基于PIC16F73和CC1000的無(wú)線(xiàn)數字傳輸模塊設計

3 模塊性能

3.1 模塊功能

作為一款專(zhuān)門(mén)為低功耗系統而設計的無(wú)線(xiàn)數字傳輸模塊，該模塊具有低電平供電、低功耗的特點(diǎn)。供電電壓范圍為3V～12V。當供電電壓為3V時(shí)，在接收狀態(tài)下，模塊電流為9.6mA;在發(fā)送狀態(tài)下，模塊電流為25.6mA;在休眠狀態(tài)下，模塊電流為2μA。通信系統使用查詢(xún)方式工作時(shí)，處于接收的工作電流計算公式如下，即若休眠時(shí)間為dsl，檢測信號時(shí)間為tdt，那么平均工作電流為(單位為μA

)：

Ip=(tsl×2+tdt×9600)/(tsl+tdt)

因此，如果一個(gè)系統的休眠時(shí)間為8s,檢測時(shí)間為13μA。這樣，5400mAh的鋰電流可以使用47年!當然，實(shí)際使用中應該計算模塊處于接收狀態(tài)時(shí)的電流，此時(shí)模塊的功耗就取決于模塊工作的情況和傳輸數據量的大小，但是其極低的待機功耗對于移動(dòng)設備來(lái)說(shuō)是十分重要的。

3.2 通信可靠性

通信誤碼率可以使用如下近似公式計算：

Pe≈Ne/N

式中，N為傳輸的二進(jìn)制碼元總線(xiàn);Ne為被傳輸錯的碼元數，理論上應有N→∞。

在實(shí)際使用中，N足夠大時(shí)，才能夠把Pe近似為誤碼率。經(jīng)過(guò)對模塊的測試，在數據速率為2400bps、通信距離為100m(平原條件)時(shí)，通信誤碼率為10-3～10-5。在數據速率提高時(shí)，通信誤碼率會(huì )增加，但是通信模塊可采用多項技術(shù)來(lái)提高通信可靠性。在物理層，模塊采用差分曼徹斯特編碼技術(shù)發(fā)送數據，從而保證通信中的同步問(wèn)題;而在數據鏈路層，使用CRC(循環(huán)冗余編碼)進(jìn)行數據幀校驗，用以保證數據到達用戶(hù)應用層以后的可靠性。當然，用戶(hù)在應用層還可以采取多種通信協(xié)議來(lái)進(jìn)一步提高通信的可靠性。

3.3 通信距離

在無(wú)線(xiàn)通信中，通信距離與發(fā)射機發(fā)送信號的強度和接收機接收靈敏度有著(zhù)直接關(guān)系。本模塊的發(fā)送功率為10dBm，而在數據速率為2400bps、帶寬為64kHz、通信二進(jìn)制誤碼率為10-3條件下，模塊的接收靈敏度為-110dBm。在天線(xiàn)高于地面3m的可視條件下，可告通信距離(誤碼率小于10-3)大于300m。在市區環(huán)境中，可靠通信距離在10m左右。

圖5

4 模塊應用

無(wú)線(xiàn)智能IC卡水表由負責顯示和讀寫(xiě)IC卡的上位機和負責閥門(mén)控制的下位機組成，上位機和下位機之間的通信使用無(wú)線(xiàn)數字傳輸模塊完成，系統結構如圖6所示。上位機負責人機接口，包括顯示下位機狀態(tài)、顯示剩余水量、讀取IC卡以及與下位機通信等功能，下位機完成水脈沖計數并接收上位機的指令控制閥門(mén)開(kāi)關(guān)狀態(tài)。由于本系統采用電池供電，所以要求系統的功耗必須非常低。水表的上位機和下位機均采用Microchip公司的低功耗單片機PIC16F73，下位機工作在查詢(xún)狀態(tài)。

無(wú)線(xiàn)智能IC卡水表的通信方式如下：通信由上位機發(fā)起，當需要通信時(shí)(按鍵被按下或插入IC卡時(shí))，上位機首先發(fā)送10s的同步頭，然后發(fā)送地址，其后等待下位機應答。而下位機使用查詢(xún)的方式與上位機進(jìn)行通信，即下位機每9s喚醒一次無(wú)線(xiàn)通信櫝以檢測是否有同步頭信息，檢測時(shí)間為10ms。如果沒(méi)有同不頭信息，并進(jìn)行解密和地址判斷。如果接收到的地十為本機地址，則分析指令并進(jìn)行響應，否則轉入休眠。因為上位機發(fā)送同步頭的時(shí)間大于下位機休眠的時(shí)間，所以保證了通信的可靠性。這種通信方式雖然速度較慢，但是卻使得下位機的功耗大大降低，延長(cháng)了下位機電池的壽命。在該系統中，由于數據量較小，所以通信速度不是關(guān)鍵問(wèn)題，而低功耗才是系統最重要的問(wèn)題。

基于CC1000的低功耗無(wú)線(xiàn)數字通信模塊完成了設計目標，達到了低功耗、高可靠性的通信要求，并且通信速度可以達到38.4kbps，所以可以滿(mǎn)足大部分短距離無(wú)線(xiàn)數字通信的要求。當然，由于系統的功耗比較低，使得發(fā)射功率較小，通信距離比較近。因此，在對通信距離要求更高時(shí)，可以適當加大發(fā)射功率，以增加傳播距離。目前該模塊已經(jīng)在無(wú)線(xiàn)智能IC卡水表中使用，工作穩定。