系统软件设计 - 无线热网监测系统设计方案的实现

　　3.2 系统软件设计

　　软件编程采用模块化设计思想，系统中各主要功能模块均编成独立的函数由主程序调用，功能模块包括：初始化程序（包括初始化C8051 F310、SPI、Si4432）、无线发送程序以及无线接收程序等。无线发送程序负责写入数据载荷，并根据通信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，形成数据包将其发送出去；无线接收程序负责接收并检验数据包中的CRC字节，以确保接收到的数据的正确性。

　　3.2.1 初始化程序

　　初始化程序包括C8051F310的初始化、SPI的初始化，以及Si4432的关于无线收发频率、工作模式、发射速率等内部寄存器的初始化配置。

　　系统上电后，C8051F310处于默认状态，根据系统功能需求重新进行初始化配置。C8051F310的数字交叉开关允许将内部数字系统资源映射到端口I/O引脚，可通过设置交叉开关控制寄存器，将片内资源配置到具体的I/O引脚上。这一特性允许用户根据自己的特定应用选择通用I/O端口和所需数字资源的组合，提高了应用的灵活性。本系统中，主要配置了SPI通信的4线，液晶LCD的数据线接口、控制线接口等。

　　初始化SPI时，可以通过埘SPI1CFG寄存器和SPI1CN寄存器的配置来选择具体使用规则。这里，选择主SPI，4线模式，时钟极性为低电平，在时钟上升沿时对数据采样；通过配置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也处于默认状态，需要进行配置才能工作。Si4432有70多个寄存器需要配置，它们决定了Si4432的丁作模式，具体配置可以参考Si4432的数据手册。Si4432的初始化是一个重要的部分，配置的恰当与否对系统最终的通信效果有很大的影响。主控制器C8051 F310通过SPI配置Si4432的1ch、1dh等寄存器，写入相应的初始化RF控制字（主要是频率、传输速度、传输方式等）；通过配置33h、34h等寄存器来设置包的结构、前导码长度、同步字内容等。本系统采用同步传输模式，以0x2DD4作为同步模式的标志码，传输完同步字后才开始传输数据载荷。

　　3.2.2 无线发送程序

　　无线发送程序流程如图4所示。完成C8051F310、SPI和Si4432的初始化后，配置寄存器写入相应的初始化RF控制字。接下来，通过配置Si4432的寄存器3eh来设置包的长度，通过SPI连续写寄存器7fh，往TX FIFO里写入需要发送的数据。然后打开“发送完中断允许”标志，将其他中断都禁止。当有数据包发送完时，引脚nIRQ会被拉低以产生一个低电平从而通知C8051F310数据包已发送完毕。完成中断使能后，使能发送功能，数据开始发送。等待nIRQ引脚因中断产生而使电平拉低，当nIRQ引脚变为低时读取中断状态并拉高nIRQ，否则继续等待。一次数据发送成功后，进入下一次数据循环发送状态。

　　

　　3.2.3 无线接收程序

　　程序完成C8051F310、SPI接口和Si4432的初始化后，配置寄存器写入相应的初始化RF控制字。通过访问寄存器7fh从RX FIFO中读取接收到的数据。相应的控制字设置好之后，若引脚nIRQ变成低电平，则表示Si4432准备好接收数据。完成这些初始化配置后，通过寄存器4bh读取包长度信息。然后，打开“有效包中断”和“同步字检测中断”，将其他中断都禁止。引脚nIRQ用来检测是否有有效包被检测到，若引脚nIRQ变为低电平，则表示有效的数据包被检测到。本系统用0x2DD4作为同步模式的标志码，接收模块通过检测这个同步字来同步接收数据。最后，使能接收功能，数据开始接收。等待nIRQ引脚因产生中断而使电平拉低，读取中断标志位复位nIRQ引脚，使nIRQ恢复至初始的高电平状态以准备下一次中断触发的检测。通过SPI读取RX FIFO中的数据，之后进入下一次数据接收状态。无线接收程序流程如图5所示。

　　

　　4 系统测试与分析

　　为验证本无线射频收发系统设计的可靠性，进行了7组“发射模块-接收模块”通信实验。在空旷地通信距离约为1 600 m时，7组“发射模块-接收模块”分别工作在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，实验结果如表1所列。

　　

　　从表1中可以看出，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，有一定的误码，但误码率不高于0.050%.因此，该无线射频收发系统具有传输距离远、穿透能力强、通信误码率低的特点。

　　结语

　　采用Si4432这种短距离无线通信芯片，完全可以扩充为一个网络系统，形成一个无线网络，使本系统在热网监控系统的解决方案中不需要重新布线就可以有效地进行温度采集和控制；本文所设计的无线射频收发系统工作可靠、稳定，具有很好的通用性和适用性，所以基于Si4432芯片的无线通信技术可以给热网监控系统的数据采集增加一种新的解决方案，但也需要对热阀进行数字化升级。随着无线通信的发展，Si4432芯片的短距离无线通信技术和GPRS移动通信技术将在工控系统中有广阔的发展空间。