功能类型:
每一个功能类型对应一种系统功能。通过解析功能类型编码可得到系统功能,对于下行帧,子节点得到主节点通知其执行的命令和需要的数据;对于上行帧,主节点得到子节点返回的信息、数据和命令执行的情况。
数据信息存放数据,数据信息长度可根据功能编码中的数据类型而定。
4.无线节点硬件设计
由于无线节点使用电池供电,且需要安装在三表或电器内部,要求电池体积很小,因此电池的容量不可能太大。希望一颗钮扣电池可以有效工作一年以上。无线通讯需要电池提供足够大的电流,耗电量较大,所以低功耗设计成为子节点设计的重点和难点。
无线网络节点硬件组成如图2所示,采用TI公司的16位单片机MSP430F1232作为处理器,采用符合ZigBee标准的Heililink无线网络收发模块建立无线通讯,采用RAMTRON公司的铁电存储器FM24LC16存储数据,开关量输出使用松下公司的磁保持继电器TQ2L2—3V,PWM输出放大器采用MAXIM公司的MAX4464。使用锂离子钮扣电池供电,通过采用TI公司的电荷泵IPS60210将电压稳定至3.3V。无线子节点通过查询八位拨码开关确定其功能,可以实现两路脉冲量的计数、两路开关量的输入、两路开关量的输出、一路模拟量的输入、一路模拟量的输出、电池电量采集无线通讯等功能。
4.1处理器
处理器采用TI公司的16位单片机MSP430F1232。该单片机突出的特点是可以实现极低的功耗,具有五种省电工作模式,而每种工作模式可以通过对时钟的控制实现不同的功耗,其工作在LPM4模式下的功耗电流只有0.1μA,非常适合采用电池供电的系统。片内FLASHROM用于存储应用程序、通讯协议;UART接口连接无线通信模块;10位A/D转换器实现电池电压检测、模拟量输入;内部16位定时计数器实现PWM输出,经低通滤波后,再由放大器放大,实现模拟量输出;I2C接口连接铁电存储器FRAM。其余的通用输入输出端口分别实现数字量和脉冲量的输入、输出以及拨码开关状态的输入。
4.2铁电存储器
存储器采用RAMTRON公司的FM24CL16,它是一种串行非易失性存储器,其特点是可无限次地读写,掉电数据可保护10年;写数据无延时;使用二线制串行总线及其传输规范进行双向传输,这种方式占用脚位少,占用线路板空间小,总线速度可以达到1MHz,静态工作电流仅为1μA。这些特点使其十分适合本设计对功耗低、体积小、数据读写频繁的要求。
4.3磁保持继电路
磁保持继电器采用松下公司的TQ2-L2—3V,通过MSP430F1232的输出管脚DO_S、DO_R控制开关管Q1、Q2的开关状态,实现继电器线圈电流的通断控制,从而控制继电器触点的动作。如果采用传统继电器,需要一直提供电流来维持继电器状态,这样功耗很难降低。磁保持继电器具有锁存功能,触点动作后无需继续提供电流,从而降低了功耗。其开关两端可耐压直流220V,交流250V,满足了通断市电的要求。
4.4无线网络收发模块
该模块特点是体积小、内嵌网络通讯协议,符合ZigBee网络层的标准,为IEEE.802.15.4标准兼容产品,可实现高效率发射、高灵敏度接收,无线数据速率高达76.8kbit/s。通过串口与MSP430F1232进行通讯,将获得的数据无线发送出去。
4.5拨码开关
八位拨码开关的状态决定该子节点的节点号和其实现的功能。
5.无线节点软件设计
鉴于节点使用的通用性要求,需要上电后根据拨码开关确定子节点号及其所要完成的功能。其主要功能包括水电气三表的数据采集和存储、报警信息的获取、设防撤防状态的获取和以上信息数据的无线发送。根据拨码开关的状态确定节点需要完成的其中一项或几项工作,并调用相应的初始化程序。由于无线通讯模块的功耗较大,CPU大部分时间都处于休眠状态,
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