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低功耗無線數字傳輸模塊的設計與應用

時間:2023-05-01 11:55:08 電子通信論文 我要投稿
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低功耗無線數字傳輸模塊的設計與應用

摘要:介紹了一種以PIC16F73單片機芯片和CC1000調制解調芯片為核心的超低功耗無線數字傳輸模塊的設計方案及實現方法,并給出了該模塊在無線智能IC卡水表中的應用。該模塊通信速率最高可達38.4kbps,查詢工作方式下平均工作電流為10μA,與同類設計相比,該模塊具有功耗低、使用方便、通信可靠等優點。

    關鍵詞:無線通信 低功耗 移頻鍵控 PIC16F73單片機芯片 CC1000調制解調芯片

在工業、科學研究以及醫療設備中,目前出現了大量需要進行通信的設備,這些設備通信距離較近、數據量較小、不適合布線。比如自動抄表系統、酒店點菜系統以及現場數據采集系統等,其中有很多設備是可移動的,而且要求何種小便于攜帶。因此,要求其通過設備具有體積小、功耗低、成本低、使用方便等特點。基于這些需求,本文給出了一款超低功耗的無線數字傳輸模塊的設備及實現方法。

該模塊采用Chipcon公司的超低功耗FSK調制解調芯片CC1000和Microchip公司的低功耗單片機PIC16F73,從而保證了系統的超低功耗。同時,為了適應電池供電系統的應用,該模塊支持查詢方式的無線通信,可以使系統的平均工作電流低至10μA。該模塊具有8組信道,可以實現點對點、點對多點的半雙工通信,并且提供標準串行數據接口,支持TTL、RS232和RS485通信接口,可以方便地與其它控制器或計算機連接。

圖1

1 模塊硬件設計

模塊結構框圖如圖1所示。

作為工作在物理層和數據鏈路層的底層通信設備,該系統完成數據的調制解調、假數據過濾、數據組合、解碼數據幀、數據校驗等功能。在接收過程中完成數據由電信號向位流、由位流數據向字節,由字節向數據幀的變換,而在發送過程中則完成接收到的逆向過程。數據發送過程中數據流的變化如圖2所示。

調制解調由CC1000完成。系統采用頻移鍵控調制(FSK),載波頻率為434MHz,帶寬為64kHz,數據采用差分曼徹斯特編碼發送,空中發送數據速率可以根據需要設置,最高FSK數據速率為76.8kpbs。CC1000采用三線命令接口和兩線數據接口,可編程配置載波頻率和數據速率等內容。有關CC1000的詳細內容見參考文獻。

模塊控制器在發送時從用戶接口接數據和命令,并將用戶數據轉換成數據幀傳送給CC1000,控制CC1000進行數據發送。在接收時,控制器接收從CC1000傳送過來的數據,分析數據,過濾噪聲,將數據由位流轉換為字節,進行校驗并將用戶數據通過串行口傳送給用戶,使用戶可以實現所發即所收。

    模塊是為低功耗系統而設計的,除了具有SLP引腳可以直接休眠模塊外,還有一些專門設計的命令來支持使用查詢方式的通信。PCMD、RX、TX三線組成模塊的三線接口,配置命令時PCMD必須為高電平。配置命令工作時序如圖3所示。

發送數據時PCMD應置為低電平,通過串行口發送數據即可。模塊使用時間間隔區分數據幀,如果有傳輸半個字節的時間沒有接收到數據,則認為此前接收到的為一幀數據,系統將編碼該幀數據并通過CC1000進行調制和發送。因此,如果用戶數據是以數據幀的格式發送的,用戶應當連續發送數據,以避免模塊將一幀數據分割為兩幀數據發送,從而降低發送效率。模塊只能進行半雙工通信,沒有數據發送時模塊處于接收狀態;有休眠信號時模塊進入體眠狀態,此時模塊無法接收和發送數據,只有將模塊喚醒后,才能發送和接收數據。READY信號是模塊工作

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