可充电智能车辆传感器 的 接收系统设计

肖红梅

漯河技师学院 河南 漯河 462000

摘要∶在近十年来，通信技术以惊人的速度发展，而射频无线通信技术的发展显得尤为迅猛，而应用最贴近我们生活的则是可充电车辆传感器。本文设计了一种采用射频方式通信的新型的可充电车辆传感器的接收部分。这个接收系统体积小，集成了单片机进行控制，功耗低，采用射频方式接收信息，而且成本低，易于维护和安装。

关键词： 单片机 可充电车辆传感器 低功耗

一、可充电智能车辆传感器的总体结构

可充电智能车辆传感器主要由探测模块、电源模块、控制模块、发射模块和接收系统组成。

探测模块是一个由探测线圈和反相器构成振荡器的选频模块，能够增加振荡器频率的稳定性和检测的灵敏度。

控制模块采用具有智能控制功能的低功耗单片机，当有车辆通过时，振荡器的振荡频率就会发生变化，由此来判断是否有车辆通过。

电源模块采用可充电电池为车辆传感器供电，通过电源管理芯片和控制模块进行管理。当电源管理芯片检测到电源的电压低或电量充满时，发射模块发射信号通知管理人员进行充电或停止充电。

发射模块采用单片射频收发器nRF905作为发射模块；

接收模块采用单片射频收发器nRF905作为接收模块；接收模块的主要工作是接收传感器检测系统发射的车辆信息，并将接收到的信息进行处理及显示。

二、接收系统总体结构和功能设计

该接收系统主要由控制模块、接收模块和显示模块组成。

（一）接收模块的设计

控制模块采用MSP430F149单片机，该单片机可以在不接收数据的情况下进入睡眠模式，可以大大降低功耗。更重要的是MSP430F149单片机支持与CC2420EM模块和nRF905的接口。

接收模块主要对信号进行接收，然后对接收到的信号进行功率放大，混频，滤波等，最后变为通用的方波。本文采用单片射频收发器nRF905作为接收模块；射频模式通信，省去了馈线的安装，有效地降低了安装工程量。nRF905通过SPI接口和微控制器进行数据传送，通过ShockBurstTM收发模式进行无线数据发送，收发可靠，使用方便，多种节电模式。

（二）控制模块的选择

控制模块采用MSP430单片机，MSP430有48个I／O引脚，每个I／O口分别对应输入、输出、功能选择、中断等多个寄存器，功能口和通用I／O口可以复用，增强了端口功能和灵活性，提高了对外围设备的开发能力。每一个I／O都可以独立控制，P1和P2端口还可以选择中断的沿触发模式。

本文通过P2口和P3连接接收模块,其中P2.1、P2.2、P2.3的高低电平来控制单片射频收发器nRF905的工作方式，当P2.1=1、P2.2=0、P2.3=X时单片射频收发器nRF905处于休闲模式，此时其工作电流最低；当P2.1=1、P2.2=1、P2.3=0时单片射频收发器nRF905处于接收模式；当P2.1=1、P2.2=1、P2.3=1时单片射频收发器nRF905处于发送模式。使用P4口输出显示的段码，P5口输出显示的位码，最后实现显示。

（三）显示模块的设计

显示模块把由单片机传来的数据显示出来，实现对车数量的显示，进而获得相关的交通数据。本文采用动态显示来实现车辆数字的显示。LED显示器工作在动态显示时，段选码端口I/O1用来显示字符的段选码，I/O2输出位选码。I/O1不断送待显示字符的段选码，I/O2不断送出不同的位扫描码，并使每位显示字符停留一段时间，一般为1-5ms。利用人的视觉惯性，从显示器上便可以见到相当稳定的数字。本文使用P4和P5来实现MSP430和数码管的连接。

（四）系统功耗

对整个系统而言，各个模块都是选用的低功耗零件，因此系统功耗很低。单片射频收发器nRF905以－10dBm的输出功率发射时电流只有11mA，工作于接收模式时的电流为12.5mA，内建空闲模式与关机模式，易于实现节能。MSP430F149单片机工作电压为1.8V～3.3V，在1MHz时钟条件下，最大工作电流仅有350uA；具有5种低功耗工作模式，在不同的工作模式下，工作电流可下降到70uA－0.1uA。

三、接收系统的软件设计

MSP430F149是FLASH存储器型单片机，在系统支持软件下，在线实现对目标系统的硬件调试及软件开发，本文采用IAR软件进行编程，使用JTAG仿真接口进行在线编译。本系统的程序主要分两个，即接收部分和显示部分的程序编写。

（一） 接收部分的软件设计

1. nRF905接收程序的实现

软件的编写步骤大致如下：首先初始化nRF905；当TRX_CE为高、TX_EN为低时nRF905就由休闲模式转到接收模式，等待接收同一频段的载波；判断DR=1？。当DR=1时把接收到的数据转到MSP430单片机内，当DR≠1时，NRF905继续检测直到收到DR=1；接收完毕转向休闲模式。

2. CC2420EM射频模块的软件设计

在接收模式下，当接收到帧起始定界符（SFD）时，SFD引脚变为高电平。如果地址认证未被使能或者认证成功，当MPDU的最后一个字节被接收到后，SFD引脚变回低电平。当地址认证被使能但未通过地址认证时，SFD引脚将立即变为低电平。当接收缓冲区RXFIFO中有数据时，FIFO引脚变为高电平。第一个存在RXFIFO中的字节为接收帧的长度域。当长度域被写入RXFIFO后，FIFO引脚被设为高电平。FIFO引脚保持高电平直到RXFIFO为空。当RXFIFO中的未读数据量超过所编程的阈值时，FIFOP引脚变为高电平。如果地址认证被使能，即使RXFIFO中的数据量超过所编程的阈值时，FIFOP引脚也保持低电平直到地址认证被通过。当一个新的数据包的最后一个字节接收完时，FIFOP引脚同样变为高电平，即使数据量并未超过所编程的阈值。一旦RXFIFO中有一个字节被读取，FIFOP引脚将变为低电平。当地址认证使能时，在地址未被认证时，RXFIFO中的数据不能被读取，因为如果地址认证失败后，数据帧将被CC2420自动刷新。当RXFIFO溢出时，FIFO引脚将被设置为低电平，FIFOP引脚被设置为高电平。已经接收到的数据不受溢出的影响，仍然可以被读取。当RXFIFO溢出后，需要执行SFLUSHRX命令以使能新的数据接收。需要注意的是SFLUSHRX命令需要被执行两次以保证SFD引脚回到空闲状态。

CC2420在不接收信号时，工作于基准电压关断模式，在这种模式下，CC2420只消耗不到1μA的电流。首先通过MSP430F149 置VREG_EN为1启动基准电压，然后延时0.3ms，等待系统工作稳定后，初始化CC2420。初始化CC2420需设置系统接收频率、通道选择、PAN id和地址等。然后判断电源电压是否低落，如果电源电压低落，则写需充电信号帧，如果电源工作正常，执行STXON命令，开始接收数据。接收完成后，关闭电压基准。

（二）显示部分的软件设计

显示部分的主要任务是把从单片机传来的数据显示出来，主要分以下几步：首先初始化I/O口，取要显示的数，将数变为段码，送段码到段控制通道P4口，送位码到位控制通道P5口，延迟一段时间后，判断显示的数据是否为最右一位，如果是就说明数据显示完毕；如果不是就继续显示下一位。数据第一个送到最左边的LED，下一个数据送到左边第二个LED……，最后一个数据送到最右边的LED。

结 论

本文首先介绍了智能车辆传感器设计的意义，并针对现有传感器的不足设计了一种采用射频方式通信的新型的可充电车辆传感器的接收系统。该系统体积小，强调低功耗，采用射频方式通信，而且成本低，易于维护和安装。

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