基于MSP430和nRF40l的 无线自动抄表系统

可靠的地平面，电源地应该直接与射频部分的地相连；其次，与地平面的连接越短越好。与地连接的焊盘应该在附近设置一个过孔，并且两个接地焊盘不可以共用一个过孔。解耦电容应该尽量靠近需要解耦的引脚，每个需要解耦的节点单独使用一个解耦电容。恰当地选择电容大小会起到很好的效果。电源要采用星形布线，即不同部分(数字部分、模拟部分、射频部分)的电源线分别直接从总电源引出，并且分别解耦，如图4所示。这样可以有效地防止电源噪声的干扰。3系统的软件设计3．1软件流程系统软件分上层模块软件和下层模块软件两部分，图5和图6分别为系统上、下层模块软件流程图。上层模块收到抄表中心的命令后，通过射频无线通讯方式向下层模块发送命令，同时开始计时。如果下层模块没有数据返回，超时后上层模块会重新发送命令。如果超过三次仍未有数据返回，则认为是下层模块工作异常，向抄表中心返回异常信号。下层模块收到上层模块发来的抄表命令，首先检查地址。如果地址不符，说明命令是发给其它模块的，则丢弃命令，继续等待。如果地址符合，则将上层模块发来的命令转发给仪表，等待数据返回。如果超时则重新发送，超时三次则认为仪表故障，向上层返回异常信号。数据正常接收完毕后，模块按照与仪表的协议检验数据，如数据出现错误，则重新向仪表发送命令，如果正确则向上层发送数据，之后重新进入等待状态。MSP430F123只有一个串口，而上下两层的模块需要两个串口。第二个串口由定时器A的捕获／比较功能实现。发送特性的实现采用比较功能将数据从输出单元的引脚移出的方法，波特率用比较数据及中断来获得。接收特性的实现采用捕获／比较功能将引脚数据经SCCIx位移入内存。3．2无线通讯协议本系统是一个简单的点对多点通讯，所以通讯协议分为三层即可。第一层为物理层，由nRF401模块硬件实现；第二层为数据链路层；第三层为应用层。数据链路层的功能是提供可靠的无线数据传输。发送数据时，将应用层发来的比较长的数据帧拆分为短的数据帧，并加上包头和校验和，重新打包后发送出去。接收数据时，将接收到的数据解包并重新组合成完整的长数据，移交给应用层。
　　
　　数据链路层的数据帧格式为：0x550x55地址类型编号数据（十字节）校验和每帧包括两个字节的起始帧头，一个字节的地址，一个字节的帧类型，一个字节的帧编号，十个字节的数据和两个字节的校验和。无线通讯容易受到干扰，一次发送的数据越长，受干扰的可能性越大。所以应该把比较长的数据分成小的数据包分别发送。本系统每个数据包的有效数据长度为十个字节，原始数据不足时用0补足。因为nRF401是高灵敏度的，在没有进行数据传输时，它的数据输出脚会有杂波输出，这些杂波会被MCU的串口接收并处理。当一个有效数据帧头到达时，串口可能正采样到一个字节的中部。因为检测到起始位对于正确读取其后的数据是相当重要的，在每个数据帧之前要先发几个字节的同步码以实现数据同步。四个字节的0xCC加一个字节的0xF0就可以确保在有效数据帧到达前双方通讯实现同步。为了区分干扰杂波与有效数据，需要数据帧加上帧头。因为干扰杂波基本是随机的，如果使用一个字节的帧头，则可能无法区分干扰和有效数据。因此本系统协议使用两个字节的帧头，为两个0x55。0x55加上起始位和停止位，实际发送的是0101010101，杂波产生连续两个0x55的概率很小很小，可以确保有效数据的确认。数据帧的类型包括抄表命令、正常返回数据、出错要求重发、仪表异常信号、正确接收确认等，用一个字节来标示以便接收方分类处理。因为将较长的数据分成短的数据帧发送，所以每帧需要一个编号，以便接收方检查是否丢帧。在十个字节的数据之后是校验和，使用16位crc校验，检验数据传输的正确性。接收方同样计算crc后与校验和比较，如果不同，即为传输中出现错误。接收方记下错误帧的编号，待全部数据发送完毕后，将错

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