系統軟件設計 - 無線熱網監測系統設計方案的實現

　　軟件編程采用模塊化設計思想，系統中各主要功能模塊均編成獨立的函數由主程序調用，功能模塊包括：初始化程序（包括初始化C8051 F310、SPI、Si4432）、無線發送程序以及無線接收程序等。無線發送程序負責寫入數據載荷，并根據通信協議為數據載荷加上前導碼、同步字、數據載荷長度及CRC校驗字節，形成數據包將其發送出去；無線接收程序負責接收并檢驗數據包中的CRC字節，以確保接收到的數據的正確性。

　　3.2.1 初始化程序

　　初始化程序包括C8051F310的初始化、SPI的初始化，以及Si4432的關于無線收發頻率、工作模式、發射速率等內部寄存器的初始化配置。

　　系統上電后，C8051F310處于默認狀態，根據系統功能需求重新進行初始化配置。C8051F310的數字交叉開關允許將內部數字系統資源映射到端口I/O引腳，可通過設置交叉開關控制寄存器，將片內資源配置到具體的I/O引腳上。這一特性允許用戶根據自己的特定應用選擇通用I/O端口和所需數字資源的組合，提高了應用的靈活性。本系統中，主要配置了SPI通信的4線，液晶LCD的數據線接口、控制線接口等。

　　初始化SPI時，可以通過塒SPI1CFG寄存器和SPI1CN寄存器的配置來選擇具體使用規則。這里，選擇主SPI，4線模式，時鐘極性為低電平，在時鐘上升沿時對數據采樣；通過配置SPI1CKR寄存器，可將同步時鐘頻率設為晶振頻率的1/4.

　　上電之初，Si4432也處于默認狀態，需要進行配置才能工作。Si4432有70多個寄存器需要配置，它們決定了Si4432的丁作模式，具體配置可以參考Si4432的數據手冊。Si4432的初始化是一個重要的部分，配置的恰當與否對系統最終的通信效果有很大的影響。主控制器C8051 F310通過SPI配置Si4432的1ch、1dh等寄存器，寫入相應的初始化RF控制字（主要是頻率、傳輸速度、傳輸方式等）；通過配置33h、34h等寄存器來設置包的結構、前導碼長度、同步字內容等。本系統采用同步傳輸模式，以0x2DD4作為同步模式的標志碼，傳輸完同步字后才開始傳輸數據載荷。

　　3.2.2 無線發送程序

　　無線發送程序流程如圖4所示。完成C8051F310、SPI和Si4432的初始化后，配置寄存器寫入相應的初始化RF控制字。接下來，通過配置Si4432的寄存器3eh來設置包的長度，通過SPI連續寫寄存器7fh，往TX FIFO里寫入需要發送的數據。然后打開“發送完中斷允許”標志，將其他中斷都禁止。當有數據包發送完時，引腳nIRQ會被拉低以產生一個低電平從而通知C8051F310數據包已發送完畢。完成中斷使能后，使能發送功能，數據開始發送。等待nIRQ引腳因中斷產生而使電平拉低，當nIRQ引腳變為低時讀取中斷狀態并拉高nIRQ，否則繼續等待。一次數據發送成功后，進入下一次數據循環發送狀態。

　　3.2.3 無線接收程序

　　程序完成C8051F310、SPI接口和Si4432的初始化后，配置寄存器寫入相應的初始化RF控制字。通過訪問寄存器7fh從RX FIFO中讀取接收到的數據。相應的控制字設置好之后，若引腳nIRQ變成低電平，則表示Si4432準備好接收數據。完成這些初始化配置后，通過寄存器4bh讀取包長度信息。然后，打開“有效包中斷”和“同步字檢測中斷”，將其他中斷都禁止。引腳nIRQ用來檢測是否有有效包被檢測到，若引腳nIRQ變為低電平，則表示有效的數據包被檢測到。本系統用0x2DD4作為同步模式的標志碼，接收模塊通過檢測這個同步字來同步接收數據。最后，使能接收功能，數據開始接收。等待nIRQ引腳因產生中斷而使電平拉低，讀取中斷標志位復位nIRQ引腳，使nIRQ恢復至初始的高電平狀態以準備下一次中斷觸發的檢測。通過SPI讀取RX FIFO中的數據，之后進入下一次數據接收狀態。無線接收程序流程如圖5所示。

　　4 系統測試與分析

　　為驗證本無線射頻收發系統設計的可靠性，進行了7組“發射模塊-接收模塊”通信實驗。在空曠地通信距離約為1 600 m時，7組“發射模塊-接收模塊”分別工作在430.50 MHz、431.50 MHz、432.50 MHz等7個中心頻率上，帶寬均取112.8 kHz，頻率偏移取±25 kHz，發送4 000個數據包，實驗結果如表1所列。

　　從表1中可以看出，在傳輸速率較低時，誤碼率為0;在傳輸速率為100 kbps（或以上）時，有一定的誤碼，但誤碼率不高于0.050%.因此，該無線射頻收發系統具有傳輸距離遠、穿透能力強、通信誤碼率低的特點。

　　結語

　　采用Si4432這種短距離無線通信芯片，完全可以擴充為一個網絡系統，形成一個無線網絡，使本系統在熱網監控系統的解決方案中不需要重新布線就可以有效地進行溫度采集和控制；本文所設計的無線射頻收發系統工作可靠、穩定，具有很好的通用性和適用性，所以基于Si4432芯片的無線通信技術可以給熱網監控系統的數據采集增加一種新的解決方案，但也需要對熱閥進行數字化升級。隨著無線通信的發展，Si4432芯片的短距離無線通信技術和GPRS移動通信技術將在工控系統中有廣闊的發展空間。