摘要：本文設(shè)計了一種基于Chipcon公司CC1000無線RF短距離收發(fā)芯片的低成本信息傳輸采集系統(tǒng)，介紹了系統(tǒng)設(shè)計方案，以及硬件原理、軟件編程實現(xiàn)。
　　關(guān)鍵詞：無線收發(fā)，信息采集
　　
　　0 引言
　　隨著我國城市化進(jìn)程和城市的現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷加快，對路燈這個城市交通道路安全必不可少的照明工具的照明狀況實施快捷而簡單地自動化采集，以便于更好更快的維護(hù)就提上了日程。如果全部采用GPRSMODEM則成本太高，本系統(tǒng)采用相對成本較低的短距離無線收發(fā)芯片通過程序處理把大量的路燈信息傳輸?shù)揭粋�路燈上通過GPRSMODEM發(fā)送出去，相對于傳統(tǒng)方式這樣既節(jié)省了成本，也達(dá)到了實時可靠監(jiān)控的效果。
　　
　　1 系統(tǒng)構(gòu)成
　　系統(tǒng)的主要實現(xiàn)對本節(jié)點路燈運(yùn)行信息進(jìn)行采集上傳，并對短距離無線收發(fā)芯片接收到的報文進(jìn)行單向過濾、逐級傳輸，使一條道路上的任意路燈的異常信息能及時到達(dá)擁有GPRS節(jié)點的主站點，由無線調(diào)制解調(diào)器通過GPRS方式連接到INTERNET上告到數(shù)據(jù)采集中心，從而能夠方便迅速維護(hù)，節(jié)省人力成本。如圖1所示：
　　
　　圖1系統(tǒng)構(gòu)成圖
　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
　　單個的采集板，需要一個微控制器和其控制的CC1000芯片以及其他外圍器件組成。每個節(jié)點需要完成對本節(jié)點路燈的信息進(jìn)行采集，對其他路燈信息進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的功能，主節(jié)點還需完成建立GPRS連接傳輸數(shù)據(jù)的功能。芯片的選型需要綜合成本、可維護(hù)性等發(fā)面進(jìn)行考慮。
　　2.1微處理器選型
　　由于路燈信息采集由另外的微控制器完成，本系統(tǒng)需要對路燈供電，照明等運(yùn)行信息進(jìn)行采集，并且需要至少4個I/O口，以及一個外部中斷管腳對CC1000用SPI總線配置寄存器CLK中斷和DIO輸入輸出腳收發(fā)數(shù)據(jù)，另外可以通過10位撥碼開關(guān)控制I/O口設(shè)置站點編碼，本系統(tǒng)硬件接口需求不大，故可選用AVR公司的MEGA8單片機(jī)。
　　MEGA8具有8K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash(具有同時讀寫的能力，即RWW)，512字節(jié)EEPROM，1K字節(jié)SRAM，32個通用I/O口線，32個通用工作寄存器，三個的定時器/計數(shù)器(T/C),片內(nèi)/外中斷，可編程串行USART。具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器，一個SPI串行端口,是很常用的廉價工業(yè)控制芯片。
　　2.2無線收發(fā)芯片選型
　　本設(shè)計采用了Chipcon公司用SmartRF技術(shù)在0.35μmCMOS工藝下制造的CC1000短距離RF單片收發(fā)通信芯片。CC1000可以通過編程使其工作在300～1000MHz范圍的頻點，最大輸出功率10dBm，而且需要匹配的外圍元器件很少，完全可以滿足本系統(tǒng)的需求。
　　2.3硬件構(gòu)成
　　圖2顯示了主控單片機(jī)和無線收發(fā)芯片之間的連接，三線串行接口PCLK和PALE、PDATA（雙向）以及CC1000輸出的時鐘型號DCLK，雙向數(shù)據(jù)接口DIO，晶振和外圍匹配電路省略未列出。
　　
　　圖2硬件框圖
　　3 軟件編程
　　3.1CC1000編程
　�。�1）CC1000寄存器配置CC1000需要通過三線SPI接口(PDATA、PCLK和PALE)進(jìn)行編程，配置寄存器來決定芯片的工作中心頻點，和輸出功率等等，使其能進(jìn)入正確的工作狀態(tài)。CC1000有28個8位配置寄存器每個由7位地址尋址讀/寫位初始化讀或?qū)懙牟僮鳎�一個完整的配置要求發(fā)送22個數(shù)據(jù)幀每個16位7個地址位1個讀/寫位和8個數(shù)據(jù)位。通過配置工作頻率寄存器A、B可以設(shè)置發(fā)送（傳輸頻率）和接收（本振頻率）的工作頻率，使CC1000工作在一定的頻率上。
　　（2）收發(fā)數(shù)據(jù)在接收模式下CC1000可看成是一個傳統(tǒng)的超外差接收器，射頻輸入信號經(jīng)低噪聲放大器放大后翻轉(zhuǎn)進(jìn)入混頻器,通過混頻器混頻產(chǎn)生中頻信號。該信號在送入解調(diào)器解調(diào)之前被放大和濾波，解調(diào)后CC1000從管腳DIO輸出解調(diào)數(shù)字信號。解調(diào)信號的同步性由芯片上的PCLK提供的時鐘信號完成。信號接口由DIO和DCLK口組成，編碼格式采用同步曼徹斯特編碼模式，在曼徹斯特編碼中，以一個時鐘周期內(nèi)從高到低跳變表示"0"，從低到高跳變表示"1"。DCLK接收到中斷信號后，開始尋找?guī)�頭、幀尾以及鑒別報文。在發(fā)送模式下CC1100在DCLK上提供時鐘信號，微控制器根據(jù)時鐘信號在DIO輸出曼徹斯特編碼數(shù)據(jù)，CC1000完成調(diào)制發(fā)送。
　　3.2軟件流程
　　軟件主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和信息處理兩塊功能，兩者獨(dú)立運(yùn)行，并通過消息進(jìn)行交互，數(shù)據(jù)采集是通過溫度，電源檢測，發(fā)光檢測等傳感器接收、采集到路燈信息并把異常信息組成報文傳輸?shù)叫畔⑻幚砟�塊。信息處理模塊則負(fù)責(zé)報文接收檢測、鑒別、發(fā)送以及重新封裝轉(zhuǎn)發(fā)。考慮到單片機(jī)處理效率問題，消息隊列可以開辟環(huán)形緩存來存放，按照先入先出的原則，來避免存取的瓶頸、減少內(nèi)存的使用率，使通訊能通暢地進(jìn)行。
　　為確保無線通信的通暢，信息處理模塊需要定期檢查鏈路確定下一站的狀態(tài)。軟件狀態(tài)機(jī)如圖3所示：
　　
　　圖3軟件狀態(tài)機(jī)圖
　　因為CC1000最大傳輸距離可以達(dá)到2公里，而實際路燈的間距只有幾十米，所以某個環(huán)節(jié)的路燈采集可能接收到若干個路燈的信息以及其他干擾信息，這時候就應(yīng)該根據(jù)報文格式和地址進(jìn)行過濾，只接收前一環(huán)節(jié)所發(fā)出及轉(zhuǎn)發(fā)的信息單向過濾傳輸，為防止誤碼，可以對報文進(jìn)行CRC16循環(huán)冗余校驗。
　　為了防止某個路燈節(jié)點芯片損壞導(dǎo)致后面的路燈信息無法傳輸，需要每隔一段時間對下一個編號的路燈進(jìn)行查詢，數(shù)次不通后則上報故障給監(jiān)控中心，并且接收和轉(zhuǎn)發(fā)下下一個節(jié)點的數(shù)據(jù)，依次類推，保持后面的信息能及時暢通地傳輸?shù)奖O(jiān)控維護(hù)中心。而監(jiān)控維護(hù)中心也能監(jiān)測到某個節(jié)點的好壞，以便及時的維護(hù)。
　　最后所有信息都匯集到連接有GPRS調(diào)制解調(diào)器的采集板上，采集板把采集到的信息通過建立GPRS鏈路用TCP/IP協(xié)議上傳至數(shù)據(jù)采集中心，由于篇幅限制，這里就暫不作詳細(xì)介紹。
　　4 結(jié)束語
　　通過上面的描述，基于短距離無線收發(fā)芯片的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)，采用了低成本的CC1000芯片相對傳統(tǒng)的GPRSDTU數(shù)據(jù)采集，本設(shè)計只采用一個GPRSMODEM大大降低了成本、節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)資源，減小了維護(hù)難度。同時，通過對軟件狀態(tài)機(jī)的修改和完善，后續(xù)能增加控制功能對路燈進(jìn)行控制的雙向功能。

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