Si的无线MBus通信专业系统设计.docx

基于Si1000无线M-Bus通信系统设计文章起源：物联网世界有线M-Bus是专为家用仪表数据传输而设计总线制系统，它是一个层次化系统，由主设备、若干从设备和一对连接线组成。有线M-Bus提出满足了公用事业仪表组网和远程抄表需要，同时能够满足远程供电需求，在智能小区自动抄表系统中有广泛应用。可是有线M-Bus系统在网络布线施工过程中往往需要破墙掘地，破坏周围环境。所以无线应用给它在竞争中带来优势，易于安装和维护，不会对周围环境造成影响。无线M-Bus是专门用于水表、气表、热能表、电表和数据集中器之间数据无线传输一个通信标准，它正广泛被欧洲市场所接收。现在大多数仪表全部是用电池进行供电，所以对于低功耗要求比较高。为了延长电池使用寿命，本文选择低功耗芯片Si1000组建一个无线M-Bus通信系统，并对Si1000低功耗性能问题及在软硬件上实现进行了分析。1无线M-Bus无线M-Bus标准要求了仪表和集中器之间通信。图1给出了一个简单无线M-Bus通信系统，其中集中器作为主节点，仪表作为从节点。主节点和从节点之间通信，定义了3种不一样通信模式：①S-mode静止模式。S1-mode是从仪表到其它系统单元单向通信；S1m-mode如同S1,不过数据采集装置不能进入低功耗模式；S2-mode是仪表和其它系统单元之间双向通信。②T-mode频繁传送模式。T1-mode是从仪表到其它系统单元单向通信；T2-mode是仪表和其它系统单元之间双向通信。③R-mode是频繁接收模式。R2-mode是仪表和其它系统单元之间双向通信。当仪表能够和集中器直接进行通信时，其它系统单元就是图1中集中器。可是在实际应用中，从节点仪表有时不能直接和主节点集中器进行通信，那么就需要路由节点来转接它们之间数据，此时系统单元就是高性能网关。2无线M-Bus收发系统设计2.1无线M-Bus收发系统原理仪表抄读无线收发系统原理框图图2所表示。无线数据收发由无线微控制器Si1000实现。主节点Si1000内部发送模块将数据进行编码处理，以特定格式经天线发送给接收模块。从节点Si1000内部接收模块接收到有效数据后，Si1000内部微处理器经过扩展接口读取外部仪表数据，并进行对应调整、转换处理后经过射频发送给主节点。主节点经过GPRS和集抄中心进行通信。因为采取是无线微控制器，主/从节点发送/接收模块不需要使用传统MCU+RF模块设计方法，只需要一片Si1000就能够完成射频通信。2.2射频部分Si1000作为Si10xx系列组员之一，在极精简5mm×7mm封装中结合了8051内核、工作频段为240~960MHz高穿透力EZRadioPRORF收发器、64KBFlash和10位ADC.Si1000系列提供优越RF性能，含有最高输出功率、接收灵敏度和最低功耗唤醒转换等特征。该无线微控制器在工作模式下有最低电流消耗（160μ/MHz），在休眠模式下，以内部低频振荡器（LFO）作为频率源RTC工作时，消耗电流低至315nA.在深度休眠模式下，仅需25nA工作电流，且不会丢失RAM数据。图3给出了射频部分硬件原理图。从节点中，仪表和芯片Si1000UART串口引脚P0.4/TX和P0.5/RX相连。主节点芯片Si1000UART串口引脚P0.4/TX和P0.5/RX和集中器进行连接，集中器内部MCU串口经过RS232和GPRS模块相连，借助移动网和Internet实现数据远程传输。图中可编程负载电容是可集成，L1~L6和C1~C5值是由频率带宽、天线阻抗和供给电压决定。无线收发模块通信是以数据包形式发送，无线发送程序负责写入数据，参考无线M-Bus通信协议，为数据加上前导码、同时字、数据载荷长度及CRC校验字节，形成数据包将其发送出去。为确保接收到数据正确性，无线接收程序负责接收数据包并检验CRC字节。2.3无线M-Bus协议栈实现协议栈图4所表示。物理层定义了位是怎样编码和传输、RF调制解调器特征（码率、前导码和同时字）和RF参数（调制、中心频率和频率偏移）。物理层是经过硬件和嵌入式软件结合来实现，EZRadioPRO实现了全部RF和调制解调器功效。MbusPhy.c模块提供SPI接口、编码/解码、块读/写和数据包处理，而且管理收发器状态。无线M-Bus数据链路层是在MbusLink.c模块上实现。M-Bus应用程序编程接口由公共函数组成，这些公共函数能够从根本程应用层调用，MbusLink模块也实现了数据链路层。数据链路层要求了数据格式，为数据加上头文件和循环冗余校验，而且将数据从应用程序TX缓冲区复制到MbusPhyTX缓冲区。Si1000射频芯片为发送和接收提供了一个64字节FIFO.在数据链路层实现了数据包发送和接收，数据包发送和接收步骤图图5所表示。在发送时，计算编码字