基于无线通信芯片SI4438抄表模块的研究
Si4432在无线抄表设备上的应用
Si4432在无线抄表设备上的应用（上）文章整理：王进朝，益登科技资深应用工程师无线抄表来源于90年代成立的有线抄表工作组，最初工作组专注于在仪表系统中有线抄表的研究，后来有线抄表成为了欧洲标准EN1434的一部分。
随着无线抄表的引入，标准化工作被转移到了技术委员会(TC)294，TC294创建了新的欧洲标准EN13757-Communication system for meters and remote reading of meters。
这个标准当前由以下部分组成：∙EN13757-1:2002 数据交换∙EN13757-2:2004 物理层和数据链路层∙EN13757-3:2004 应用层∙EN13757-4:2005 无线读表器∙prEN13757-5:2007 中继∙prEN13757-6:2007 数据交换其中第4部分EN13757-4为无线读表器，专注仪表和无线读表器之间的通信。
无线抄表基础一般的无线抄表系统主要包括两大类设备，如图1所示，一类是仪表（如水表、气表和电表等），另一类是其他（如读表器或集中器等）。
图1：无线抄表系统仪表（气表、水表等）通常不能直接连接到主供电系统，一般采用电池供电，因此它们获得的能量是有限的。
为了尽量降低功耗，大多数时间里仪表处于休眠模式，仅在很短的时隙中醒来发射数据；而读表器也从来不主动发送数据给处于休眠状态的仪表。
双向通信是可行的，一般仪表在发送时隙完成后，进入接收时隙，这时读表器可以传送信息给仪表。
更换仪表的成本相当高，因此为仪表供电的电池一般需要提供几年的能量，不同的国家可能有不同的要求。
无线抄表的寻址模式来源于有线抄表，仅仪表设备有地址，并且收发数据采用相同的地址。
因此，读表器必须有一个仪表设备地址表，记录需要处理的所有仪表地址，这个过程一般在系统安装阶段进行。
通常无线抄表系统(图2d)可以完全替代有线抄表系统(图2a)，但是两种系统也能组合在一起，形成一个新系统（图2b，图2c）。
3G网络无线热量抄表系统的设计
3G网络无线热量抄表系统的设计曹广;赵建平;刘中强;龙永【摘要】为了实现热量抄表系统中数据采集和发送的无线传输，设计了一款基于3G网络的新型无线热量抄表系统。
该设计以3G网作为支撑网络，结合Si4432模块，不仅实现了抄表系统的完全无线化，而且解决了当前无线热量抄表系统中无线模块传输距离短、穿透能力差等问题。
给出了Si4432模块传输系统和3G网络传输系统的传输原理和电路设计原理图。
通过实际测试表明，数据能及时、准确地发送和接收，整个系统具有功耗低、通信距离远、通信误码率低和穿墙能力强等优点。
%In order to realize the wireless transmission of data acquisition and transmit in heat meter reading system, the new type of wireless heat meter reading system based on 3G network has been designed. With the 3G network as the supporting network, and combining with Si4432 module, the design realizes complete wireless meter reading system, and the problems of short transmission distance and weak capability of wall penetration existing in current wireless heat meter reading system are solved. The transmission principles of Si4432 module transmission system and 3G network transmission system, and the schematic diagram of circuit design are given. The practical test shows that the data can be transmitted and received on time and accurately, the entire system features low power consumption, long communication distance and low bit error rate of communication as well as strong capability of wall penetration.【期刊名称】《自动化仪表》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】4页(P48-51)【关键词】Si4432;3G网络;无线热量抄表系统;数据采集;低功耗【作者】曹广;赵建平;刘中强;龙永【作者单位】曲阜师范大学物理工程学院，山东曲阜 273165;曲阜师范大学物理工程学院，山东曲阜 273165;曲阜师范大学物理工程学院，山东曲阜 273165;曲阜师范大学物理工程学院，山东曲阜 273165【正文语种】中文【中图分类】TN92目前，热量表的抄表方式主要有人工抄表、RS- 485总线抄表、无线射频抄表等。
基于Si4432的无线射频通信模块的设计与实现_李正民
收稿日期：2011－04－02作者简介：李正民（1953—），男，河南郑州人，硕士，教授，主要研究方向为嵌入式物联网；王建辉（1985—），男，河南周口人，硕士研究生，主要研究方向为嵌入式物联网。
基于Si4432的无线射频通信模块的设计与实现李正民，王建辉，刘伟伟（郑州大学信息工程学院，河南郑州450001）摘要：针对无线自组网在组网中所需的低功耗、近距离的无线通信模块，设计并实现了一款基于C8051F930单片机和Si4432无线射频芯片的无线通信模块，介绍了系统的架构，并对其硬件和软件设计中的关键技术进行了说明。
测试表明，该无线通信能够满足无线自组网对无线通信模块的近距离、低功耗和高质量无线数据传输的要求，同时简化了组网的设计。
关键词：无线自组网；C8051F930；Si4432；低功耗中图分类号：TP274文献标识码：A 文章编号：1000－8829（2012）04－0040－04Design and Implementation of Wireless RF Communication ModuleBased on Si4432LI Zheng-min，WANG Jian-hui，LIU Wei-wei(College of Information Engineering，Zhengzhou University，Zhengzhou 450001，China)Abstract:A low-power，short range wireless communication module is needed in the design of wireless Ad-hocnetwork．A wireless communication module based on C8051F930and Si4432is designed and implemented．The system architecture and the key technologies in the design of hardware and software are described．Testing results showed that this module can meet the low-power，high-quality wireless data transmission that required inthe design of wireless Ad-hoc networking，while simplify network designing．Key words:wireless Ad-hoc;C8051F930;Si4432;low-power 无线数据的收发在无线自组网的组网设计中占有很大的比重。
基于Si4432的新型微功率无线抄表系统的设计
基于Si4432的新型微功率无线抄表系统的设计陈 博，徐建政，刘 霄（山东大学电气工程学院，济南 250061）摘要：针对目前智能电网规划的提出和对智能电表的大量需求，本文设计了一种基于Si4432无线芯片和RS485通信标准的无线抄表系统。
本系统具有成本低，组网快，稳定性高，可扩展性好的特点。
本文概略介绍了抄表系统的硬件组成以及对无线Mesh网络分级路由协议的改进。
关键词：无线抄表；自组网；Si4432；路由协议0 引言随着国家提出建设坚强的智能电网计划以及能源市场化进程的加速和人们环保意识的不断增强，电力行业的管理对数据的采集和传输手段要求越来越高，原有的抄表模式已经不能满足需求。
人工智能化无线集中抄表系统是基于微功率短距离无线通信技术，采用数字信号单片射频收发芯片，单片机技术与微控制器和少量外围器件构成专用或通用无线通信模块的有机结合。
有利于完善抄表管理模式 提高工作效率和准确性。
本文提出了一种基于Si4432[1]的无线抄表系统，其通信质量好、成本低、工作可靠、经济实用，能够迅速的统计低压时线损，降低人员劳动强度和用电成本，同时对于加强用电管理和合供配电可靠性都有着积极的意义。
1 系统总体设计1.1 系统基本组成本套微功率无线抄表系统有三部分组成：主站计算机处理系统（上层）、数据采集集中层（中层）和电能表（下层）。
如图1所示。
主站计算机管理系统是由工作站和相应软件构成，分别接收和储存各用户的电力数据，进行统计、分析、汇总计费和报表打印等工作。
担当着整个系统的总控制及管理工作。
数据采集集中层是有集中器和采集器 组成。
集中器是一个配电区域电能信息采集和控制的设备，通过信道对其管辖的低压采集器和各类电能表的信息进行采集、处理、存储和控制，并通过远程信道与主站交换数据。
它具有与手持设备交换数据的能力，这样可以方便现场施工和后期设备维护。
采集器是用于处理和采集用户多个电能表电能信息，并通过无线射频信道与集中器交换数据，通过RS485线与电能表连接。
基于无线CDMA的电力远程抄表系统应用方案
基于无线CDMA的电力远程抄表系统应用方案在电力抄表系统中，很多必须无人值守的设备或监测点，不适合搭建有线通讯网络。
若采用光纤或电台的方式实现无线通讯，不仅设备投入耗资巨大，而且不适应移动的需要。
随着CDMA移动通讯业务的产生和全面投入，无线移动数据通讯的应用也越来越广泛。
高速的数据传输和永远在线特点，配合按流量收费的资费方式，使CDMA 通讯在工业控制、环境保护、道路交通、商务金融、移动办公、零售服务等行业中的应用具有无可比拟的性价比优势。
采用CDMA无线通讯网络的移动IP通讯，既可独立作为数传通道，也可作为已经架设光纤、数传电台等方式的辅助手段。
CDMA电表远程抄表系统由电度表、带CDMA通讯终端的采集器和服务器组成。
采集器实时采集用户的用电数据，通过CDMA网络把数据汇集到服务器。
具有采集数据快速准确，能快速生成用电统计分析，交费单据等特点，与传统的人工抄表、电话线抄表相比，极大地提高了效率。
本系统提供丰富的接口，可与电业系统的MIS系统链接或进行二次开发。
抄表软件系统数据库为ORACLE数据库，运行于WIN98/2000/XP、NT的操作系统，易于使用。
软件所能管理的用户数量没有限制。
第二部分系统组成本系统由带系统软件的主站、带CDMADTU传输终端的采集器、电度表组成。
手持终端是本系统的补充，在系统出现意外时进行人工抄表。
主站：运行集中抄表系统的计算机（服务器或PC机）称为主站，主站通过CDMA 网络与采集器相连。
主站要配置一个固定的IP地址和互联网出口。
带CDMA模块的采集器：收集电表数据传送到数据中心，它连接主站和电度表。
电度表：计量并显示用户的用电情况，将用电信息通过采集器传输到CDMA 传输终端。
这三个主要的组成部份是相互关联的主从关系。
1、技术指标：（1）系统容量：采集器容量：最多接255块电表；系统容量：原则上不受限制每表一号，实际可根据需要和主站电脑的容量确定。
（2）通信距离：采集器与电表：采用RS-485接口及屏蔽双绞线，距离≤500m。
亿佰特(Ebyte)-E19(SX1278)系列与E10(SI4463)系列选型指南
成都电子科技有限公司是一家专注于无线数传通信应用的公司，在射频领域有着丰富的经验，也研发出了很多经典的产品，比如典型的E19和E10系列。
1.E19系列介绍E19系列有433/868/915MHz射频模块，功率有1W/100mW模块，SPI接口，小体积贴片型。
采用SEMTECH公司的SX1278/SX1276射频芯片，支持LoRa扩频技术。
LoRa直序扩频技术将带来更远的通讯距离，且功率密度集中，抗干扰能力强。
在复杂的环境下，E19系列有独特的优势，常应用于无线遥控系统、家庭自动化遥测、生物信号采集、数字图像传输等无限领域。
2.E10系列介绍E10系列有433/868/915MHz射频模块，功率有1W/100MWM模块，SPI接口，小体积贴片型，采用26M晶振，带有LNA低噪声放大器，从而提高接收灵敏度。
采用Silicon Lab 公司的SI4463/SI4438射频芯片，广泛的应用于车辆监控、遥控、遥测、小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、无线标签、身份识别、非接触RF智能卡等领域中。
3.E19系列和E10系列对比介绍图3E19实物图图4E10实物图以E19-433MS1W 和E10-433MS1W 为例进行对比,主要从电气参数上面来了解此两款序号参数名称E19E101射频芯片SX1278SI44632品牌SEMTECH Silicon Lab 3模块尺寸25*37mm 25*37mm4工作频段410MHz ~441MHz 425MHz ~525MHz5PCB 工艺4层板4层板6接口方式2*9*1.27mm 2*8*1.27mm 7供电电压 4.75~5.5V DC 4.75~5.5V DC8通信电平0.7VCC ~5V（VCC 指模块供电电压）0.7VCC ~3.6V（VCC 指模块供电电压）9实测距离10000m，晴朗空旷，最大功率，5dBi 天线，高度2m，2.4k 空中速率6000m，晴朗空旷，最大功率，5dBi 天线，高度2m，1k 空中速率10发射功率最大30dBm，约1W 最大30dBm，约1W 11空中速率0.018k ~37.5kbps 0.123k ~1Mbps 12关断电流3uA（Max）5uA（Max）13发射电流720mA@30dBm 660mA@30dBm14接收电流20mA 17mA15通信接口SPI,最高速率可达10Mbps SPI,最高速率可达10Mbps16发射长度FIFO:256字节单个数据包：1~64字节17接收长度FIFO:256字节单个数据包：1~64字节18RSSI 支持支持支持19天线接口邮票孔(50Ω特性阻抗)邮票孔(50Ω特性阻抗)20工作温度-40~+85℃-40~+85℃21工作湿度10~9010~9022储存温度-40~+125℃-40~+125℃23接收灵敏度-138dBm@300bps -126dBm@1kbps 由上图可以很清楚的看出E19和E10之间的区别，E19相对于E10具有更低的空中速率和接收灵敏度，具有抗干扰性强的特点，同时E19的传输距离要比E10远得多。
基于SI4432的无线收发平台设计
基于SI4432的无线收发平台设计陈继磊;祁云嵩;徐钊【摘要】文中采用低成本、低功耗STM8L151作为控制器,高性能、高集成度的射频芯片SI4432作为收发芯片.同时改进了冲突退避算法,考虑当前网络状态,引入概率机制合理选择随机退避时间区间,减少数据包碰撞几率,降低了丢包率.结合实际环境,兼顾接收信号强度指示器(RSSI)阈值与覆盖范围的大小,计算最优发射功率,降低功耗.%In this paper, low-cost and low-power consumption STM8L151 was used as MCU, and high-performance and highintegrate SI4432 was used as transceiver. In order to decrease the data loss caused by data conflict, considering that the cur-rent network status and probability mechanism were introduced to reasonable change back off time interval,back off algorithm was improved. In order to reduce power consumption, the optimize transmission power was calculated following the RSSI threshold and the range of coverage in actual environment.【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2016(000)007【总页数】5页(P60-63,67)【关键词】STM8L151;SI4432;退避算法;最优发射功率【作者】陈继磊;祁云嵩;徐钊【作者单位】江苏科技大学计算机科学与工程学院,江苏镇江 212003;江苏科技大学计算机科学与工程学院,江苏镇江 212003;南京理工大学计算机科学与工程学院,江苏南京 210094【正文语种】中文【中图分类】TN92随着半导体技术的发展，无线射频通信芯片向低功耗、高集成度、专业化方向发展，基于这些优势，设计了一种基于SI4432和STM8L的低成本、低功耗、高性能无线收发平台，并做了两点优化改进：改进的冲突避免退避算法；最优发射功率的计算。
E27是基于SI4432芯片的433MHz无线模块,小体积贴片型,发射功率高、接受灵敏度高、谐波小
SI4432无线模块E27系列本说明书可能会随着产品的不断改进有所更改，请以最新版的说明书为准成都亿佰特电子科技有限公司保留对本说明中所有内容的最终解释权及修改权版本修订日期修订说明维护人1.00 2017/12/05 初始版本huaa1.10 2018/01/30 型号名称变更huaa产品概述E27系列产品是成都亿佰特公司设计生产的一款433MHz射频模块，小体积贴片型(引脚间距1.27mm)，最大功率20dBm。
模块自带高性能，弹簧天线，具有极好的阻抗匹配，具有发射功率高，接受灵敏度高，发射电流小，谐波小等特点。
E27系列产品采用Silicon Labs公司的SI4432射频芯片，芯片内置天线多样化和支持跳频，具有优越的抗干扰性能；同时，其内部还具有额外的功能，如：自动唤醒定时器，低电池电量检测器，64 字节发射/接收，自动数据包处理，集成温度传感器，模拟数字转化器，上电复位等等。
E27系列产品为硬件平台，出厂无程序，用户需要进行二次开发。
产品型号载波频率发射功率参考距离(PCB/IPX) 封装形式天线形式E27 (433M20S) 433M 20dBm 1600m 贴片邮票孔目录产品概述 (1)1. 技术参数 (3)1.1. E27(433M20S) (3)1.2. 参数说明 (3)2. 机械特性 (4)2.1 E27(433M20S) (4)2.1.1 尺寸图 (4)2.1.2 引脚定义 (4)3. 推荐连线图 (5)4. 生产指导 (5)2.2 回流焊温度 (5)2.3 回流焊曲线图 (6)5. 常见问题 (6)5.1. 通信距离很近 (6)5.2. 模块易损坏 (7)6. 重要声明 (7)7. 关于我们 (7)1.技术参数产品型号核心IC 尺寸模块净重工作温度工作湿度储存温度E27 (433M20S) SI4432 16 * 16 mm 0.7±0.1g -40 ~ 85℃10% ~ 90% -40 ~ 125°C1.1.E27 (433M20S)参数类别Min Typ Max 单位发射电流78 83 91 mA接收电流14.7 18.5 20.0 mA关断电流0.4 0.5 0.6 μA发射功率19 20 21 dBm 接收灵敏度-119 -121 -123 dBm 推荐工作频段425 433 525 MHz 供电电压 1.8 3.3 3.6 V通信电平 1.8 3.3 3.6 V1.2.参数说明●在针对模块设计供电电路时，往往推荐保留30%以上余量，有整机利于长期稳定地工作；●发射瞬间需求的电流较大但是往往因为发射时间极短，消耗的总能量可能更小；●当客户使用外置天线时，天线与模块在不同频点上的阻抗匹配程度不同会不同程度地影响发射电流的大小；●射频芯片处于纯粹接收状态时消耗的电流称为接收电流，部分带有通信协议的射频芯片或者开发者已经加载部分自行开发的协议于整机之上，这样可能会导致测试的接收电流偏大；●处于接纯粹收状态的电流往往都是mA级的，µA级的“接收电流”需要开发者通过软件进行处理；●当前灵敏度均为在空中速率为1kbps下测试；●关断电流往往远远小于整机电源部分的在空载时所消耗的电流，不必过分苛求；●由于物料本身具有一定误差，单个LRC元件具有±0.1%的误差，但犹豫在整个射频回路中使用了多个LRC元件，会存在误差累积的情况，致使不同模块的发射电流与接收电流存在差异；●降低发射功率可以一定程度上降低功耗，但由于诸多原因降低发射功率发射会降低内部PA的效率。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
摘要：电力行业的管理对数据的采集和传输手段要求越来越高，如何在低功耗、低成本、小型化情况下实现无线数据通信的可靠传输，保障有效通信距离成为非常重要的研究课题。
本文主要研究和设计无线抄表系统的下行通信系统，即实现用户电表的数据在数据采集器和集中器之间传输。
采用dl/t645-2007协议作为集中器与采集器之间的通信协议。
使用性能优异的射频芯片si4438和低功耗的c8051f930单片机。
关键词：无线抄表；si4438；c8051f930；通信协议
1 系统总体设计
自动抄表系统的整体结构主要包括管理中心站、集中器、数据采集器和采集终端四部分。
其中管理中心站为上位机，下位机系统由集中器、数据采集器和采集终端构成。
管理中心站负责对抄表系统进行设置命令发送、系统运行状态检测和显示以及与抄表集中器的数据通信。
作为自动抄表系统的通信中枢，集中器负责管理中心站指令的接收、用户用电数据的采集、计算数据的统计，充当管理中心站和电表之间沟通纽带的角色。
集中器通过与管理中心站进行通信，获得管理中心站发出的数据，并根据管理中心站的要求向中心站发送数据；对电表的数据进行定时抄读或设置电表参数，并将数据转发给中心站或存储到内部存储单元，由集中器与电表进行通信完成。
集中器在整个抄表系统中起着非常重要的作用，它不仅要收集电表的数据并上传给主站，而且要根据主站发来的命令控制所管辖的电表，因此，集中器要能够同时与主站和电表进行通信。
集中器与主站的通信是通过gprs方式进行的，与电表则是采用无线的方式进行通信，因此集中器应具有gprs模块，同时集中器还应带有无线通信模块。
2 无线通信单元设计
2.1 硬件设计
无线射频收发系统的结构框图如图1所示，无线数据的收发由c8051f930单片机控制si4438实现。
在发送模块中，c8051f930将数据传送给si4438进行编码处理，并以特定的格式经天线发送给接收模块。
接收模块再对接收到的射频信号进行放大、解调之后，将数据发送给主控制器c8051f930以进行相应的处理，如送液晶显示等。
系统提供了按键和液晶等人机交互界面，同时rs232接口可以完成与pc机间的通信。
2.2 软件设计
模块主要是完成对单片机和si4438以及spi的初始化配置，实现与主机通信的功能；根据si4438所要完成的功能要求，配置相应的寄存器，完成无线数据的发送和接收。
软件采用中断驱动模式，从而能够最大限度地使功耗降低，即在没有任何外部中断的情况下，单片机将进入空闲模式；否则，将被唤醒，执行相关的操作，在完成执行当前操作后，再次进入空闲模式。
3 协议选择
3.1 645协议介绍
协议采用dl/t645-2007协议。
645协议规定采用半双工通信方式完成电表和采集设备之间的通信。
采集设备为主站，电表为从站。
系统内的每个电表都有唯一的编码地址。
主站通过发出信息指令对通信链路的建立和解除进行控制。
地址域由6个字节组成，表示电表的通信地址。
系统的广播地址为999999999999h，用来对所辖电表进行系统校时和发送冻结指令。
地址域可以通过高位补aah用作通配字节，读取电表数据可通过对低位进行缩位寻址来实现，电表应答时回复实际的通信地址。
控制码的格式如图5所示，低5位用来代表帧的功能，主要包括读、写数据，读、写地址，数据清零，数据冻结等。
数据长度域l代表数据域的字节总数，读数据的时候数据域长度不能大于200，写数据的时候数据域长度不能大于50。
在发
送前数据帧对数据按字节进行加33h操作处理，对数据在接收时按字节进行减33h处理。
传输时发送方对字节做加33h操作，接收方对字节做减33h操作。
数据帧中校验码之间的数据的字节的模256和为校验码。
3.2 645协议程序设计
当集中器接收到电表数据帧后，首先要检验数据包长度，然后查找帧头、帧尾、和帧长度等是否正确。
检测项若不正确，则将舍弃数据包，若正确则继续对数据进行模256验证，之后对数据进行-33h处理。
再按照功能码对数据进行分类解析。
在对数据帧的处理过程中，如果出现错误，则抄表失败，置抄表失败标志位，等待补抄任务。
4 总结
作为我国最具发展潜力的现代应用技术之一，人们对无线抄表系统的研究不断加深。
而微功率无线抄表技术已经成为该领域的研究热点。
本文采用新型的si4438无线射频芯片，si4438技术方案可达20db的发射功率，保证射频信号可以穿透整个建筑物。
可采集500个节点的数据，满足一幢大楼的需求。
si4438收发器专为425-525mhz ism频段设计，符合严格的中国智能电表470-510mhz频段操作监管要求，是为中国智能电表市场量身定制的无线收发器。