基于PIC16F73和CC1000的无线数字传输模块设计

3 模块性能

3.1 模块功能

作为一款专门为低功耗系统而设计的无线数字传输模块，该模块具有低电平供电、低功耗的特点。供电电压范围为3V～12V。当供电电压为3V时，在接收状态下，模块电流为9.6mA;在发送状态下，模块电流为25.6mA;在休眠状态下，模块电流为2μA。通信系统使用查询方式工作时，处于接收的工作电流计算公式如下，即若休眠时间为dsl，检测信号时间为tdt，那么平均工作电流为(单位为μA

)：

Ip=(tsl×2+tdt×9600)/(tsl+tdt)

因此，如果一个系统的休眠时间为8s,检测时间为13μA。这样，5400mAh的锂电流可以使用47年!当然，实际使用中应该计算模块处于接收状态时的电流，此时模块的功耗就取决于模块工作的情况和传输数据量的大小，但是其极低的待机功耗对于移动设备来说是十分重要的。

3.2 通信可靠性

通信误码率可以使用如下近似公式计算：

Pe≈Ne/N

式中，N为传输的二进制码元总线;Ne为被传输错的码元数，理论上应有N→∞。

在实际使用中，N足够大时，才能够把Pe近似为误码率。经过对模块的测试，在数据速率为2400bps、通信距离为100m(平原条件)时，通信误码率为10-3～10-5。在数据速率提高时，通信误码率会增加，但是通信模块可采用多项技术来提高通信可靠性。在物理层，模块采用差分曼彻斯特编码技术发送数据，从而保证通信中的同步问题;而在数据链路层，使用CRC(循环冗余编码)进行数据帧校验，用以保证数据到达用户应用层以后的可靠性。当然，用户在应用层还可以采取多种通信协议来进一步提高通信的可靠性。

3.3 通信距离

在无线通信中，通信距离与发射机发送信号的强度和接收机接收灵敏度有着直接关系。本模块的发送功率为10dBm，而在数据速率为2400bps、带宽为64kHz、通信二进制误码率为10-3条件下，模块的接收灵敏度为-110dBm。在天线高于地面3m的可视条件下，可告通信距离(误码率小于10-3)大于300m。在市区环境中，可靠通信距离在10m左右。

图5

4 模块应用

无线智能IC卡水表由负责显示和读写IC卡的上位机和负责阀门控制的下位机组成，上位机和下位机之间的通信使用无线数字传输模块完成，系统结构如图6所示。上位机负责人机接口，包括显示下位机状态、显示剩余水量、读取IC卡以及与下位机通信等功能，下位机完成水脉冲计数并接收上位机的指令控制阀门开关状态。由于本系统采用电池供电，所以要求系统的功耗必须非常低。水表的上位机和下位机均采用Microchip公司的低功耗单片机PIC16F73，下位机工作在查询状态。

无线智能IC卡水表的通信方式如下：通信由上位机发起，当需要通信时(按键被按下或插入IC卡时)，上位机首先发送10s的同步头，然后发送地址，其后等待下位机应答。而下位机使用查询的方式与上位机进行通信，即下位机每9s唤醒一次无线通信椟以检测是否有同步头信息，检测时间为10ms。如果没有同不头信息，并进行解密和地址判断。如果接收到的地十为本机地址，则分析指令并进行响应，否则转入休眠。因为上位机发送同步头的时间大于下位机休眠的时间，所以保证了通信的可靠性。这种通信方式虽然速度较慢，但是却使得下位机的功耗大大降低，延长了下位机电池的寿命。在该系统中，由于数据量较小，所以通信速度不是关键问题，而低功耗才是系统最重要的问题。

基于CC1000的低功耗无线数字通信模块完成了设计目标，达到了低功耗、高可靠性的通信要求，并且通信速度可以达到38.4kbps，所以可以满足大部分短距离无线数字通信的要求。当然，由于系统的功耗比较低，使得发射功率较小，通信距离比较近。因此，在对通信距离要求更高时，可以适当加大发射功率，以增加传播距离。目前该模块已经在无线智能IC卡水表中使用，工作稳定。