基于PIC16F73和CC1000的無線數字傳輸模塊設計

3 模塊性能

3.1 模塊功能

作為一款專門為低功耗系統而設計的無線數字傳輸模塊，該模塊具有低電平供電、低功耗的特點。供電電壓范圍為3V～12V。當供電電壓為3V時，在接收狀態下，模塊電流為9.6mA;在發送狀態下，模塊電流為25.6mA;在休眠狀態下，模塊電流為2μA。通信系統使用查詢方式工作時，處于接收的工作電流計算公式如下，即若休眠時間為dsl，檢測信號時間為tdt，那么平均工作電流為(單位為μA

)：

Ip=(tsl×2+tdt×9600)/(tsl+tdt)

因此，如果一個系統的休眠時間為8s,檢測時間為13μA。這樣，5400mAh的鋰電流可以使用47年!當然，實際使用中應該計算模塊處于接收狀態時的電流，此時模塊的功耗就取決于模塊工作的情況和傳輸數據量的大小，但是其極低的待機功耗對于移動設備來說是十分重要的。

3.2 通信可靠性

通信誤碼率可以使用如下近似公式計算：

Pe≈Ne/N

式中，N為傳輸的二進制碼元總線;Ne為被傳輸錯的碼元數，理論上應有N→∞。

在實際使用中，N足夠大時，才能夠把Pe近似為誤碼率。經過對模塊的測試，在數據速率為2400bps、通信距離為100m(平原條件)時，通信誤碼率為10-3～10-5。在數據速率提高時，通信誤碼率會增加，但是通信模塊可采用多項技術來提高通信可靠性。在物理層，模塊采用差分曼徹斯特編碼技術發送數據，從而保證通信中的同步問題;而在數據鏈路層，使用CRC(循環冗余編碼)進行數據幀校驗，用以保證數據到達用戶應用層以后的可靠性。當然，用戶在應用層還可以采取多種通信協議來進一步提高通信的可靠性。

3.3 通信距離

在無線通信中，通信距離與發射機發送信號的強度和接收機接收靈敏度有著直接關系。本模塊的發送功率為10dBm，而在數據速率為2400bps、帶寬為64kHz、通信二進制誤碼率為10-3條件下，模塊的接收靈敏度為-110dBm。在天線高于地面3m的可視條件下，可告通信距離(誤碼率小于10-3)大于300m。在市區環境中，可靠通信距離在10m左右。

圖5

4 模塊應用

無線智能IC卡水表由負責顯示和讀寫IC卡的上位機和負責閥門控制的下位機組成，上位機和下位機之間的通信使用無線數字傳輸模塊完成，系統結構如圖6所示。上位機負責人機接口，包括顯示下位機狀態、顯示剩余水量、讀取IC卡以及與下位機通信等功能，下位機完成水脈沖計數并接收上位機的指令控制閥門開關狀態。由于本系統采用電池供電，所以要求系統的功耗必須非常低。水表的上位機和下位機均采用Microchip公司的低功耗單片機PIC16F73，下位機工作在查詢狀態。

無線智能IC卡水表的通信方式如下：通信由上位機發起，當需要通信時(按鍵被按下或插入IC卡時)，上位機首先發送10s的同步頭，然后發送地址，其后等待下位機應答。而下位機使用查詢的方式與上位機進行通信，即下位機每9s喚醒一次無線通信櫝以檢測是否有同步頭信息，檢測時間為10ms。如果沒有同不頭信息，并進行解密和地址判斷。如果接收到的地十為本機地址，則分析指令并進行響應，否則轉入休眠。因為上位機發送同步頭的時間大于下位機休眠的時間，所以保證了通信的可靠性。這種通信方式雖然速度較慢，但是卻使得下位機的功耗大大降低，延長了下位機電池的壽命。在該系統中，由于數據量較小，所以通信速度不是關鍵問題，而低功耗才是系統最重要的問題。

基于CC1000的低功耗無線數字通信模塊完成了設計目標，達到了低功耗、高可靠性的通信要求，并且通信速度可以達到38.4kbps，所以可以滿足大部分短距離無線數字通信的要求。當然，由于系統的功耗比較低，使得發射功率較小，通信距離比較近。因此，在對通信距離要求更高時，可以適當加大發射功率，以增加傳播距離。目前該模塊已經在無線智能IC卡水表中使用，工作穩定。