射频模块PTR8000在无线抄表中的应用

1 引言

       随着电力负荷的急剧增长和供电企业“一户一表”、“直供到户”等营销举措的不断深人，供电企业电量抄录的工作量急剧增加。目前的抄表方式主要有4种：人工抄表、IC卡表、有线远程自动抄表、无线远程自动抄表。

        人工人户抄表工作量大，而且容易出现错钞、漏抄、估抄等现象。IC卡表是预付费形式，数据集中比较方便，但IC卡的安全性较差。有线远程自动抄表，主要有485等一些专用通信线路、电力线载波以及以太网。前者需要专门布线，工程量大，且因只能采取主机轮询的方式而效率较低。基于低压电力线载波技术的远抄，抗干扰能力较差，达不到实用的要求。以太网避免单独布线的问题，而且TCP/IP协议的开放性和兼容性使系统有较大的扩展空间。无线远抄是一个新的解决方案。主要是基于GSM或GPRS网络、红外技术以及微波通信技术等。GSM通信方式的实时性较差，特别是在某些特殊时段由于网络负担过重会造成较大的时间延迟。红外的传输距离近而且成本高。采用射频模块实现数据集中，并结合现有的以太网来实现抄表无疑是一个可行的方案。

2 系统的结构

        系统的结构如图1所示。该系统是一个3级网络，用户终端包括电能表和一个发讯器，电能表用于完成用户的电能计量，发讯器把用户的用电量以及用户的ID信息通过无线的形式发射出去。集中器接收到发讯器信息后把用户的用电量和用户信息暂存起来。抄表站定时从各个集中器中下载数据，然后通过以太网把数据上传到电力管理系统。在整个系统中，发讯器以及集中器中无线通信模块的性能是抄表成败的关键，它的发射功率、接收灵敏度、所占的频道、接口电路，抗干扰能力等等，对通信的性能和最终的选用是至关重要的。本系统中采用哈尔滨讯通公司的PTR8000作为无线通信模块，下面对该模块的性能、工作模式、时序等进行简要介绍。
 

3 无线收发模块PTR8000

3.1 特性和引脚

        PTR8000是高性能嵌入式无线收发模块，它的核心芯片是挪威Nordic VLSI ASA公司的nRF905。具有可选频道多，低功耗，抗干扰能力强的优点，它的特性如下：

        •430/868/915MHz多频道多频段，1.9～3.6V低电压工作，待机功耗2 uA；

        •超小体积，内置环形天线，性能稳定，对电源不敏感，传输距离更远；

        •最大发射功率+lOdBm，高抗干扰GFSK调制。

        •可跳频通信，数据速率可达50kbps；

        •内置完整的通信协议和CRC，有独特的载波检测、地址匹配、数据就绪等输出，接口方便、使用简单。

它的引脚说明如表1所示。
 

3.2 模式控制、SPI配置和时序

        PTR8000有4种工作模式：掉电模式、待机模式、接受和发射模式，掉电模式下所有电路关闭，不能发射和接受，但是可以与控制器进行SPI操作、TRX_CE和TX_EN进入最省电状态，电流仅为2.5 A；待机模式下，发射接受电路关闭，只有SPI接口工作，电流为40u A；待机和掉电模式下，均不能收发，但是可以配置。SPI的配置指令如表2所示。

        对PTR8000的读写时序如图2所示。

3.3 工作过程

        上电后CPU首先对PTR8000模块进行配置。先将PWR、TX_EN、TRX_CE设为配置模式，通过SPI把配置字写入相应的寄存器。在掉电和待机模式下，配置内容仍然有效，只有当电源撤除了之后PTR8000中的数据才会丢失。

       当CPU有数据要发射时，首先把PWR、TX_EN置高，然后把接收节点地址和有效数据通过SPI先写入PTR8000，再通过TRX_CE的一个上升沿来启动传输。之后PTR8000内部要进行无线系统加电、数据打包和编码发射等处理。如果AUTO_RETRAN设置为高，PTR8000将连续发射数据包，直到TRX_CE设为低为止。当TRX_CE为低时，PTR8000结束数据传输并自动进入待机模式。发射的时序如图3(a)所示。

        接收数据时，首先要通过把TRX_CE置高、TX_EN置低来使PTR8000进入接收模式。模块等待650us后检测空中的信息。如果发现与接收频率一致的载波时，载波检测(CD)输出高电平。如果接收到地址于本机地址一致时，地址匹配(AM)输出高电平。如果接收到的数据包校验正确，是有效数据包时，PTR8000会去掉前导码、地址和CRC校验位，然后把数据准备就绪(DR)置为高电平。CPU可以通过SPI接口读出数据，数据读出后，AM和DR自动变为低电平。接收的时序如图3(b)所示。
 

4 结束语

        本文介绍了射频模块PTR8000的特性、配置、读写时序以及工作模式等，在此基础上，以PTR8000实现无线抄表系统中的发讯器和集中器的无线数据传输，并借助于以太网实现无线远程自动抄表。该模块发射功率、接收灵敏度高，频道多，协议内置，抗干扰能力强、传输距离远，接口简单可靠，是实现无线远程自动抄表的有力保障，以之为核心的数据收发模块具有延迟小、适时性好、性价比高并且易于扩展等优点。