點對多點多任務無線通信

1、新疆大學創(chuàng)新實驗室Walfred整理2010.10新疆大學創(chuàng)新實驗室Walfred整理2010.10現(xiàn)代世界是一個高速自動化的世界，各種各樣的設備除了可以與計算機聯(lián)機外，還可以互相聯(lián)機，而最簡單的自動化聯(lián)機方式就是使用串行通訊。隨著時代的進步，它并沒有被取代，反倒是逐漸被廣泛應用。如今，在許多的場合有線連接的方式已經(jīng)不能滿足科技的高速發(fā)展。無線技術正以一種快速的速度進入許多產(chǎn)品，它與有線相比主要有成本低，攜帶方便，省去有線布線的煩惱。特

2、別適用于手持設備的通信、電池供電設備、遙控、遙測、小型無線網(wǎng)絡、無線抄表、門禁系統(tǒng)、小區(qū)傳呼、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線標簽身份識別、非接觸RF智能卡、小型無線數(shù)據(jù)終端、安全防火系統(tǒng)、無線遙控系統(tǒng)、生物信號采集、水文氣象監(jiān)控、機器人控制、無線232數(shù)據(jù)通信、無線485422數(shù)據(jù)通信、無線數(shù)字語音、數(shù)字圖像傳輸、智能小區(qū)不停車收費、銀行智能回單系統(tǒng)等。在如此多的無線系統(tǒng)應用中，無線通信的協(xié)議自然顯得特別重要，無線通信協(xié)議的好壞直接關系到系統(tǒng)的

3、安全性、誤碼率、以及系統(tǒng)運行的速度。本文以上海桑博科技有限公司的STR2無線收發(fā)模塊為例，詳細介紹無線收發(fā)模塊與各種單片機的硬件接口設計，點對多點無線通信協(xié)議的數(shù)據(jù)打包格式、解包程序以及相關軟件設計。系統(tǒng)概述一連狀點對多點系統(tǒng)如圖1系統(tǒng)由一臺中央監(jiān)控設備CMS(CentralMonitingSystem)和多臺遠程終端設備MRTU(MultipleRemoteTermialUnit)構成點對多點多任務無線通信系統(tǒng)。在中央監(jiān)控設備CMS與

4、遠程終端RTU(RemoteTermialUnit)之間用多臺中轉設備Tran作為中轉站，以便起到暫存數(shù)據(jù)和延伸距離的作用。中轉站之間，以單向通信方式進行傳遞數(shù)據(jù)。1適用范圍a.適用于傳輸距離遠的多點多任務數(shù)據(jù)采集b.適用于條件惡劣干擾大多點多任務數(shù)據(jù)采集c.適用于對時間要求不高的各種復雜無線數(shù)傳d.適用于智能小區(qū)水、電、煤、暖氣集中抄表系統(tǒng)，各種遠程集中安防報警系統(tǒng)等。2.協(xié)議數(shù)據(jù)包格式協(xié)議的笫一件事就是能夠識別噪聲和有效數(shù)椐，噪聲是

5、以隨機字節(jié)出現(xiàn)的沒有明顯的結合方式，噪聲源可能產(chǎn)生任意字節(jié)的組合，在無線通信的過程中最好能通過一種協(xié)議能有效的抑制噪聲的產(chǎn)生通過測試和試驗發(fā)現(xiàn)0xFF后跟0XAA0x55在噪聲中不容易發(fā)生傳輸協(xié)議應該在數(shù)據(jù)包前加開始字節(jié)0xFF后跟0xAA0x55發(fā)送協(xié)議的開始應該以一個任意內(nèi)容的字節(jié)(這是因為第一個字節(jié)的數(shù)椐在發(fā)送時容易丟失)然后是0xFF后跟一個0xAA0x55接收協(xié)議規(guī)定只接收以0xFF后跟0xAA0x55開始的包.于是就可以很方

6、便的把以上系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包格式定為：Lead1Lead2Lead2HeaderLengthHostIDLocalDestinationunitData1Data2●●●DatanChecksumLead為引導字節(jié)Leader1=0xFFLeader2=0xAALeader2=0x55Header為數(shù)據(jù)包的命令字節(jié)由此確定數(shù)據(jù)包的類型Length為數(shù)據(jù)包包含的Length字節(jié)之后的所有字節(jié)的長度新疆大學創(chuàng)新實驗室Walfred整理2010.1

7、0新疆大學創(chuàng)新實驗室Walfred整理2010.10上海桑博電子科技有限公司STR2RFModule的核心部分為nRF401外加精心設計的內(nèi)置天線，體積為37mmx47mm，具有體積小，功耗低的特點，傳輸距離為200米，傳輸最大速率為20kbits，外圍接口電路簡單，可直接與單片機的通用串行總線（UART）口連接。如圖3所示STR2RFModule引腳功如下：VCC:正電源，接2.7~5.25VCS:頻道選擇，CS=0選擇工作頻道1即4

8、33.92MHZ，CS=1選擇工作頻道2即433.33MHZDOUT:數(shù)據(jù)輸出，連接MCU串口RXDDIN:數(shù)據(jù)輸入，連接MCU串口TXDGND:電源地PWR:節(jié)能控制，PWR=1正常工作狀態(tài)，PWR=0低功耗狀態(tài)TXN:發(fā)射接收控制，TXN=1時模塊為發(fā)射狀態(tài)，TXN=0時模塊為接收狀態(tài)STR2RFModule接口簡單，本文將不作詳細的敘述，如果想要詳細的了解STR2RFModule，請參照參考文獻1。分頁軟件設計在系統(tǒng)中所有STR2

9、RFModule均采用433.92MHZ作為系統(tǒng)工作頻率。下面以星狀點對多點通信系統(tǒng)為例，詳細介紹系統(tǒng)的軟件設計。1.主程序設計為了避免同頻干擾的問題，系統(tǒng)采用分時TDMA（TimeDivisionMultipleAccess）技術，把系統(tǒng)CMS與任意一臺RTU之間的通信采用時分的方式分開，CMS通過掃描的方式與各臺RTU設備進行單臺通信，這樣系統(tǒng)中的CMS與RTU的通信方式就成為點對點的通信方式。整個點對多點系統(tǒng)的通信就成為若干個點對

10、點通信的組合。程序采用C51單片機語言編寫，其主控程序流程圖如圖4、圖5所示。2.打包與解包協(xié)議將主要數(shù)據(jù)分割成一定格式的數(shù)據(jù)并增加一些額外的信息(用于糾錯)這個過程叫打包在接收端協(xié)議去掉這些額外信息只留下初始信息這個過程叫解包.下面是一段打包程序:#defineMRTUC_DATAPOLL0xE1定義包類型為數(shù)據(jù)包#defineMRTUC_DATAPOLLRESPONSE0xE2定義包類型為應答數(shù)據(jù)包#defineMRTUC_ACTI

11、VATE0xF1定義包類型為請求握手包#defineMRTUC_ACTIVATEREQUEST0xF2定義包類型為應答握手包#defineE$HostID0x11定義目標主機地址voidSCI_Putc(unsigneddata)；通過SCI輸出數(shù)據(jù)函數(shù)voidSCI_Puts(unsignedstrunsignedlength)輸出多數(shù)據(jù)函數(shù)while(length!=0)SCI_Putc(str)通過SCI發(fā)送數(shù)據(jù)Lengthvoi