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一种基于MSP430和nRF401的家用射频无线自动抄表系统设计

发布时间:2020-06-30 19:04:09 阅读: 来源:板式换热器厂家

传统的抄表收费方式存在许多弊端,出错率高,漏抄,麻烦,成本高,已经跟不上现代化社会的需求。自从有了自动抄表系统,中间省去了很多环节,提高工作效率,降低成本。为了在已建成的小区中方便地使用自动抄表系统,免除家庭内部重新布线的不便,设计了一个应用于家庭内部的短距离无线抄表系统。

1 系统的总体结构

图1为短距离无线抄表系统的总体结构,它可用于家庭内部三表或多表数据的抄送。系统下层直接与水表、电表、煤气表等连接,上层可以通过电话、以太网、GSM或GPRS等与抄表中心连接,实现数据的远程抄送。

系统一般使用被动抄表方式。上层模块接收到仪表中心的抄表命令时,通过无线方式向下层模块发送抄表指令。下层模块接收到指令后通过485总线采集三表的数据,将数据打包后通过无线通讯芯片发送出去。上层模块收到数据后,将数据解包,发送给抄表中心。系统也可采用主动抄表,即下层模块定时采集三表数据,发送到上层模块,再由上层模块发送到仪表中心。

2 系统的硬件实现

2.1 系统硬件结构

图2为系统的硬件结构。系统的MCU使用TI公司MSP430系列中的F123型,通过nRF401芯片实现无线数据收发,并通过MAX3485芯片及485总线与三表或电话、网络等连接。如果需要与232总线或仪表总线等连接,只需更换转换芯片即可方便地连接。通过液晶和简易键盘,用户可以查看三表的数据并对仪表地址进行设定。

2.2 主要系统器件介绍

无线通讯使用Nordic公司的单片收发芯片nRF401。nRF401是Nordic公司研制的单片UHF无线收发芯片,工作在433MHz ISM(Industrial, Scientific and Medical)频段。它采用FSK调制解调技术,抗干扰能力强,并采用PLL频率合成技术,频率稳定性好,发射功率最大可达10dBm,接收灵敏度最大为-105dBm,数据传输速率可达20Kbps,工作电压在+3~5V之间。nRF401无线收发芯片所需外围元件较少,并可直接单片机串口。

nRF401芯片内包含有发射功率放大器(PA)、低噪声接收放大器(LNA)、晶体振荡器(OSC)、锁相环(PLL)、压控振荡器(VCO)、混频器(MIXFR)、解调器(DEM)等电路。在接收模式中,nRF401被配置成传统的外差式接收机,所接收的射频调制的数字信号被低噪声较大器放大,经混频器变换成中频,放大、滤波后进入解调器,解调后变换成数字信号输出(DOUT端)。在发射模式中,数字信号经DIN端输入,经锁相环和压控振荡器处理后进入到发射功率放大器射频输出。由于采用了晶体振荡和PLL合成技木,频率稳定性极好;采用FSK调制和解调,抗干扰能力强。

nRF401可以通过串行接口与单片机直接相连,无需复杂的编码,所需的外围器件很少,使用简单。其电路原理图如图3所示。

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