基于PIC16F73和CC1000的無線數(shù)字傳輸模塊設(shè)計(jì)

3 模塊性能

3.1 模塊功能

作為一款專門為低功耗系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的無線數(shù)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(dāng)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(tǒng)使用查詢方式工作時(shí)，處于接收的工作電流計(jì)算公式如下，即若休眠時(shí)間為dsl，檢測(cè)信號(hào)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(tǒng)的休眠時(shí)間為8s,檢測(cè)時(shí)間為13μA。這樣，5400mAh的鋰電流可以使用47年!當(dāng)然，實(shí)際使用中應(yīng)該計(jì)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(shù)據(jù)量的大小，但是其極低的待機(jī)功耗對(duì)于移動(dòng)設(shè)備來說是十分重要的。

3.2 通信可靠性

通信誤碼率可以使用如下近似公式計(jì)算：

Pe≈Ne/N

式中，N為傳輸?shù)亩M(jìn)制碼元總線;Ne為被傳輸錯(cuò)的碼元數(shù)，理論上應(yīng)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)過對(duì)模塊的測(cè)試，在數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(xiàng)技術(shù)來提高通信可靠性。在物理層，模塊采用差分曼徹斯特編碼技術(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)，從而保證通信中的同步問題;而在數(shù)據(jù)鏈路層，使用CRC(循環(huán)冗余編碼)進(jìn)行數(shù)據(jù)幀校驗(yàn)，用以保證數(shù)據(jù)到達(dá)用戶應(yīng)用層以后的可靠性。當(dāng)然，用戶在應(yīng)用層還可以采取多種通信協(xié)議來進(jìn)一步提高通信的可靠性。

3.3 通信距離

在無線通信中，通信距離與發(fā)射機(jī)發(fā)送信號(hào)的強(qiáng)度和接收機(jī)接收靈敏度有著直接關(guān)系。本模塊的發(fā)送功率為10dBm，而在數(shù)據(jù)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(qū)環(huán)境中，可靠通信距離在10m左右。

圖5

4 模塊應(yīng)用

無線智能IC卡水表由負(fù)責(zé)顯示和讀寫IC卡的上位機(jī)和負(fù)責(zé)閥門控制的下位機(jī)組成，上位機(jī)和下位機(jī)之間的通信使用無線數(shù)字傳輸模塊完成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6所示。上位機(jī)負(fù)責(zé)人機(jī)接口，包括顯示下位機(jī)狀態(tài)、顯示剩余水量、讀取IC卡以及與下位機(jī)通信等功能，下位機(jī)完成水脈沖計(jì)數(shù)并接收上位機(jī)的指令控制閥門開關(guān)狀態(tài)。由于本系統(tǒng)采用電池供電，所以要求系統(tǒng)的功耗必須非常低。水表的上位機(jī)和下位機(jī)均采用Microchip公司的低功耗單片機(jī)PIC16F73，下位機(jī)工作在查詢狀態(tài)。

無線智能IC卡水表的通信方式如下：通信由上位機(jī)發(fā)起，當(dāng)需要通信時(shí)(按鍵被按下或插入IC卡時(shí))，上位機(jī)首先發(fā)送10s的同步頭，然后發(fā)送地址，其后等待下位機(jī)應(yīng)答。而下位機(jī)使用查詢的方式與上位機(jī)進(jìn)行通信，即下位機(jī)每9s喚醒一次無線通信櫝以檢測(cè)是否有同步頭信息，檢測(cè)時(shí)間為10ms。如果沒有同不頭信息，并進(jìn)行解密和地址判斷。如果接收到的地十為本機(jī)地址，則分析指令并進(jìn)行響應(yīng)，否則轉(zhuǎn)入休眠。因?yàn)樯衔粰C(jī)發(fā)送同步頭的時(shí)間大于下位機(jī)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(jī)的功耗大大降低，延長(zhǎng)了下位機(jī)電池的壽命。在該系統(tǒng)中，由于數(shù)據(jù)量較小，所以通信速度不是關(guān)鍵問題，而低功耗才是系統(tǒng)最重要的問題。

基于CC1000的低功耗無線數(shù)字通信模塊完成了設(shè)計(jì)目標(biāo)，達(dá)到了低功耗、高可靠性的通信要求，并且通信速度可以達(dá)到38.4kbps，所以可以滿足大部分短距離無線數(shù)字通信的要求。當(dāng)然，由于系統(tǒng)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(duì)通信距離要求更高時(shí)，可以適當(dāng)加大發(fā)射功率，以增加傳播距離。目前該模塊已經(jīng)在無線智能IC卡水表中使用，工作穩(wěn)定。