射頻模塊PTR8000在無線抄表中的應用

1 引言
    隨著電力負荷的急劇增長和供電企業“一戶一表”、“直供到戶”等營銷舉措的不斷深人，供電企業電量抄錄的工作量急劇增加。目前的抄表方式主要有4種：人工抄表、IC卡表、有線遠程自動抄表、無線遠程自動抄表。
    人工人戶抄表工作量大，而且容易出現錯鈔、漏抄、估抄等現象。IC卡表是預付費形式，數據集中比較方便，但IC卡的安全性較差。有線遠程自動抄表，主要有485等一些專用通信線路、電力線載波以及乙太網。前者需要專門布線，工程量大，且因只能採取主機輪詢的方式而效率較低。基於低壓電力線載波技術的遠抄，抗干擾能力較差，達不到實用的要求。乙太網避免單獨布線的問題，而且TCP/IP協議的開放性和兼容性使系統有較大的擴展空間。無線遠抄是一個新的解決方案。主要是基於GSM或GPRS網路、紅外技術以及微波通信技術等。GSM通信方式的實時性較差，特別是在某些特殊時段由於網路負擔過重會造成較大的時間延遲。紅外的傳輸距離近而且成本高。採用射頻模塊實現數據集中，並結合現有的乙太網來實現抄表無疑是一個可行的方案。

2 系統的結構
    系統的結構如圖1所示。該系統是一個3級網路，用戶終端包括電能表和一個發訊器，電能表用於完成用戶的電能計量，發訊器把用戶的用電量以及用戶的ID信息通過無線的形式發射出去。集中器接收到發訊器信息后把用戶的用電量和用戶信息暫存起來。抄表站定時從各個集中器中下載數據，然後通過乙太網把數據上傳到電力管理系統。在整個系統中，發訊器以及集中器中無線通信模塊的性能是抄表成敗的關鍵，它的發射功率、接收靈敏度、所佔的頻道、介面電路，抗干擾能力等等，對通信的性能和最終的選用是至關重要的。本系統中採用哈爾濱訊通公司的PTR8000作為無線通信模塊，下面對該模塊的性能、工作模式、時序等進行簡要介紹。
 

3 無線收發模塊PTR8000
3.1 特性和引腳
    PTR8000是高性能嵌入式無線收發模塊，它的核心晶元是挪威Nordic VLSI ASA公司的nRF905。具有可選頻道多，低功耗，抗干擾能力強的優點，它的特性如下：

• 430/868/915MHz多頻道多頻段，1.9～3.6V低電壓工作，待機功耗2 uA；
• 超小體積，內置環形天線，性能穩定，對電源不敏感，傳輸距離更遠；
• 最大發射功率+lOdBm，高抗干擾GFSK調製。
• 可跳頻通信，數據速率可達50kbps；
• 內置完整的通信協議和CRC，有獨特的載波檢測、地址匹配、數據就緒等輸出，介面方便、使用簡單。

它的引腳說明如表1所示。
 
3.2 模式控制、SPI配置和時序
    PTR8000有4種工作模式：掉電模式、待機模式、接受和發射模式，掉電模式下所有電路關閉，不能發射和接受，但是可以與控制器進行SPI操作、TRX_CE和TX_EN進入最省電狀態，電流僅為2.5 A；待機模式下，發射接受電路關閉，只有SPI介面工作，電流為40u A；待機和掉電模式下，均不能收發，但是可以配置。SPI的配置指令如表2所示。
 
    對PTR8000的讀寫時序如圖2所示。
 
3.3 工作過程
    上電后CPU首先對PTR8000模塊進行配置。先將PWR、TX_EN、TRX_CE設為配置模式，通過SPI把配置字寫入相應的寄存器。在掉電和待機模式下，配置內容仍然有效，只有當電源撤除了之後PTR8000中的數據才會丟失。
    當CPU有數據要發射時，首先把PWR、TX_EN置高，然後把接收節點地址和有效數據通過SPI先寫入PTR8000，再通過TRX_CE的一個上升沿來啟動傳輸。之後PTR8000內部要進行無線系統加電、數據打包和編碼發射等處理。如果AUTO_RETRAN設置為高，PTR8000將連續發射數據包，直到TRX_CE設為低為止。當TRX_CE為低時，PTR8000結束數據傳輸並自動進入待機模式。發射的時序如圖3(a)所示。
    接收數據時，首先要通過把TRX_CE置高、TX_EN置低來使PTR8000進入接收模式。模塊等待650us后檢測空中的信息。如果發現與接收頻率一致的載波時，載波檢測(CD)輸出高電平。如果接收到地址於本機地址一致時，地址匹配(AM)輸出高電平。如果接收到的數據包校驗正確，是有效數據包時，PTR8000會去掉前導碼、地址和CRC校驗位，然後把數據準備就緒(DR)置為高電平。CPU可以通過SPI介面讀出數據，數據讀出后，AM和DR自動變為低電平。接收的時序如圖3(b)所示。
 

4 結束語
    本文介紹了射頻模塊PTR8000的特性、配置、讀寫時序以及工作模式等，在此基礎上，以PTR8000實現無線抄表系統中的發訊器和集中器的無線數據傳輸，並藉助於乙太網實現無線遠程自動抄表。該模塊發射功率、接收靈敏度高，頻道多，協議內置，抗干擾能力強、傳輸距離遠，介面簡單可靠，是實現無線遠程自動抄表的有力保障，以之為核心的數據收發模塊具有延遲小、適時性好、性價比高並且易於擴展等優點。