工作電流，且不會(huì )丟失RAM數據。圖3給出了射頻部分硬件原理圖。