系統(tǒng)軟件設(shè)計 - 無線熱網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方案的實現(xiàn)

　　軟件編程采用模塊化設(shè)計思想，系統(tǒng)中各主要功能模塊均編成獨立的函數(shù)由主程序調(diào)用，功能模塊包括：初始化程序（包括初始化C8051 F310、SPI、Si4432）、無線發(fā)送程序以及無線接收程序等。無線發(fā)送程序負(fù)責(zé)寫入數(shù)據(jù)載荷，并根據(jù)通信協(xié)議為數(shù)據(jù)載荷加上前導(dǎo)碼、同步字、數(shù)據(jù)載荷長度及CRC校驗字節(jié)，形成數(shù)據(jù)包將其發(fā)送出去；無線接收程序負(fù)責(zé)接收并檢驗數(shù)據(jù)包中的CRC字節(jié)，以確保接收到的數(shù)據(jù)的正確性。

　　3.2.1 初始化程序

　　初始化程序包括C8051F310的初始化、SPI的初始化，以及Si4432的關(guān)于無線收發(fā)頻率、工作模式、發(fā)射速率等內(nèi)部寄存器的初始化配置。

　　系統(tǒng)上電后，C8051F310處于默認(rèn)狀態(tài)，根據(jù)系統(tǒng)功能需求重新進(jìn)行初始化配置。C8051F310的數(shù)字交叉開關(guān)允許將內(nèi)部數(shù)字系統(tǒng)資源映射到端口I/O引腳，可通過設(shè)置交叉開關(guān)控制寄存器，將片內(nèi)資源配置到具體的I/O引腳上。這一特性允許用戶根據(jù)自己的特定應(yīng)用選擇通用I/O端口和所需數(shù)字資源的組合，提高了應(yīng)用的靈活性。本系統(tǒng)中，主要配置了SPI通信的4線，液晶LCD的數(shù)據(jù)線接口、控制線接口等。

　　初始化SPI時，可以通過塒SPI1CFG寄存器和SPI1CN寄存器的配置來選擇具體使用規(guī)則。這里，選擇主SPI，4線模式，時鐘極性為低電平，在時鐘上升沿時對數(shù)據(jù)采樣；通過配置SPI1CKR寄存器，可將同步時鐘頻率設(shè)為晶振頻率的1/4.

　　上電之初，Si4432也處于默認(rèn)狀態(tài)，需要進(jìn)行配置才能工作。Si4432有70多個寄存器需要配置，它們決定了Si4432的丁作模式，具體配置可以參考Si4432的數(shù)據(jù)手冊。Si4432的初始化是一個重要的部分，配置的恰當(dāng)與否對系統(tǒng)最終的通信效果有很大的影響。主控制器C8051 F310通過SPI配置Si4432的1ch、1dh等寄存器，寫入相應(yīng)的初始化RF控制字（主要是頻率、傳輸速度、傳輸方式等）；通過配置33h、34h等寄存器來設(shè)置包的結(jié)構(gòu)、前導(dǎo)碼長度、同步字內(nèi)容等。本系統(tǒng)采用同步傳輸模式，以0x2DD4作為同步模式的標(biāo)志碼，傳輸完同步字后才開始傳輸數(shù)據(jù)載荷。

　　3.2.2 無線發(fā)送程序

　　無線發(fā)送程序流程如圖4所示。完成C8051F310、SPI和Si4432的初始化后，配置寄存器寫入相應(yīng)的初始化RF控制字。接下來，通過配置Si4432的寄存器3eh來設(shè)置包的長度，通過SPI連續(xù)寫寄存器7fh，往TX FIFO里寫入需要發(fā)送的數(shù)據(jù)。然后打開“發(fā)送完中斷允許”標(biāo)志，將其他中斷都禁止。當(dāng)有數(shù)據(jù)包發(fā)送完時，引腳nIRQ會被拉低以產(chǎn)生一個低電平從而通知C8051F310數(shù)據(jù)包已發(fā)送完畢。完成中斷使能后，使能發(fā)送功能，數(shù)據(jù)開始發(fā)送。等待nIRQ引腳因中斷產(chǎn)生而使電平拉低，當(dāng)nIRQ引腳變?yōu)榈蜁r讀取中斷狀態(tài)并拉高nIRQ，否則繼續(xù)等待。一次數(shù)據(jù)發(fā)送成功后，進(jìn)入下一次數(shù)據(jù)循環(huán)發(fā)送狀態(tài)。

　　3.2.3 無線接收程序

　　程序完成C8051F310、SPI接口和Si4432的初始化后，配置寄存器寫入相應(yīng)的初始化RF控制字。通過訪問寄存器7fh從RX FIFO中讀取接收到的數(shù)據(jù)。相應(yīng)的控制字設(shè)置好之后，若引腳nIRQ變成低電平，則表示Si4432準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)。完成這些初始化配置后，通過寄存器4bh讀取包長度信息。然后，打開“有效包中斷”和“同步字檢測中斷”，將其他中斷都禁止。引腳nIRQ用來檢測是否有有效包被檢測到，若引腳nIRQ變?yōu)榈碗娖?，則表示有效的數(shù)據(jù)包被檢測到。本系統(tǒng)用0x2DD4作為同步模式的標(biāo)志碼，接收模塊通過檢測這個同步字來同步接收數(shù)據(jù)。最后，使能接收功能，數(shù)據(jù)開始接收。等待nIRQ引腳因產(chǎn)生中斷而使電平拉低，讀取中斷標(biāo)志位復(fù)位nIRQ引腳，使nIRQ恢復(fù)至初始的高電平狀態(tài)以準(zhǔn)備下一次中斷觸發(fā)的檢測。通過SPI讀取RX FIFO中的數(shù)據(jù)，之后進(jìn)入下一次數(shù)據(jù)接收狀態(tài)。無線接收程序流程如圖5所示。

　　4 系統(tǒng)測試與分析

　　為驗證本無線射頻收發(fā)系統(tǒng)設(shè)計的可靠性，進(jìn)行了7組“發(fā)射模塊-接收模塊”通信實驗。在空曠地通信距離約為1 600 m時，7組“發(fā)射模塊-接收模塊”分別工作在430.50 MHz、431.50 MHz、432.50 MHz等7個中心頻率上，帶寬均取112.8 kHz，頻率偏移取±25 kHz，發(fā)送4 000個數(shù)據(jù)包，實驗結(jié)果如表1所列。

　　從表1中可以看出，在傳輸速率較低時，誤碼率為0;在傳輸速率為100 kbps（或以上）時，有一定的誤碼，但誤碼率不高于0.050%.因此，該無線射頻收發(fā)系統(tǒng)具有傳輸距離遠(yuǎn)、穿透能力強、通信誤碼率低的特點。

　　結(jié)語

　　采用Si4432這種短距離無線通信芯片，完全可以擴(kuò)充為一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，形成一個無線網(wǎng)絡(luò)，使本系統(tǒng)在熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的解決方案中不需要重新布線就可以有效地進(jìn)行溫度采集和控制；本文所設(shè)計的無線射頻收發(fā)系統(tǒng)工作可靠、穩(wěn)定，具有很好的通用性和適用性，所以基于Si4432芯片的無線通信技術(shù)可以給熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集增加一種新的解決方案，但也需要對熱閥進(jìn)行數(shù)字化升級。隨著無線通信的發(fā)展，Si4432芯片的短距離無線通信技術(shù)和GPRS移動通信技術(shù)將在工控系統(tǒng)中有廣闊的發(fā)展空間。