基于Si1000的無線M-Bus通信系統(tǒng)

摘要：儀表總線M-Bus協(xié)議是專門為消耗量計量儀表設(shè)計的通信標(biāo)準(zhǔn)。無線M-Bus是M-Bus的一個無線通信標(biāo)準(zhǔn)，無需布線。在布線困難的地方，可以選用無線M-Bus進(jìn)行通信。本文介紹了基于Si1000的無線M-Bus通信系統(tǒng)主／從節(jié)點的硬件系統(tǒng)及軟件系統(tǒng)，并對無線M-Bus系統(tǒng)中低功耗的實現(xiàn)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：無線M-Bus；Si1000；低功耗

引言

有線M-Bus是專為家用儀表數(shù)據(jù)傳輸而設(shè)計的總線制系統(tǒng)，它是一個層次化的系統(tǒng)，由主設(shè)備、若干從設(shè)備和一對連接線組成。有線M-Bus的提出滿足了公用事業(yè)儀表組網(wǎng)和遠(yuǎn)程抄表的需要，同時可以滿足遠(yuǎn)程供電需求，在智能小區(qū)的自動抄表系統(tǒng)中有廣泛應(yīng)用。可是有線M-Bus系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)布線施工過程中往往需要破墻掘地，破壞周圍的環(huán)境。因此無線應(yīng)用給它在競爭中帶來優(yōu)勢，易于安裝和維護(hù)，不會對周圍環(huán)境造成影響。無線M-Bus是專門用于水表、氣表、熱能表、電表和數(shù)據(jù)集中器之間的數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)囊粋€通信標(biāo)準(zhǔn)，它正廣泛被歐洲市場所接受。

現(xiàn)在大多數(shù)儀表都是用電池進(jìn)行供電的，因此對于低功耗的要求比較高。為了延長電池的使用壽命，本文選用低功耗芯片Si1000組建一個無線M-Bus通信系統(tǒng)，并對Si1000的低功耗性能問題及在軟硬件上的實現(xiàn)進(jìn)行了分析。

1 無線M-Bus

無線M-Bus標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了儀表和集中器之間的通信。圖1給出了一個簡單的無線M-Bus通信系統(tǒng)，其中集中器作為主節(jié)點，儀表作為從節(jié)點。

主節(jié)點和從節(jié)點之間的通信，定義了3種不同的通信模式：

①S-mode靜止模式。S1-mode是從儀表到其他系統(tǒng)單元的單向通信；S1m-mode如同S1，但是數(shù)據(jù)采集裝置不能進(jìn)入低功耗模式；S2-mode是儀表和其他系統(tǒng)單元之間的雙向通信。

②T-mode頻繁傳送模式。T1-mode是從儀表到其他系統(tǒng)單元的單向通信；T2-mode是儀表和其他系統(tǒng)單元之間的雙向通信。

③R-mode是頻繁接收模式。R2-mode是儀表和其他系統(tǒng)單元之間的雙向通信。

當(dāng)儀表能夠和集中器直接進(jìn)行通信時，其他系統(tǒng)單元就是圖1中的集中器。可是在實際應(yīng)用中，從節(jié)點儀表有時不能直接與主節(jié)點集中器進(jìn)行通信，那么就需要路由節(jié)點來轉(zhuǎn)接它們之間的數(shù)據(jù)，此時的系統(tǒng)單元就是高性能網(wǎng)關(guān)。

2 無線M-Bus收發(fā)系統(tǒng)設(shè)計

2．1 無線M-Bus收發(fā)系統(tǒng)原理

儀表抄讀無線收發(fā)系統(tǒng)原理框圖如圖2所示。無線數(shù)據(jù)的收發(fā)由無線微控制器Si1000實現(xiàn)。主節(jié)點Si1000內(nèi)部的發(fā)送模塊將數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼處理，以特定的格式經(jīng)天線發(fā)送給接收模塊。從節(jié)點Si1000內(nèi)部的接收模塊接收到有效數(shù)據(jù)后，Si1000內(nèi)部的微處理器通過擴(kuò)展接口讀取外部儀表的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整、轉(zhuǎn)換處理后通過射頻發(fā)送給主節(jié)點。主節(jié)點通過GPRS與集抄中心進(jìn)行通信。

由于采用的是無線微控制器，主／從節(jié)點發(fā)送／接收模塊不需要使用傳統(tǒng)的MCU+RF模塊的設(shè)計方式，只需要一片Si1000就可以完成射頻通信。

2．2 射頻部分

Si1000作為Si10xx系列的成員之一，在極精簡的5 mm×7 mm封裝中結(jié)合了8051內(nèi)核、工作頻段為240～960 MHz高穿透力的EZRadioPRO RF收發(fā)器、64 KB的Flash和10位ADC。Si1000系列提供優(yōu)越的RF性能，具有最高輸出功率、接收靈敏度以及最低功耗的喚醒轉(zhuǎn)換等特性。該無線微控制器在工作模式下有最低的電流消耗(160μ／MHz)，在休眠模式下，以內(nèi)部低頻振蕩器(LFO)作為頻率源的RTC工作時，消耗電流低至315nA。在深度休眠模式下，僅需25 nA工作電流，且不會丟失RAM數(shù)據(jù)。圖3給出了射頻部分硬件原理圖。