1概述
随着半导体技术的发展,ISM 频段单芯片IC 的性
能较过去有显著提高，同时短距离无线电应用领域逐渐扩大。设计了一种基于Si4432+MEGA48的高性能无线收发模块。主要用于电力无线抄表系统中。完成采集器到集中器的数据传输。如图1所示。 2芯片介绍
Si4432在不加外部功率放大器的情况下，输出功率
可达20dBm，接收灵敏度可达-116dBm，这些特点使得系统设计非常简单，而且可以使用低端单片机来完成与Si4432的数据交换。如图2所示。
Si4432可适用于无线遥控、无线抄表、无线安防报
警、无线门禁、遥测设备、智能家居、无线个人数据记录、工业控制、无线游戏手柄控制、无线传感器网络、胎压检测、医疗检测仪,PC 无线外设，有源电子标签等诸多领域。
3系统框架
MEGA48单片机和Si4432无线射频芯片的无线模
块总体结构如图3所示。主要分为无线单元、CPU 单元、接口模块等做成，各部分协同工作。该系统通过Si4432收发外部射频信号,MEGA48控制数据的接收，发送，处理。并将数据通过串口TTL 电平与数据采集模块交互。文中因为数据采集模块是外部接口部分，故而
不在重点说明之列。
4硬件设计
图4中芯片U1的18脚(XOUT),19脚(XIN)接
30MHz 晶体，也可以接有源晶振，在此采用后者方案，这里只需将有源晶振接U1的18脚即可,19脚悬空。U1的13脚(SDO)、14脚(SDI)、15脚(SCLK)、16脚(nSEL)为标准SPI 接口，直接与单片机相连接，连接单片机时注意不要将SDO、SDI 两条信号线搞反。U1的20脚(SDN)，其主要的作用是对Si4432进行片选，使用时要置低，如果系统处于省电等其他目的而不使用Si4432，这时可以对其拉高，这时收Si4432只有10uA 的耗电量。U1的17脚(nIRQ)是中断状态输出引脚。当FIFO 溢出、有效的数据包发送或接收、CRC 错误、检测到前导位和同步字、上电复位等情况发生，且相应的中断被使能时,U1的17脚都会产生一个低电平以通作者简介：李志刚(1972-)，男，本科，研究方向：单片机软件开发。
用MEGA48芯片设计微功率电力抄表模块
赵阳，宋岸峰，曾新顺，贾亚星，李志刚
（郑州祥和集团有限公司，郑州450006）
摘
要：提出了一种采用AVR 系列单片机和Si4432射频芯片的无线数据传输系统的设计方法，其中包
括系统硬件电路设计和软件实现。关键词:
单片机；无线数据传输；无线模块
图1Si4432芯片外观图
图2Si4432芯片引脚图
图3系统框图
AVR 单片机
TTL 接口数据采集模块
SI 射频芯片
RF
匹配电路
17
20161514131918789
nIRQ SDN
nSEL SCLK SDI SDO XIN
XOUT GPIO0GPIO1GPIO2
TX RXp RXn VDD_RF VDD_DIG
NC2NC1ANT1VR_DIG
234112115610
图4硬件原理图
知单片机有中断产生，由单片机根据具体的情况做出相应的处理。U1的8脚(GPIO1),9脚(GPIO2)为射频电子开关控制脚，收则不发，发则不收，使Si4432始
终处于半双工状态。电子开关采用UPG2214TB，其C1脚和C2脚分别连接Si4432的GPIO2和GPIO1，通过它实现收发通道的自动切换。
5
软件设计
5.1初始化程序
初始化程序包括MEGA48的初始化、SPI 的初始
化、Si4432的复位，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。只有确保Si4432的良好复位才可以对其进行设置，配置参数，收发数据等进一步的工作。
系统上电后,MEGA48要进行外中断处理，定时器，以及IO 口设置等的设置工作。
当然也可以不采用CPU 的固有SPI 外设，而采用“TOGGLE”端口电平的方法，来模拟SPI 口对射频芯片进行设置。这种方法并不推荐，尤其对本身就具备SPI
口的CPU 来说，因为这种办法鲁棒性差，并且软件上较为复杂，不如直接用寄存器来得直接、方便。对于不带SPI 口的CPU 来说，可以使用，那是没有办法的办法。
上电时,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的工作模式，具体配置可以参考Si4432
的数据手册。尽量不使用较快的SPI 速率，很容易造成配置数据设置失败，或者出现配置数据时对时错，而且这种错误
一般不易发现，往往只能通过回读配置数据才能发现。
SPI 初始化是操作Si4432的前提条件，只有对芯片
进行良好的设置，才能保证设备运行。图5是SPI 接口的基本时序图。
对于Si4432的内部寄存器来说，可以采用一个一个读写，也可以采用连续的读写，连续的读写只要在address 域写进首地址即可，不用再每次都写地址，而由内部SPI 机制连续递进地址指针来完成。故而后面只需连续读回数据或者连续写入数据就可以了。如图6,
图7所示。
void spi_tx(uchar cdata){
SPDR =cdata;
while(!(SPSR &BIT(SPIF)));CLR_PORT_BIT(SPSR,SPIF);}
void SpiWriteRegister (U8reg,U8value){
//Send SPI data using double buffered write
图5SPI 时序图
图6SPI 连续写数据时序图
图7SPI 连续读数据时序图
RW A6A5A4A3A2A1A0D7D6D5D4D3D2D1D0xx xx RW A7
SDI SCLK nSEL
MSB
Address
Data
LSB
SDI
SCLK nSEL First Bit
Last Bit
RW
=1A6A5A4A3A2A1A0D7=X D6=X D5=X D4=X D3=X D2=X D1=X D0=X D7=X D6=X D5=X D4=X D3=X D2=X D1=X D0=X
First Bit Last Bit SDI
SCLK nSEL SD0First Bit
RW =0
A6A5A4A3A2A1A0D7=X D6=X D5=X D4=X D3=X D2=X D1=X D0
=X D7D6D5D4D3D2D1D0D7D6D5D4D3D2D1D0
//Select the radio by pulling the nSEL pin to low uchar tmp;
P_CSn_low;
NOP();
tmp=reg;
tmp|=0x80;
spi_tx(tmp);
spi_tx(value);
P_CSn_high;
NOP();
}
U8SpiReadRegister(U8reg)
{
uchar tmp;
//Select the radio by pulling the nSEL pin to low
P_CSn_low;
NOP();
//Write the address of the register into the SPI //buffer of the MCU
tmp=reg;
tmp&=0x7f;
spi_tx(tmp);
spi_tx(0xff);
tmp=SPDR;
P_CSn_high;
NOP();
//Read the received radio register value and //return with it
return tmp;
}
5.2无线发送程序流程图
如图8所示。5.3无线接收程序流程图
如图9所示。
6PCB布板要求
PCB设计对整个系统的性能影响很大。以下是设计Si4432的PCB时需要注意的地方:
(1)为了达到较好的射频通信效果，应对整个PCB 都覆地铜。而且要做到尽量多布置过孔，使板子两面地点电势差尽量为0，提高抗干扰能力。
(2)容感被动元件要尽量采用0402，或者0603封装，这样容易提高模块抗干扰能力。推荐容感误差范围为5%以内，如需要做电磁兼容测试可选用Q值较高的射频绕线电感，必要时电感误差可以选用1%。(3)芯片电源处接滤波电容，起到良好的去耦作用。离Si4432尽量近。所有滤波电容接地端要近地放置，每个退藕电容尽可能单独打过孔接地以保证独立去藕路径避免串扰。
(4)电感与电感之间不宜并行放置，要尽量考虑垂直放置，减少彼此之间的射频耦合。
(5)接收通道和发射通道要在空间上尽量远离，减少彼此之间的相互干扰，在二者之间放置大面积地也是不错的选择。发射和接收电路板背面尽量不走其他无关线路。
(6)Si4432底面电路板预留9个相同大小过孔或者1大4小中心对称的5个过孔(尺寸均可灵活掌握)，生产时手工或者机器灌锡使Si4432底面和电路板良好相连接地。这样做十分必要，使芯片良好接地，可靠通
图8发射数据流程图图9接收数据流程图
开始
初始化CPU及外围端口
初始化SI4431寄存器
电子开关切换到TX
数据填入FIFO
打开发射命令，数据包自动发射N nlRQ变低?
Y
读取中断状态
判断中断状态处理
结束
开始
初始化CPU及外围端口
初始化SI4432寄存器
电子开关切换到RX
复位FIFO
配置使能中断和将接受命令N nlRQ变低?
Y
读取中断状态
通过SPI读取FIFO数据
结束
4(04):90-91+110.
[4]甘伟谊.基于医院集成平台的数据质量核查系统应
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发生故障，当继承了设计失误时，制造失误也会导致系统的所有产品发生故障。操作失误是最常见的人为失误，操作者往往被认为是主要原因。
健康管理需要将人为因素进行细化，并对不同种类的人为因素建立相应的数据库，以尽量减少人为失误带来的危害。“设计失误”尤其如此，相对于其他两类失误，该类人为因素并没有在以往的健康管理中得到足够的重视。
6余度配置
余度管理是常用的提高安全性等级的结构方法，但是可靠的余度管理制度必须建立在可靠的检测、故障隔离和失效反应(包括调整系统模型、备份切换等)基础上。而且余度配置在应对人为失误中的制造失误和操作失误时较为有效，但对设计失误的危害缓解则效果有限。
7结语
IVHM技术对于保证飞行器的安全飞行和任务完成方面扮演着越来越重要的角。IVHM需要飞行器的多个传感器和部件的协同工作，涉及到信号处理、信息通信、系统决策等多个领域和学科。随着技术的不断发展,IVHM技术将在飞行器的安全性、经济性、可靠性等方面发挥越来越重要的作用[2]。
参考文献
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理健康评估技术研究[J].宇航学报,2009,30 (04):1711-1721.
信的保障。这一点一定要切记，往往很容易忽视。(7)晶振附近和背面不走线路，晶振采用包地设计，为了追求接收灵敏度，晶振要尽量选择ppm值小的，也可以用有源晶振代替普通晶振，成本稍贵些，接法也略有不同。
(8)RF部分尽量按传输线阻抗50欧布线，在未采用微带线匹配的情况下元件尽可能靠近放置，这样可降低由于PCB加工误差或PCB板材参数未达到标准50欧阻抗带来的影响。
7结语
叙述了用AVR单片机和无线射频芯片Si4432设计无线模块的过程，详细介绍了硬件原理和软件的编写方法，说明了射频布板的注意事项和具体的实现办法。实践证明所设计的这款模块可以使用良好，具有较高的灵敏度和很好的稳定性。可广泛应用于多种设备中，以满足短距离通信要求。
参考文献
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技术有限公司.
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