基于ZigBee协议无线抄表智能电网终端设计

　　3 收发终端硬件设计

　　该终端系统主要包括：电表数据收集电路、无线发送电路和电源电路3部分。

　　(1)电表数据收集电路主要是MCU控制电路，处理RS 485发送过来的数据。主要有MCU芯片，RS 485控制芯片、光耦隔离器、时钟电路、稳压电路等构成。

　　(2)无线发送电路主要是通过SPI接口接收MCU的处理数据，通过RF射频天线发送。
    
　　(3)电源电路主要是完成将交流220 V电压转化成直流电压，再通过稳压等完成对系统的供电。主要由小型变压器、热敏电阻、压敏电阻器、稳压芯片等构成。
    
　　系统主要器件选型：
    
　　MCU：选用Ateml公司的ATmega 64L芯片，是一款基于支持实时仿真的高性能、低功耗的8位RISC结构的AVR微控制器。带有64 KB系统内可编程FLASH，4 KB的片内SRAM，64 KB可选外部存储空间，32个通用寄存器，实时计数器(RTC)，4个具有比较模式与PWM的灵活定时器／计数器(T／C)，2个USART，面向字节的两线串行接口，8路10位具有可选查分输入级可编程增益的ADC，看门狗定时器，一个SPI接口，JTAG接口，以及6个可以通过软件进行选择的省电模式，满足无线抄表系统中对可靠性和功耗的要求。
    
　　ZigBee芯片：选用TI公司的CC2430 RF，其是一颗真正的系统芯片，提倡CMOS解决方案，这种解决方案能够提高性能并能满足以ZigBee为基础的2．4GHz ISM免费波段的应用，同时满足低成本，低功耗的要求。它结合一个高性能2．4 GHz DSSS(直接序列扩频)射频收发器核心和一颗工业级小巧高效的8051控制器，收发波特率250 Kb／s。CC2430在接收和发射模式下，电流损耗分别为27 mA或25 mA。CC2430的休眠模式和转换到主动模式的超短时间的特性，特别适合无线抄表这种要求电池寿命比较长的应用。接收数据时，当CC2430全部收到帧开始定界符SFD后，IRQ_SFD(中断标志位寄存器)置1；当RXFIFO中有数据时，RFSTATUS．FIFO置1，数据为空时，置0；当RXFIFO中未读过的字节超过编程设置在IOCFG0．FIFOP_THRRF_P的阈值时，RFSTATUS．FIFOP置1，反之，置0。RF_N两个引脚显示接收和发送数据状态，RF_P引脚：接收时，正RF(射频)输入信号到LNA(低噪声放大器)；发送时，接收来自PA(功率放大器)的正RF(射频)信号。RF_N引脚：接收时，负RF(射频)输入信号到LNA(低噪声放大器)；发送时，接收来自PA(功率放大器)的负RF(射频)信号。CC2430通过SPI接口接收ATmega64L的时钟信号和片选信号，

　　由内部集成的8051核完成数据信号的处理和输入／输出操作，从而完成电表数据的传输。

　　片外FLASH：用来存储电表数据，选用金士顿1 GB SD卡，由于电源电路的输出电压为5 V，而SD卡需3．3 V供电，所以要将电压转换，用SE8117T33输出3．3 V电压，接到SD卡VDD引脚上。

　　时钟芯片：选用Philips公司的实时时钟芯片PCF8563T，是一种低功耗CMOS时钟芯片，提供一个可编程输出、终端输出和掉电检测器，所有地址和数据都通过I2C总线接口串行传输，得到最大的总线传输速度。
 
　　光电耦合器：选用本系统选用3个PC817光电耦合器，用来隔离上下级电路，减小电路干扰，简化电路设计。PC817是一种单通道线性光耦，能够传输连续变化的模拟电压和电流信号。
 
　　稳压芯片：选用L7805CV，是电源电路设计中常用的性能很好的稳压芯片。该设计中MCU控制电路和电源电路都用到稳压芯片，是电路能得到稳定的5 V电压。电源电路原理图如图2所示。