导言
现在，城市住所供热的热能早已商品化，往往许多的热量之差问题，是供热企业与居民对立的导火索。热能计量成为供热企业新的需求。依据现在住所状况，无线操控体系在热网计量中具有施工便利，节约资源的优势。可是因为以往热网选用的无线通讯模块的发射间隔近，穿透性差，构成数据不能实时回读和操控，不能充沛体现热网的计费充沛通明。Si4432是Silicon Labs公司推出的新一代无线通讯芯片，它具有发射间隔远、穿透能力强、功耗低一级长处，完全能够运用到本体系中。经过Si4432的运用，热网数据能够牢靠、实时地传输，经过GPRS无线通讯模块和Si4432无线传输模块对热网的操控，进行温度、压力、操控阀的敞开时刻等数据的传输与交互，然后处理热能计量不通明的问题，为终究完结温度的实时监控计量和热网的参数收集供给前提条件。
1 关于Si4432芯片
Si4432芯片是Silicon Labs公司推出的一款高集成度、低功耗、多频段的EZRadioPRO系列无线收发芯片。其作业电压为1.9~3.6 V，20引脚QFN封装（4 mm×4 mm），可作业在315/433/868/915 MHz四个频段；内部集成分集式天线、功率放大器、唤醒定时器、数字调制解调器、64字节的发送和接纳数据FIFO以及可装备的GPIO等。
Si4432芯片在运用时所需的外部元件很少，仅需求1个30 MHz的晶振、几个电容和电感就可组成一个高牢靠性的收发体系，规划简略，且本钱低。
Si4432的接纳灵敏度到达-117 dB，可供给极佳的链路质量，在扩展传输规模的一起将功耗降至最低；最小滤波带宽达8 kHz，具有极佳的频道挑选性；在240~960MHz频段内，不加功率放大器时的最大输出功率就可达+20 dBm，规划杰出时收发间隔最远可达2km.
Si4432做成无线通讯模块运用广泛，可适用于无线数据通讯、无线遥控体系、小型无线网络、小型无线数据终端、无线抄表、门禁体系、无线遥感监测、水文气象监控、机器人操控、无线RS485/RS232数据通讯等许多范畴。
Si4432芯片引脚图如图1所示。
图1 Si4432芯片引脚图
2 体系功用与结构规划
2.1 体系功用
体系可对热网的运转实时监督、丈量、记载热网运转参数并进行参数（温度、压力等参数）的超限报警；完结日常的办理作业，包含报表的生成和打印、热网计量办理、对操控器的操控、参数设定、长途数据收集、运转数据的汇总、归纳剖析以及历史数据的备份等功用。经过对热网进行主动操控，使整个体系供热均匀，满意舒适性要求。一起削减热量耗费，到达节能的意图，为终究完结“热”的商品化和市场化供给前提条件。
2.2 体系拓扑结构
整个体系总体上能够分为3层：办理层、中继层和现场外表层。现场外表层又能够分为操控器和遥控器。体系的拓扑结构如图2所示。
2.2.1 办理层
办理层是坐落热力公司的主站，由以工业操控机为中心的网络组成，工业操控机全天候运转。工业操控机既是调度中心的服务器，一起相对于各收集操控站点来说，又是客户机。服务器经过宽带实时收集、存储来自各客户机站点的数据，并对各站点运转状况进行实时监控。客户机经过GPRS通讯模块和中继层的集中器通讯，收集集中器下的各个操控器的参数，进行实时收集和监控。
2.2.2 中继层
中继层坐落用户楼宇的公共方位，首要是集中器。它的通讯部分由GPRS模块和Si4432芯片组成。它和办理层选用GPRS模块通讯，在现场外表层收集温度、压力、操控阀的状况和敞开时刻等数据并将这些数据经过GPRS网络传输给办理层；集中器和现场外表层选用Si4432无线收发芯片进行通讯，随时收集现场外表层的温度、压力、操控阀的状况和敞开时刻等数据，并且发送相关指令。
2.2.3 现场外表层
现场外表层坐落各个热用户的住所内和管道井里，首要由操控器和遥控器组成。操控器放在管道井里，由2套Si4432无线收发芯片组成。它别离和集中器和遥控器通讯，将热网的温度、压力、操控阀的开关时刻等参数上传到集中器，一起接纳集中器的指令；另一模块完结与遥控器的通讯，收集遥控器测定的室温文设定的操控温度，对操控阀进行操控，然后操控室温。遥控器放在室内，能够收集室内的温度，并由用户对室内的温度进行预设，经过Si4432芯片将参数送到操控器内，完结温度的操控。
3 体系软硬件规划
3.1 体系硬件规划
体系硬件部分首要由中继层与现场外表层两部分组成。现场外表层又分为操控器和遥控器。
中继层首要由GPRS模块和Si4432芯片组成。GPRS模块选用Motorola公司的模块G20.G20是该公司推出的内嵌TCP/IP协议的GSM/GPRS模块，性能优越，体积细巧，并且处理了GSM/GPRS模块无线通讯和数据传输终端的协议瓶颈和本钱问题。该模块广泛运用于短信中心、GPRS监控体系、无线POS机、无线抄表、车辆防盗等。G20经过UART与操控处理芯片进行通讯，将数据信息与操控信号在操控器和上位机之间进行双向传递。操控器中是由Si4432芯片经过SPI与单片机C8051F310通讯，将数据信息与操控信号和操控层之间进行双向的传递；一起经过另一路Si4432和遥控器之间进行数据交换。
不管集中器和操控器，仍是操控器和遥控器的通讯均是经过Si4432无线收发芯片来完结。所以为了将规划模块化，削减作业量，针对Si4432规划了无线通讯模块。Si4432无线收发模块如图3所示。
Si4432的13~16脚是规范的SPI接口，17脚（nIRQ）是中止状况输出引脚。当FIFO溢出、有用的数据包发送或接纳、CRC过错、检测到前导位和同步字、上电复位等状况发生，且相应的中止被使能时，17脚都会发生一个低电平以告诉单片机有中止发生。20脚（SDN）决议了Si4432芯片的作业状况。当SDN接地（SDN=0）时，芯片处于惯例作业形式；接高电平（SDN=1）时，芯片处于掉电形式。掉电形式下寄存器中的内容会丢掉，且不答应SPI拜访，但芯片的电流损耗只要10 nA，功耗很低，因而合适要求极低功耗的运用。在衔接到电源后，在SDN的下降沿上电复位，依据指令转换到其他作业形式。
单片机能够经过内置SPI对Si4432的内部寄存器进行读写操作，灵敏装备各项参数。经过SPI接口完结对Si4432的初始化装备、读写数据、拜访FIFO等操作。运用4线SPI，即MOSI、MISO、SCK和nSEL.MOSI用于从单片机到Si4432的串行数据传输；MISO用于从Si4432到单片机的串行数据传输；SCK用于同步单片机和Si4432之间在MOSI和MISO线上的串行数据传输；nSEL作为片选信号，只要片选信号为低电平时，对Si44 32的操作才有用。
为了到达较好的通讯作用，Si4432的接纳低噪声放大器匹配电路和发射功率放大器匹配电路的阻容参数，应严厉依照数据手册供给的参数选型。前端的分集式电路选用UPG2214TB，其VC1脚和VC2脚别离衔接Si4432的GPIO1和GPIO2.经过这款交叉开关完结分集式天线发送和接纳通道的主动切换。
3.2 体系软件规划
软件编程选用模块化规划思维，体系中各首要功用模块均编成独立的函数由主程序调用，功用模块包含：初始化程序（包含初始化C8051 F310、SPI、Si4432）、无线发送程序以及无线接纳程序等。无线发送程序担任写入数据载荷，并依据通讯协议为数据载荷加上前导码、同步字、数据载荷长度及CRC校验字节，构成数据包将其发送出去；无线接纳程序担任接纳并查验数据包中的CRC字节，以保证接纳到的数据的正确性。
3.2.1 初始化程序
初始化程序包含C8051F310的初始化、SPI的初始化，以及Si4432的关于无线收发频率、作业形式、发射速率等内部寄存器的初始化装备。
体系上电后，C8051F310处于默许状况，依据体系功用需求从头进行初始化装备。C8051F310的数字交叉开关答应将内部数字体系资源映射到端口I/O引脚，可经过设置交叉开关操控寄存器，将片内资源装备到详细的I/O引脚上。这一特性答运用户依据自己的特定运用挑选通用I/O端口和所需数字资源的组合，提高了运用的灵敏性。本体系中，首要装备了SPI通讯的4线，液晶LCD的数据线接口、操控线接口等。
初始化SPI时，能够经过埘SPI1CFG寄存器和SPI1CN寄存器的装备来挑选详细运用规矩。这儿，挑选主SPI，4线形式，时钟极性为低电平，在时钟上升沿时对数据采样；经过装备SPI1CKR寄存器，可将同步时钟频率设为晶振频率的1/4.
上电之初，Si4432也处于默许状况，需求进行装备才干作业。Si4432有70多个寄存器需求装备，它们决议了Si4432的丁作形式，详细装备能够参阅Si4432的数据手册。Si4432的初始化是一个重要的部分，装备的恰当与否对体系终究的通讯作用有很大的影响。主操控器C8051 F310经过SPI装备Si4432的1ch、1dh等寄存器，写入相应的初始化RF操控字（首要是频率、传输速度、传输方法等）；经过装备33h、34h等寄存器来设置包的结构、前导码长度、同步字内容等。本体系选用同步传输形式，以0x2DD4作为同步形式的标志码，传输完同步字后才开端传输数据载荷。
3.2.2 无线发送程序
无线发送程序流程如图4所示。完结C8051F310、SPI和Si4432的初始化后，装备寄存器写入相应的初始化RF操控字。接下来，经过装备Si4432的寄存器3eh来设置包的长度，经过SPI接连写寄存器7fh，往TX FIFO里写入需求发送的数据。然后翻开“发送完中止答应”标志，将其他中止都制止。当有数据包发送完时，引脚nIRQ会被拉低以发生一个低电平然后告诉C8051F310数据包已发送结束。完结中止使能后，使能发送功用，数据开端发送。等候nIRQ引脚因中止发生而使电平拉低，当nIRQ引脚变为低时读取中止状况并拉高nIRQ，不然持续等候。一次数据发送成功后，进入下一次数据循环发送状况。
3.2.3 无线接纳程序
程序完结C8051F310、SPI接口和Si4432的初始化后，装备寄存器写入相应的初始化RF操控字。经过拜访寄存器7fh从RX FIFO中读取接纳到的数据。相应的操控字设置好之后，若引脚nIRQ变成低电平，则表明Si4432预备好接纳数据。完结这些初始化装备后，经过寄存器4bh读取包长度信息。然后，翻开“有用包中止”和“同步字检测中止”，将其他中止都制止。引脚nIRQ用来检测是否有有用包被检测到，若引脚nIRQ变为低电平，则表明有用的数据包被检测到。本体系用0x2DD4作为同步形式的标志码，接纳模块经过检测这个同步字来同步接纳数据。最终，使能接纳功用，数据开端接纳。等候nIRQ引脚因发生中止而使电平拉低，读取中止标志位复位nIRQ引脚，使nIRQ康复至初始的高电平状况以预备下一次中止触发的检测。经过SPI读取RX FIFO中的数据，之后进入下一次数据接纳状况。无线接纳程序流程如图5所示。
4 体系测验与剖析
为验证本无线射频收发体系规划的牢靠性，进行了7组“发射模块-接纳模块”通讯试验。在空旷地通讯间隔约为1 600 m时，7组“发射模块-接纳模块”别离作业在430.50 MHz、431.50 MHz、432.50 MHz等7个中心频率上，带宽均取112.8 kHz，频率偏移取±25 kHz，发送4 000个数据包，试验成果如表1所列。
从表1中能够看出，在传输速率较低时，误码率为0;在传输速率为100 kbps（或以上）时，有必定的误码，但误码率不高于0.050%.因而，该无线射频收发体系具有传输间隔远、穿透能力强、通讯误码率低的特色。
结语
选用Si4432这种短间隔无线通讯芯片，完全能够扩大为一个网络体系，构成一个无线网络，使本体系在热网监控体系的处理方案中不需求从头布线就能够有用地进行温度收集和操控；本文所规划的无线射频收发体系作业牢靠、安稳，具有很好的通用性和适用性，所以根据Si4432芯片的无线通讯技能能够给热网监控体系的数据收集添加一种新的处理方案，但也需求对热阀进行数字化晋级。跟着无线通讯的开展，Si4432芯片的短间隔无线通讯技能和GPRS移动通讯技能将在工控体系中有宽广的开展空间。
