一種基于cmc芯片的低功耗無線抄表采集器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于CMC芯片的低功耗無線抄表采集器，包括：CMC芯片、串口電路、RS485接口電路、射頻芯片；所述CMC芯片通過SPI數(shù)據(jù)接口與射頻芯片連接；所述CMC芯片與串口電路連接，還與RS485接口電路連接；所述CMC芯片上設有晶振時鐘；所述射頻芯片上設有晶振時鐘。射頻芯片，用于實現(xiàn)將芯片發(fā)送緩存中的數(shù)據(jù)發(fā)送到空中，或接收空中的無線數(shù)據(jù)到芯片中的接收緩存中；晶振時鐘，產(chǎn)生晶體振蕩，為射頻芯片工作提供時鐘節(jié)拍。本發(fā)明其多功能性、網(wǎng)絡容量大、安裝維護方便、安全性、高可靠性、可組網(wǎng)等是其它同類產(chǎn)品無法比擬的。
【專利說明】—種基于CMC芯片的低功耗無線抄表采集器
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及民用抄表領域，主要用于電表、燃氣表、水表的抄表系統(tǒng)中，該采集器使用CMC芯片與射頻芯片作為硬件平臺，通過無線通信協(xié)議棧組建一個短距離的無線網(wǎng)絡，使得采集器間可以互傳數(shù)據(jù)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子和通信技術(shù)的發(fā)展、無線通信技術(shù)的快速發(fā)展為自動抄表系統(tǒng)提供了強大的技術(shù)支持，使得整個區(qū)域內(nèi)的自動抄表成為了可能，采集器的上行采用載波通信，下行通過485和電能表通，這種方式優(yōu)點是減少了通信路由的跳數(shù)，節(jié)省了路由的時間，為了提高智能抄表的效率，安全和可靠性，降低抄表系統(tǒng)的成本，本聲明一種基于CMC芯片的低功耗無線抄表采集器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決低功耗無線抄表系統(tǒng)面臨的高效率、可靠性、安全性以及抗干擾能力等問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于CMC芯片的低功耗無線抄表采集器。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下:
[0005]一種基于CMC芯片的低功耗無線抄表采集器，包括:CMC芯片、串口電路、RS485接口電路、射頻芯片；
[0006]所述CMC芯片通過SPI數(shù)據(jù)接口與射頻芯片連接；
[0007]所述CMC芯片與串口電路連接，還與RS485接口電路連接；
[0008]所述CMC芯片上設有晶振時鐘；
[0009]所述射頻芯片上設有晶振時鐘。
[0010]所述CMC芯片實現(xiàn)片內(nèi)實現(xiàn)邏輯控制和運動控制的程序處理和程序間的調(diào)度管理，片內(nèi)實現(xiàn)控制相關(guān)模擬量、數(shù)字量信號的處理，片內(nèi)集成與外界的多種數(shù)據(jù)通信接口。通過CMC的組態(tài)軟件進行邏輯控制程序和運動控制程序的編程，通過通信接口下載到CMC片內(nèi)存儲，并直接運行；根據(jù)用戶的程序，對輸入的信號進行處理運算，并進行相應的信號輸出，以完成控制功能。
[0011]本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
[0012]1.應用廣泛:可以應用于電表、水表、燃氣表等領域。
[0013]2.低功耗:本發(fā)明CMC芯片具有低功耗模式，在休眠狀態(tài)下可以達到靜電流幾微安。
[0014]3.高可靠性:本發(fā)明模塊在無線通信過程中使用信道跳頻技術(shù)，可以適應各種惡劣工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境。使系統(tǒng)體積減少，重量減輕，引出線和焊接點減少，壽命增加，可靠性提高，性能增強，便于大規(guī)模生產(chǎn)。其裝配密度比普通卡件可提高幾十倍甚至幾千倍，設備的穩(wěn)定工作時間也可大大提高
[0015]4.低成本:本發(fā)明使用無線通信，無需布線，省去了施工和布線成本。[0016]5.可組網(wǎng):本發(fā)明可以組建一個短距離工業(yè)無線網(wǎng)絡，易于將現(xiàn)場進行網(wǎng)絡化管理和監(jiān)控。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的硬件結(jié)構(gòu)框圖。
[0018]圖2是硬件平臺CMC芯片核心電路原理圖。
[0019]圖3是硬件平臺射頻電路原理圖。
[0020]圖4是硬件平臺CMC芯片和射頻芯片接口框圖。
[0021]圖5是硬件平臺串口電路原理圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖圖1-5對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0023]一種基于CMC (Control Module on Chip，CMC)芯片的低功耗無線抄表采集器，包括:CMC芯片、串口電路、RS485接口電路、射頻芯片；
[0024]所述CMC芯片通過SPI數(shù)據(jù)接口與射頻芯片連接；
[0025]所述CMC芯片與串口電路連接，還與RS485接口電路連接；
[0026]所述CMC芯片上設有晶振時鐘；
[0027]所述射頻芯片上設有晶振時鐘。
[0028]無線協(xié)議棧軟件存儲在CMC芯片的存儲器中，作為底層固件。應用程序運行于該固件之上。通過無線射頻電路實現(xiàn)信息的傳遞，來完成應用程序和協(xié)議棧固件所實現(xiàn)的組網(wǎng)、數(shù)據(jù)傳輸、網(wǎng)絡監(jiān)測和維護等功能。通過各種數(shù)據(jù)采集電路實現(xiàn)工業(yè)數(shù)據(jù)的采集，來完成應用程序和協(xié)議棧固件所實現(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸、轉(zhuǎn)發(fā)、顯示和控制等功能。
[0029]所述CMC芯片實現(xiàn)片內(nèi)實現(xiàn)邏輯控制和運動控制的程序處理和程序間的調(diào)度管理，片內(nèi)實現(xiàn)控制相關(guān)模擬量、數(shù)字量信號的處理，片內(nèi)集成與外界的多種數(shù)據(jù)通信接口。通過CMC的組態(tài)軟件進行邏輯控制程序和運動控制程序的編程，通過通信接口下載到CMC片內(nèi)存儲，并直接運行；根據(jù)用戶的程序，對輸入的各種信號(包括從通信接口傳入的信號)進行處理運算，并進行相應的信號輸出，以完成控制功能。
[0030]所述無線射頻電路包括:
[0031]射頻芯片，用于實現(xiàn)將芯片發(fā)送緩存中的數(shù)據(jù)發(fā)送到空中，或接收空中的無線數(shù)據(jù)到芯片中的接收緩存中。
[0032]晶振時鐘，產(chǎn)生晶體振蕩，為射頻芯片工作提供時鐘節(jié)拍。
[0033]CMC芯片與射頻芯片之間采用SPI總線進行數(shù)據(jù)通信，CMC芯片通過引腳PA4、PA5、PA6、PA7配置成主機，射頻芯片通過引腳S1、SO、SCLK和CSn配置成從機，引腳CSn引腳設置為高電平來保證當變壓器關(guān)閉時輸入不會發(fā)生浮動變化，引腳SI和引腳SLCK設置為固定電平以免輸入發(fā)生浮動變化；CMC芯片和射頻芯片通過使用SPI數(shù)據(jù)接口完成讀寫緩存數(shù)據(jù)，SPI數(shù)據(jù)接口上所有的地址和數(shù)據(jù)傳輸都是最高位有效位先發(fā)送。
[0034]CMC芯片與射頻芯片之間采用4線進行射頻芯片的狀態(tài)控制，CMC芯片連接射頻芯片的SFD引腳來捕獲射頻數(shù)據(jù)的到來；CMC芯片連接射頻芯片的CCA引腳來進行射頻信道空閑評估；CMC芯片連接射頻芯片的FIFO引腳和FIFOP引腳來進行射頻數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。
[0035]RS485接口電路主要來完成TTL電平與其他電平之間的轉(zhuǎn)換和驅(qū)動，以達到與設備(如PC、手持設備等)進行數(shù)據(jù)通信。
[0036]CMC芯片通過UART控制器接口引腳與串口電路相連；通過串口電路與PC或手持設備進行數(shù)據(jù)交互通信，完成模塊準備加入網(wǎng)絡前的一些信息和參數(shù)配置，以便使模塊能夠正確加入無線網(wǎng)絡并正常工作。
[0037]CMC芯片通過標準的RS485接口與儀表設備進行數(shù)據(jù)交互通信，完成對儀表設備的數(shù)據(jù)采集，控制等操作。
[0038]CMC 芯片單片機內(nèi)含 256K FLASH 和 64K RAM 存儲空間，C6, C7, C8, C9, Yl, Y2 構(gòu)成了單片機晶振電路，使單片機能夠正常起振工作。R13、C7、S1構(gòu)成了單片機的復位電路。無線協(xié)議棧軟件作為底層固件保存在CMC芯片的FLASH中，應用程序運行于無線協(xié)議棧之上，其可以根據(jù)所連接的數(shù)據(jù)采集電路來做相應的編寫。
[0039]參見圖3，射頻電路采用CC2420射頻芯片，它是一款真正意義上的符合IEEE802.15.4協(xié)議規(guī)范，應用于無線網(wǎng)絡中的低功耗、低電壓的射頻收發(fā)芯片。它包括數(shù)字直接序列擴頻的基帶調(diào)制解調(diào)器，輸出放大增益為9dB，數(shù)據(jù)傳輸率可達250bps。C32、C33和Y4構(gòu)成射頻電路工作的晶振電路，使CC2420能夠正常工作。L61、L62、L81、C25、C26、C27、C30以及天線ANT構(gòu)成射頻電路的實際收發(fā)電路，通過其將數(shù)據(jù)發(fā)射到空中，并接收空中來的射頻數(shù)據(jù)。其他電容主要用于CC2420的濾波，增強抗干擾性。
[0040]CMC芯片與射頻芯片(CC2420)之間采用SPI總線進行數(shù)據(jù)通信，CMC芯片通過引腳PA4、PA5、PA6、PA7配置成主機，射頻芯片通過引腳S1、SO、SCLK和CSn配置成從機，CSn引腳設置為高電平來保證當變壓器關(guān)閉時輸入不會發(fā)生浮動變化，SI和SLCK引腳必須設置為固定電平以免輸入發(fā)生浮動變化。
[0041]CMC芯片與射頻芯片之間采用4線來進行射頻芯片的狀態(tài)控制，CMC芯片的PA3腳連接射頻芯片的SFD弓I腳來捕獲射頻數(shù)據(jù)的到來；CMC芯片的PA2腳連接射頻芯片的CCA弓丨腳來進行射頻信道空閑評估；CMC芯片的PA和PAl腳連接射頻芯片的FIFO和FIFOP引腳來進行射頻數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。
[0042]當射頻數(shù)據(jù)到來后，射頻芯片接收后捕獲上升沿觸發(fā)產(chǎn)生物理數(shù)據(jù)幀到達(SFD)中斷，在該中斷中進行地址識別和CRC校驗，若失敗則丟棄該幀，若成功接收一個完整的數(shù)據(jù)幀后，F(xiàn)IFP引腳產(chǎn)生高電平，觸發(fā)數(shù)據(jù)接收(FIFOP)中斷，CMC通過SPI總線將射頻芯片接收緩存(RXFIFO)中的數(shù)據(jù)讀到本地緩存中，CMC芯片處理接收數(shù)據(jù)，進行轉(zhuǎn)發(fā)或者通過網(wǎng)絡、232總線、485總線等其他形式送到監(jiān)控端顯示、監(jiān)控。
[0043]當CMC芯片需要發(fā)送數(shù)據(jù)到空中時，其先將數(shù)據(jù)緩存到本地中，然后使用SPI總線接口將數(shù)據(jù)讀到射頻芯片中發(fā)送緩存(TXFIFO)中，使用帶CCA檢測的發(fā)送命令將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，若信道忙，則發(fā)送命令忽略，重新等待發(fā)送，否則表示發(fā)送成功。SPI上所有的地址和數(shù)據(jù)傳輸都是最高位有效位先發(fā)送。
[0044]參見圖5，串口電路芯片驅(qū)動，串口電路芯片使用的是MAX3221這款RS232驅(qū)動器，其工作電壓為3.3V，具有低待機電流(典型值為luA)。C19、C20、C21、C22組成串口電路的外圍驅(qū)動電路，使用DB9母頭進行與外部設備的物理連接。當采集器上電后，使用PC機或手持設備通過串口電路給采集器運行前的參數(shù)配置。
【權(quán)利要求】
1.一種基于CMC芯片的低功耗無線抄表米集器,其特征在于: 包括:CMC芯片、串口電路、RS485接口電路、射頻芯片； 所述CMC芯片通過SPI數(shù)據(jù)接口與射頻芯片連接； 所述CMC芯片與串口電路連接，還與RS485接口電路連接； 所述CMC芯片上設有晶振時鐘； 所述射頻芯片上設有晶振時鐘。
2.按照權(quán)利要求1所述的基于CMC芯片的低功耗無線抄表采集器，其特征在于: 所述CMC芯片實現(xiàn)片內(nèi)實現(xiàn)邏輯控制和運動控制的程序處理和程序間的調(diào)度管理，片內(nèi)實現(xiàn)控制相關(guān)模擬量、數(shù)字量信號的處理，片內(nèi)集成與外界的多種數(shù)據(jù)通信接口 ；通過CMC的組態(tài)軟件進行邏輯控制程序和運動控制程序的編程，通過通信接口下載到CMC片內(nèi)存儲，并直接運行；根據(jù)用戶的程序，對輸入的信號進行處理運算，并進行相應的信號輸出，以完成控制功能。
3.按照權(quán)利要求1所述的基于CMC芯片的低功耗無線抄表采集器，其特征在于:所述無線射頻電路包括: 射頻芯片，用于實現(xiàn)將芯片發(fā)送緩存中的數(shù)據(jù)發(fā)送到空中，或接收空中的無線數(shù)據(jù)到芯片中的接收緩存中； 晶振時鐘，產(chǎn)生晶體振蕩，為射頻芯片工作提供時鐘節(jié)拍。
4.按照權(quán)利要求1所述的基于CMC芯片的低功耗無線抄表采集器，其特征在于: CMC芯片與射頻芯片之間采用SPI總線進行數(shù)據(jù)通信，CMC芯片通過引腳PA4、PA5、PA6、PA7配置成主機，射頻芯片通過引腳S1、SO、SCLK和CSn配置成從機，引腳CSn引腳設置為高電平來保證當變壓器關(guān)閉時輸入不會發(fā)生浮動變化，引腳SI和引腳SLCK設置為固定電平以免輸入發(fā)生浮動變化；CMC芯片和射頻芯片通過使用SPI數(shù)據(jù)接口完成讀寫緩存數(shù)據(jù)，SPI數(shù)據(jù)接口上所有的地址和數(shù)據(jù)傳輸都是最高位有效位先發(fā)送。
5.按照權(quán)利要求1所述的基于CMC芯片的低功耗無線抄表采集器，其特征在于: CMC芯片與射頻芯片之間采用4線進行射頻芯片的狀態(tài)控制，CMC芯片連接射頻芯片的SFD弓I腳來捕獲射頻數(shù)據(jù)的到來；CMC芯片連接射頻芯片的CCA弓I腳來進行射頻信道空閑評估；CMC芯片連接射頻芯片的FIFO引腳和FIFOP引腳來進行射頻數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。
6.按照權(quán)利要求1所述的基于CMC芯片的低功耗無線抄表采集器，其特征在于: RS485接口電路主要來完成TTL電平與其他電平之間的轉(zhuǎn)換和驅(qū)動，以達到與設備進行數(shù)據(jù)通信。
7.按照權(quán)利要求1所述的基于CMC芯片的低功耗無線抄表采集器，其特征在于: CMC芯片通過UART控制器接口引腳與串口電路相連；通過串口電路與PC或手持設備進行數(shù)據(jù)交互通信，完成模塊準備加入網(wǎng)絡前的一些信息和參數(shù)配置，以便使模塊能夠正確加入無線網(wǎng)絡并正常工作。
8.按照權(quán)利要求1所述的基于CMC芯片的低功耗無線抄表采集器，其特征在于: CMC芯片通過標準的RS485接口與儀表設備進行數(shù)據(jù)交互通信，完成對儀表設備的數(shù)據(jù)采集，控制等操作。
【文檔編號】G08C17/02GK103761849SQ201410006110
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月3日
【發(fā)明者】康凱, 李想, 魏劍嵬, 李媛, 楊祖業(yè) 申請人:沈陽中科博微自動化技術(shù)有限公司