射頻模塊PTR8000在無線抄表中的應(yīng)用

1 引言

       隨著電力負(fù)荷的急劇增長(zhǎng)和供電企業(yè)“一戶一表”、“直供到戶”等營(yíng)銷舉措的不斷深人，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、有線遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表、無線遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表。

        人工人戶抄表工作量大，而且容易出現(xiàn)錯(cuò)鈔、漏抄、估抄等現(xiàn)象。IC卡表是預(yù)付費(fèi)形式，數(shù)據(jù)集中比較方便，但I(xiàn)C卡的安全性較差。有線遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表，主要有485等一些專用通信線路、電力線載波以及以太網(wǎng)。前者需要專門布線，工程量大，且因只能采取主機(jī)輪詢的方式而效率較低?；诘蛪弘娏€載波技術(shù)的遠(yuǎn)抄，抗干擾能力較差，達(dá)不到實(shí)用的要求。以太網(wǎng)避免單獨(dú)布線的問題，而且TCP/IP協(xié)議的開放性和兼容性使系統(tǒng)有較大的擴(kuò)展空間。無線遠(yuǎn)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(fù)擔(dān)過重會(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(xiàn)數(shù)據(jù)集中，并結(jié)合現(xiàn)有的以太網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)抄表無疑是一個(gè)可行的方案。

2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

        系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)是一個(gè)3級(jí)網(wǎng)絡(luò)，用戶終端包括電能表和一個(gè)發(fā)訊器，電能表用于完成用戶的電能計(jì)量，發(fā)訊器把用戶的用電量以及用戶的ID信息通過無線的形式發(fā)射出去。集中器接收到發(fā)訊器信息后把用戶的用電量和用戶信息暫存起來。抄表站定時(shí)從各個(gè)集中器中下載數(shù)據(jù)，然后通過以太網(wǎng)把數(shù)據(jù)上傳到電力管理系統(tǒng)。在整個(gè)系統(tǒng)中，發(fā)訊器以及集中器中無線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(duì)通信的性能和最終的選用是至關(guān)重要的。本系統(tǒng)中采用哈爾濱訊通公司的PTR8000作為無線通信模塊，下面對(duì)該模塊的性能、工作模式、時(shí)序等進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。
 

3 無線收發(fā)模塊PTR8000

3.1 特性和引腳

        PTR8000是高性能嵌入式無線收發(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(qiáng)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(jī)功耗2 uA；

        •超小體積，內(nèi)置環(huán)形天線，性能穩(wěn)定，對(duì)電源不敏感，傳輸距離更遠(yuǎn)；

        •最大發(fā)射功率+lOdBm，高抗干擾GFSK調(diào)制。

        •可跳頻通信，數(shù)據(jù)速率可達(dá)50kbps；

        •內(nèi)置完整的通信協(xié)議和CRC，有獨(dú)特的載波檢測(cè)、地址匹配、數(shù)據(jù)就緒等輸出，接口方便、使用簡(jiǎn)單。

它的引腳說明如表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(jī)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(jī)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(jī)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(duì)PTR8000的讀寫時(shí)序如圖2所示。

3.3 工作過程

        上電后CPU首先對(duì)PTR8000模塊進(jìn)行配置。先將PWR、TX_EN、TRX_CE設(shè)為配置模式，通過SPI把配置字寫入相應(yīng)的寄存器。在掉電和待機(jī)模式下，配置內(nèi)容仍然有效，只有當(dāng)電源撤除了之后PTR8000中的數(shù)據(jù)才會(huì)丟失。

       當(dāng)CPU有數(shù)據(jù)要發(fā)射時(shí)，首先把PWR、TX_EN置高，然后把接收節(jié)點(diǎn)地址和有效數(shù)據(jù)通過SPI先寫入PTR8000，再通過TRX_CE的一個(gè)上升沿來啟動(dòng)傳輸。之后PTR8000內(nèi)部要進(jìn)行無線系統(tǒng)加電、數(shù)據(jù)打包和編碼發(fā)射等處理。如果AUTO_RETRAN設(shè)置為高，PTR8000將連續(xù)發(fā)射數(shù)據(jù)包，直到TRX_CE設(shè)為低為止。當(dāng)TRX_CE為低時(shí)，PTR8000結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸并自動(dòng)進(jìn)入待機(jī)模式。發(fā)射的時(shí)序如圖3(a)所示。

        接收數(shù)據(jù)時(shí)，首先要通過把TRX_CE置高、TX_EN置低來使PTR8000進(jìn)入接收模式。模塊等待650us后檢測(cè)空中的信息。如果發(fā)現(xiàn)與接收頻率一致的載波時(shí)，載波檢測(cè)(CD)輸出高電平。如果接收到地址于本機(jī)地址一致時(shí)，地址匹配(AM)輸出高電平。如果接收到的數(shù)據(jù)包校驗(yàn)正確，是有效數(shù)據(jù)包時(shí)，PTR8000會(huì)去掉前導(dǎo)碼、地址和CRC校驗(yàn)位，然后把數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒(DR)置為高電平。CPU可以通過SPI接口讀出數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)讀出后，AM和DR自動(dòng)變?yōu)榈碗娖健＝邮盏臅r(shí)序如圖3(b)所示。
 

4 結(jié)束語(yǔ)

        本文介紹了射頻模塊PTR8000的特性、配置、讀寫時(shí)序以及工作模式等，在此基礎(chǔ)上，以PTR8000實(shí)現(xiàn)無線抄表系統(tǒng)中的發(fā)訊器和集中器的無線數(shù)據(jù)傳輸，并借助于以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)無線遠(yuǎn)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(nèi)置，抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)，接口簡(jiǎn)單可靠，是實(shí)現(xiàn)無線遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表的有力保障，以之為核心的數(shù)據(jù)收發(fā)模塊具有延遲小、適時(shí)性好、性價(jià)比高并且易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。