MSP430F149數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器設(shè)計方案

　概述
　　目前大量存在的人工抄表的方法已遠(yuǎn)不能適應(yīng)現(xiàn)代化管理的需要，并由此帶來的線損率的增高也必然影響電力行業(yè)的發(fā)展。線損率較高的主要原因之一就是抄表、計算和管理手段的落后，管理損耗增大。如果采用電能表自動抄收系統(tǒng)，不僅可以大大提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性，而且可以充分利用現(xiàn)有設(shè)備的能力，降低勞動強(qiáng)度。該系統(tǒng)主要由電表抄表器（數(shù)據(jù)采集）、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器（數(shù)據(jù)傳輸）和主機(jī)（數(shù)據(jù)處理）三大部分組成。本文主要設(shè)計其中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器部分。
　　通常電表采用的有紅外通信、RS485通信或無線射頻通信三種通信方式，而普通的電表抄表器一般只帶有上述三種通信接口的其中一種通信接口。為了能適用于常見的這三種電表抄表器，方便有效地把抄表器的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C(jī)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器集成了這三種通信接口，完全收系統(tǒng)通過該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器可以實(shí)現(xiàn)主機(jī)與電表抄表器的數(shù)據(jù)交換，是一個多通道計算機(jī)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)原理如圖 1所示。后三個通道模塊通過一個多路轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)MSP430串行通信，而MSP430F149通過RS232通信模塊與主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
　　
　　1 單片機(jī)接口設(shè)計
　　本設(shè)計采用的MSP430F149單片機(jī)屬于德州儀器公司MSP430系列。MSP430系列是一組超低功耗的微控制器，由多種針對不同應(yīng)用目標(biāo)而以不同模塊組成的型號組成。微控制器設(shè)計成可使用電池長期工作，電源電壓范圍1.8～3.6V。 MSP430F149有60KB的Flash和2KB的RAM。其中Flash又分為120段主存儲器（每段512B）和兩段信息存儲器（每段128B）。Flash可以整個擦除也可以分段擦除，這給系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計帶來了極大的便利和靈活。鑒于單片機(jī)存儲器的容量和特點(diǎn)，外部不用擴(kuò)展存儲器和I/O口，外圍設(shè)備得到了簡化。 MSP430F149的工作電壓是3.3V，因此，其I/O電平也是3.3V邏輯電平，并且與5V TTL電平兼容。MSP430F149有兩個串行異步通信口，它與主機(jī)及后三個通信模塊的接口電路原理圖如圖2所示。
　　電表抄表器要選中哪種通信方式，是通過MSP430F149單片機(jī)控制多路轉(zhuǎn)換器CD4052的A和B端引腳的電平高低來轉(zhuǎn)換的。 MSP430F149與主機(jī)的數(shù)據(jù)通信是通過RS232通信模塊實(shí)現(xiàn)的。RS232模塊主要由Maxim公司的MAX232/MAX232A接收/發(fā)送器組成，是Maxim公司特別為滿足EIA/TEA 232E的標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計的。它們在EIA/TIA 232E標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口中日益得到廣泛的應(yīng)用，功耗低、工作電源為單電源，外接電容僅為0.1μF或1μF；采用雙列直插封裝形式、接收器輸出為三態(tài)TTL COMS等優(yōu)越性，為雙組RS232接收/發(fā)送器，工作電源為+5V，波特率高，價格低，可在一般需要串行通信的系統(tǒng)中使用。
　　2 通信電路設(shè)計
　　2.1 RS485通信接口電路
　　轉(zhuǎn)發(fā)器與電表抄表器之間的數(shù)據(jù)傳送經(jīng)過RS485收發(fā)器MAX485，由單片機(jī)串行口的TXD和RXD發(fā)送和接收。轉(zhuǎn)發(fā)器的單片機(jī)有一個規(guī)定的地址碼，CPU不斷查詢RXD口數(shù)據(jù)。當(dāng)判別地址數(shù)據(jù)為本轉(zhuǎn)發(fā)器對應(yīng)地址時，讀入操作數(shù)據(jù)，再判別是何種控制功能，發(fā)出對應(yīng)的控制信號。 MAX485是一種差分平衡型低功率收發(fā)器芯片。芯片中包含有1個驅(qū)動器和1個接收器，采用單+5V電源供電，專用于TTL協(xié)議（即通用于各種CPU的通信協(xié)議）與485協(xié)議間的轉(zhuǎn)換，其RS485通信接口電路如圖3所示。 RS485最大的優(yōu)點(diǎn)在于它的多點(diǎn)總線互連功能，可以連接1臺主機(jī)和多臺終端同時通信。由于它是半雙工的方式，只能有一方發(fā)送，一方接收，而且它采用差動電平接收的方法提高抗干擾能力，適合在比較惡劣的環(huán)境下工作。
　　
　　2.2 無線射頻通信接口電路
　　單片機(jī)無線串行接口電路由MICRF102單片發(fā)射器芯片、MICRF007單片接收器芯片組成，工作在300～440MHz ISM頻段；具有ASK調(diào)制和解調(diào)能力，抗干擾能力強(qiáng)，適合工業(yè)控制應(yīng)用；采用PLL頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性好；可用于單片機(jī)之間的串行數(shù)據(jù)無線傳輸，也可在單片機(jī)之間的串行數(shù)據(jù)無線傳輸，也可在單片機(jī)數(shù)據(jù)采集、遙測遙控等系統(tǒng)中應(yīng)用。
　　（1）無線發(fā)射電路
　　無線發(fā)射電路以MICRF102為核心，如圖4（a）所示。MICRF102是Micrel公司推出的單片UHF ASK發(fā)射器，采用SOP（M）-8封裝，芯片內(nèi)包含：由基準(zhǔn)振蕩器、相位檢波器、分頻器、帶通濾波器、壓控振蕩器構(gòu)成的合成器，發(fā)射偏置控制，RF功率放大器，天線調(diào)諧控制和變?nèi)?a target='_blank' class='arckwlink_none'>二極管等電路，是一個真正的“數(shù)據(jù)輸入-無線輸出”的單片無線發(fā)射器件。 UHF合成器產(chǎn)生載頻和正交信號輸出。輸入相位輸入（I）用來驅(qū)動RF功率放大器。天線調(diào)諧正交信號（Q）用來比較天線信號相位。天線調(diào)諧控制部分檢測天線通道中發(fā)射信號的相位和控制變?nèi)荻O管的電容，以調(diào)諧天線，實(shí)現(xiàn)天線自動調(diào)諧。功率放大器輸出受發(fā)射偏置控制單元控制。ASK/OOK調(diào)制，提供低功耗模式，數(shù)據(jù)傳輸速率為20kb/s。