射頻模塊PTR8000在無(wú)線(xiàn)抄表中的應用

1 引言

隨著(zhù)電力負荷的急劇增長(cháng)和供電企業(yè)“一戶(hù)一表”、“直供到戶(hù)”等營(yíng)銷(xiāo)舉措的不斷深人，供電企業(yè)電量抄錄的工作量急劇增加。目前的抄表方式主要有4種：人工抄表、IC卡表、有線(xiàn)遠程自動(dòng)抄表、無(wú)線(xiàn)遠程自動(dòng)抄表。

人工人戶(hù)抄表工作量大，而且容易出現錯鈔、漏抄、估抄等現象。IC卡表是預付費形式，數據集中比較方便，但IC卡的安全性較差。有線(xiàn)遠程自動(dòng)抄表，主要有485等一些專(zhuān)用通信線(xiàn)路、電力線(xiàn)載波以及以太網(wǎng)。前者需要專(zhuān)門(mén)布線(xiàn)，工程量大，且因只能采取主機輪詢(xún)的方式而效率較低?；诘蛪弘娏€(xiàn)載波技術(shù)的遠抄，抗干擾能力較差，達不到實(shí)用的要求。以太網(wǎng)避免單獨布線(xiàn)的問(wèn)題，而且TCP/IP協(xié)議的開(kāi)放性和兼容性使系統有較大的擴展空間。無(wú)線(xiàn)遠抄是一個(gè)新的解決方案。主要是基于GSM或GPRS網(wǎng)絡(luò )、紅外技術(shù)以及微波通信技術(shù)等。GSM通信方式的實(shí)時(shí)性較差，特別是在某些特殊時(shí)段由于網(wǎng)絡(luò )負擔過(guò)重會(huì )造成較大的時(shí)間延遲。紅外的傳輸距離近而且成本高。采用射頻模塊實(shí)現數據集中，并結合現有的以太網(wǎng)來(lái)實(shí)現抄表無(wú)疑是一個(gè)可行的方案。

2 系統的結構

系統的結構如圖1所示。該系統是一個(gè)3級網(wǎng)絡(luò )，用戶(hù)終端包括電能表和一個(gè)發(fā)訊器，電能表用于完成用戶(hù)的電能計量，發(fā)訊器把用戶(hù)的用電量以及用戶(hù)的ID信息通過(guò)無(wú)線(xiàn)的形式發(fā)射出去。集中器接收到發(fā)訊器信息后把用戶(hù)的用電量和用戶(hù)信息暫存起來(lái)。抄表站定時(shí)從各個(gè)集中器中下載數據，然后通過(guò)以太網(wǎng)把數據上傳到電力管理系統。在整個(gè)系統中，發(fā)訊器以及集中器中無(wú)線(xiàn)通信模塊的性能是抄表成敗的關(guān)鍵，它的發(fā)射功率、接收靈敏度、所占的頻道、接口電路，抗干擾能力等等，對通信的性能和最終的選用是至關(guān)重要的。本系統中采用哈爾濱訊通公司的PTR8000作為無(wú)線(xiàn)通信模塊，下面對該模塊的性能、工作模式、時(shí)序等進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

3 無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊PTR8000

3.1 特性和引腳

PTR8000是高性能嵌入式無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊，它的核心芯片是挪威Nordic VLSI ASA公司的nRF905。具有可選頻道多，低功耗，抗干擾能力強的優(yōu)點(diǎn)，它的特性如下：

•430/868/915MHz多頻道多頻段，1.9～3.6V低電壓工作，待機功耗2 uA；

•超小體積，內置環(huán)形天線(xiàn)，性能穩定，對電源不敏感，傳輸距離更遠；

•最大發(fā)射功率+lOdBm，高抗干擾GFSK調制。

•可跳頻通信，數據速率可達50kbps；

•內置完整的通信協(xié)議和CRC，有獨特的載波檢測、地址匹配、數據就緒等輸出，接口方便、使用簡(jiǎn)單。

它的引腳說(shuō)明如表1所示。

3.2 模式控制、SPI配置和時(shí)序

PTR8000有4種工作模式：掉電模式、待機模式、接受和發(fā)射模式，掉電模式下所有電路關(guān)閉，不能發(fā)射和接受，但是可以與控制器進(jìn)行SPI操作、TRX_CE和TX_EN進(jìn)入最省電狀態(tài)，電流僅為2.5 A；待機模式下，發(fā)射接受電路關(guān)閉，只有SPI接口工作，電流為40u A；待機和掉電模式下，均不能收發(fā)，但是可以配置。SPI的配置指令如表2所示。

對PTR8000的讀寫(xiě)時(shí)序如圖2所示。

3.3 工作過(guò)程

上電后CPU首先對PTR8000模塊進(jìn)行配置。先將PWR、TX_EN、TRX_CE設為配置模式，通過(guò)SPI把配置字寫(xiě)入相應的寄存器。在掉電和待機模式下，配置內容仍然有效，只有當電源撤除了之后PTR8000中的數據才會(huì )丟失。

當CPU有數據要發(fā)射時(shí)，首先把PWR、TX_EN置高，然后把接收節點(diǎn)地址和有效數據通過(guò)SPI先寫(xiě)入PTR8000，再通過(guò)TRX_CE的一個(gè)上升沿來(lái)啟動(dòng)傳輸。之后PTR8000內部要進(jìn)行無(wú)線(xiàn)系統加電、數據打包和編碼發(fā)射等處理。如果AUTO_RETRAN設置為高，PTR8000將連續發(fā)射數據包，直到TRX_CE設為低為止。當TRX_CE為低時(shí)，PTR8000結束數據傳輸并自動(dòng)進(jìn)入待機模式。發(fā)射的時(shí)序如圖3(a)所示。

接收數據時(shí)，首先要通過(guò)把TRX_CE置高、TX_EN置低來(lái)使PTR8000進(jìn)入接收模式。模塊等待650us后檢測空中的信息。如果發(fā)現與接收頻率一致的載波時(shí)，載波檢測(CD)輸出高電平。如果接收到地址于本機地址一致時(shí)，地址匹配(AM)輸出高電平。如果接收到的數據包校驗正確，是有效數據包時(shí)，PTR8000會(huì )去掉前導碼、地址和CRC校驗位，然后把數據準備就緒(DR)置為高電平。CPU可以通過(guò)SPI接口讀出數據，數據讀出后，AM和DR自動(dòng)變?yōu)榈碗娖?。接收的時(shí)序如圖3(b)所示。

4 結束語(yǔ)

本文介紹了射頻模塊PTR8000的特性、配置、讀寫(xiě)時(shí)序以及工作模式等，在此基礎上，以PTR8000實(shí)現無(wú)線(xiàn)抄表系統中的發(fā)訊器和集中器的無(wú)線(xiàn)數據傳輸，并借助于以太網(wǎng)實(shí)現無(wú)線(xiàn)遠程自動(dòng)抄表。該模塊發(fā)射功率、接收靈敏度高，頻道多，協(xié)議內置，抗干擾能力強、傳輸距離遠，接口簡(jiǎn)單可靠，是實(shí)現無(wú)線(xiàn)遠程自動(dòng)抄表的有力保障，以之為核心的數據收發(fā)模塊具有延遲小、適時(shí)性好、性?xún)r(jià)比高并且易于擴展等優(yōu)點(diǎn)。