基于蓝牙通信的移动抄表终端的设计

频模块采用+5V供电。

1.2 主控芯片控制模块

　　芯片STM32F103R8是一款基于ARM Corte-M3内核的32位闪存微控制器，它属于STM32增强型系列，最高工作频率72MHz，配置了128K的flash存储器和20K的RAM、三个16位普通定时器和一个高级定时器、2×SPI、2×I²C、3×USART、1×USB、1×CAN2.0、2(16)ADC和48个I/O引脚。强大的存储空间和丰富的外设资源[13-14]保证了程序的编写和硬件电路的设计。STM32F103R8外围控制电路如图5所示，程序烧录接口J5采用了SW模式代替JTAG模式，可以有效的减少布板面积，节省IO引脚资源。晶振Y1频率为8M为主控芯片提供系统时钟，匹配的起振电容C1=C2=30pF。在主控芯片的数字电源、模拟电源、基准电源引脚都加了电容进行高频滤波抗EMC干扰措施，C11=C13=C14=C15=C16=C53=0.1μF 。

1.3 蓝牙接口模块

　　移动抄表终端采用济南华茂科技有限公司的蓝牙模块HM-06，该模块只有13.5mm*18.5mm*2.3mm大小，半孔、沉金工艺，且通过了3386自动调频处理，经过CE认证，在空旷环境下与安卓设备可以实现近100米的通信距离。该模块采用了CSR BlueCore 芯片，配置了256Kb的软件存储空间，支持AT指令，可根据UART方式更改主从模式以及串口参数、设备名称、匹配密码等参数。

　　图5是蓝牙接口模块电路图，模块工作电压为+3.3V，电源采用单片机控制。Q2是P沟道MOS管SI2301DS，它的最大功耗为1.25W，栅极门限电压(典型值)为2.5V。HL4为蓝牙模块状态指示灯，蓝牙空闲状态指示灯闪烁，连接状态下指示灯常亮，R21为指示灯的限流电阻，R21=1k。R23、R24为UART线路上的抗干扰电阻，R23=R24=10 ?。蓝牙模块UART的默认通讯速率为9600bps。

1.4 RS485模块

　　U2是ADI推出的单电源隔离型485芯片，型号为ADM2587E，2500V隔离电源、全/半双工、传输速率500K、共模电压抑制能力25KV/uS、±15KV的ESD保护。图6为RS485模块电路。

　　RS485模块的工作电压为+3.3V，电源通过Q5实现控制，Q5是P沟道MOS管SI2301DS。采用隔离芯片能有效的抑制高共模电压，但总线上还会存在浪涌冲击、电源线与485线短路、雷击等潜在危害，需要在VA、VB上各串一个PTC电阻，在VA、VB端接双向TVS管等保护措施。故F5、F6选用MF-R075的PTC自恢复保护丝，其维持电流为750mA，跳闸电流为1.5A。VD6选用双向瞬态抑制二极管SMBJ6.8CA，二极管的击穿电压为6.45V，反向关断电压为5.8V。

RS485通信为差分信号传输，为消除在通信电缆中信号反射在通信过程中，在RS485通信终端加偏置电阻R36的方法减弱反射信号对通信的影响，R36的具体阻值需要根据实际线路进行调试确认。

1.5 红外模块

　　图7是红外模块的通信电路。移动抄表终端的红外模块电源通过P沟道MOS管Q4实现控制。红外接收器U6是AT138RV3，它的工作电压是+5V，而单片机是+3V系统，故采用R31、R32分压方式实现单片机数据接收采样，R31=30k，R32=58k。红外发射器HL5采用AT205B，抄表要求红外通信距离大于5米，需要提高红外发射功率保证通信距离，设计上三极管Q8工作在饱和状态，Q8为NPN管2N8050。经实际调试，三极管Q8基极电流为3mA，R20=1k;红外发射电流为70mA左右，R30=50?。

1.6 高频RFID模块

　　移动抄表终端选用了NXP公司的MF RC522进行高频RFID(13.56MHz)的电路设计。芯片具有功耗低、尺寸小、成本低的优点，支持ISO/IEC 14443A通信协议，可以通过SPI、I²C和串行UART方式实现与主控芯片的通信。电路设计中采用了通信速率更快的SPI方式。高频RFID的具体硬件电路图如图8所示。

　　在天线的匹配中为保证产生一个尽可能强的电磁场，天线的输出能量必须保证足够的通带范围来传送调制后的信号。L1=L2=1μH，C7=C9=56pF，C6=C11=47pF，其组成的LC谐振电路对由包络信号调制的13.56MHz的载波能量进行滤波。C3、C12、C5、C10、R5、R6组成了阻抗匹配电路，电阻电容值跟天线线圈设计有关。C1、C13、R1、R2组成了信号接收电路，其工作原理是利用了卡的响应信号在副载波的双边带上都具有调制这一功能进行的。信号接收使用了RC522内部产生的VMID电势作为Rx管脚的输入电势。为了稳定VMID输出，需在VMI和GND之间连接一只电容C13。接收电路需在RX和VMID之间接一分压电路。C13 =0.1μF，C1=0.1μF，R1=820?，R2=5.1k。关于MFRC522的具体硬件电路设计及天线匹配设计见相关资料^[15-16]。

　　在实际测试中，高频RFID模块能与电子封印实现3cm的距离通讯(有效距离与电子封印功耗、电子封印天线大小、工作环境相关)。

1.7 超高频RF