基于SimpliciTI的无线智能热量表硬件设计

　　1 无线网络协议 SimpliciTI

　　SimpliciTI 网络协议是于 2007 年推出的针对简单小型无线网络( 低于100 个节点) 的专有低功耗网络协议。SimpliciTI 网络协议能够简化实施工作，尽可能降低微控制器的资源占用( 使用小于8K FLASH，1K RAM[1]) ，具有低成本( 源代码公开且免费) 、低功耗( 支持具有睡眠状态设备) 、易于开发等特点。该协议能“开盒即用”地在 MSP430 超低功耗微控制器与 CC110x/CC2500 等多种 RF收发器上运行。因此选择它作为智能家居系统的内部网络协议。

　　图1 是 SimpliciTI 网络协议结构图[1]。

　　SimpliciTI 网络协议的主要 2 个部分是网络层和应用层，应用层实际上又分为 2 个部分，网络应用接口和用户程序应用接口。SimpliciTI 网络协议没有严格意义上的物理层和数据链路层，在 SimpliciTI 网络协议中将它定义为最小化的射频界面 MR-FI( Minimal RF Interface) ，由射频层( Radio) 和板级支持程序包BSP( Board Support Package) 2 部分组成。射频层直接完成数据接收功能，BSP 提供射频层与网络层通信的 SPI 接口。[1 -2]

　　2 无线智能热量表硬件设计

　　2. 1 热量测量部分

　　热量表是用于计算并显示热交换系统中热载体吸收或释放的热量的仪表。根据热量计算公式:

　　由公式可知，决定热量表计量精度是流量、温度测量误差及积算仪积算误差。流量的测量方式有很多，受水质、温度、磁干扰的影响，机械式有磁流量传感器已逐步被无磁流量传感器所替代。

　　图2 是作者曾经为某企业设计的一款采用预付费形式的、户用低功耗无磁热量表的系统原理图。

　　该热量表电路主要由几个部分构成: 单片机系统; 流量测量模块; 温度测量模块; 人机交互功能模块; IC 卡预付费功能模块; 输出阀门控制信号模块; 电压监控及电源保护模块。其中流量测量是通过由 LC 震荡电路构成的无磁流量传感器及单片机特有的 Scan If 模块实现对流量信号的无磁检测。温度测量模块是通过设置在进、回水管路上的 PT1000 温度传感器并利用单片机内部的比较器和定时器实现对温差信号的精确测量。单片机系统采用 MSP430FW427 低功耗单片机，主要实现 A/D 转换、热量计算、信号控制、数据保存等功能。在人机交互系统中，LCD 显示器由单片机自带的 96 段 LCD 驱动器控制; 若干个独立式按键采用一键多义的方式实现显示内容的切换和仪表参数的设置。电压监控及电池保护电路用于监控电池电压并报警。其它功能电路包括用于实现预付费功能的接触式 IC 卡读写控制电路; 用于实现热水阀门开关的控制电路。