工業(yè)遙控系統(tǒng)RF通信協(xié)議書(shū)范本

1、工業(yè)遙控系統(tǒng) RF通信協(xié)議 i 圍 本協(xié)議約定工業(yè)遙控系統(tǒng) RF通信協(xié)議，本協(xié)議適用于工業(yè)遙控系統(tǒng)的射頻數(shù)據(jù)通信。 2規(guī)性引用文件 無(wú)。 3術(shù)語(yǔ)與定義 本標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語(yǔ)定義引用：無(wú)。 4網(wǎng)絡(luò)物理描述 本標(biāo)準(zhǔn)物理層描述引用：無(wú)。 5符號(hào)縮寫(xiě)的含義 表1符號(hào)縮寫(xiě) 符號(hào) 含義 符號(hào) 含義 ：2-FSK :2進(jìn)制頻率轉(zhuǎn)換按鍵 ADC r模數(shù)轉(zhuǎn)換器 AFC 自動(dòng)頻率補(bǔ)償 AGC 自動(dòng)增益控制 :BER 位誤差率 r cca r清理信道評(píng)估 CRC 循環(huán)冗余檢查 EIRP 等價(jià)等方性的輻射功率 ESR :等價(jià)串聯(lián)阻抗 FEC 前向誤差校正 FIFO 先進(jìn)先出堆棧 FSK 頻移鍵控 gfsk :咼斯整形頻率轉(zhuǎn)換鍵

2、控 IF :中間頻率 LBT :發(fā)送之前偵測(cè) LNA 低噪聲放大器 lo :局部振蕩器 LQI PP曰.豐/ 耳口 質(zhì)量指示器 MCU 微控制器單元 MSK 最小化轉(zhuǎn)換按鍵 PA :功率放大器 r pcb :印制電路板 PD 功率降低 PQI 前導(dǎo)質(zhì)量指示器 PQT :前導(dǎo)質(zhì)量門(mén)限 RCOSC :RC振蕩器 RF 電磁波頻率 RSSI 接收信號(hào)長(zhǎng)度指示器 RX :接收，接收模式 SAW :接口水波 SNR 信噪比 SPI 連續(xù)外圍接口 TBD ：待定義 TX :發(fā)送，發(fā)送模式 VCO 電壓控制振蕩器 WOR :電磁波激活，低功率拉電路 xosc :石英晶體振蕩器 XTAL r石英晶體 6物理層

3、 由于通信接口芯片采用TI公司的數(shù)字調(diào)制解調(diào)電路 CC110Q調(diào)制方式為 2-FSK,數(shù)據(jù)速率為 38400 bps。物理層的幀格式依據(jù) CC1100的技術(shù)特點(diǎn)而設(shè)計(jì)。 6.1 CC1100物理層基本幀結(jié)構(gòu) tQptiofiiry F EC encDdftl-deccidedi Inserted auttmancjKy in TX. piocesscd jh id remold m RX. Preamble 四啟 ftin ieioi Optkmai user-pro vid Ed fields piric：ESEel in TX. (pf-jcetsiied but not nemoved

4、in RX_ nprocesed user data 宙part Ircim FEC andior bvhiteninq) 3個(gè)最長(zhǎng)發(fā)送 周期T9。也就是，接收機(jī)輪詢到遙控器所在的頻率后，最多有3次接收連接請(qǐng)求的機(jī)會(huì)。若接收到 地址碼匹配的數(shù)據(jù)包，建立連接，發(fā)送連接應(yīng)答數(shù)據(jù)包。連接過(guò)程如圖2。 若遙控器在一個(gè)信道上等待的時(shí)間T10 （信道等待時(shí)間） 超過(guò)1個(gè)接收機(jī)輪詢周期T6，更換信 道，在新的信道上等待接收機(jī)。 各段時(shí)間表如表二。 表3各段時(shí)間表 1個(gè)數(shù)據(jù)包發(fā)送時(shí)間 T1 11.25 ms 心跳包周期T2 200 ms 信道統(tǒng)計(jì)時(shí)間T3 210 ms 等待應(yīng)答超時(shí)T4 20 ms 接收機(jī)信道

5、查詢時(shí)間 T5 230 ms 接收機(jī)輪詢周期T6 230 ms *總信道數(shù) 16=3680 CCA等待超時(shí)T7 40 接收機(jī)超時(shí)等待時(shí)間 T8 530 ms 最長(zhǎng)發(fā)送周期T9 71.25 ms 信道等待時(shí)間T10 3700 ms 圖2連接請(qǐng)求命令與應(yīng)答 7.2.2信道連接的維護(hù) 考慮到無(wú)線信道的特點(diǎn)，要求遙控器、接收機(jī)分別設(shè)置連接狀態(tài)寄存器及連接超時(shí)寄存器，并 按如下?tīng)顟B(tài)轉(zhuǎn)移模式進(jìn)行連接維護(hù)。 連接成功后，遙控器開(kāi)始發(fā)送命令數(shù)據(jù)包，若命令發(fā)出后經(jīng)過(guò)等待應(yīng)答超時(shí)T4沒(méi)收到應(yīng)答，則 重發(fā)命令。重發(fā)命令模式與重發(fā)連接運(yùn)行模式類(lèi)似。若一個(gè)命令數(shù)據(jù)包重復(fù)發(fā)送3次后仍沒(méi)收到應(yīng) 答包，則認(rèn)為連接丟失，更換信

6、道，在新的信道等待接收機(jī)。接收機(jī)若超時(shí)沒(méi)收到遙控器的命令數(shù) 據(jù)包，則認(rèn)為連接丟失，繼續(xù)按信道表查詢。超時(shí)等待時(shí)間T84*最長(zhǎng)發(fā)送周期 T9。信道維護(hù)流程 圖如圖4。 圖3連接后的信道維護(hù) 7.2.3 跳頻 若遙控器在一個(gè)信道上的等待時(shí)間超過(guò)T10未收到應(yīng)答，或者連接上后重發(fā)次數(shù)已滿還未收到 應(yīng)答，此時(shí)需要進(jìn)行跳頻。 跳頻的過(guò)程為： 1，再次統(tǒng)計(jì)當(dāng)前信道的 RSSI，若RSSI滿足可用信道條件，且平均 RSSI小于RSSI參考 值，則繼續(xù)停留在該信道發(fā)送連接報(bào)文，等待接收機(jī) 2，如果當(dāng)前信道不滿足可用信道條件，則依次跳到下一個(gè)信道進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。直到找到一個(gè) 滿足條件的信道。 3，若沒(méi)有滿足條件的信道

7、，則使用所有信道中平均RSSI值最小的信道進(jìn)行通信 7.3數(shù)據(jù)發(fā)送模式 數(shù)據(jù)的發(fā)送采用 CSMA/C軌制和應(yīng)答機(jī)制。 1，CSMA/CS機(jī)制 考慮到在系統(tǒng)附近圍可能存在多個(gè)同類(lèi)系統(tǒng)，并且與這些系統(tǒng)存在使用相同信道的可能， 有必要采用 CSMA/CA( Carrier Se nse Multiple Access with Collisi on Avoida nee)機(jī)制來(lái) 防止沖突發(fā)生和解決沖突問(wèn)題。 在802.11(主要應(yīng)用于無(wú)線局域網(wǎng))和802.15.4 (主要應(yīng)用于Zigbee )中，都采取了 CSMA/CA 機(jī)制。這種機(jī)制在一些點(diǎn)到點(diǎn)的無(wú)線通信中也比較常見(jiàn)。其過(guò)程是： (1) 數(shù)據(jù)發(fā)送

8、就緒時(shí)，先檢查信道是否被占用。 (2) 如果信道被占用，則等到介質(zhì)空閑后，再隨機(jī)退避一段時(shí)間，重復(fù)(1)過(guò)程。 (3) 發(fā)送數(shù)據(jù)。 (4)等待接收者應(yīng)答。如果等待應(yīng)答超時(shí)，則重復(fù)(1)過(guò)程。如果成功接收到應(yīng)答，則此次 發(fā)送過(guò)程成功結(jié)束。 下面這個(gè)圖示用來(lái)說(shuō)明兩個(gè)遙控系統(tǒng)如何避讓: 接收數(shù)據(jù) 發(fā)送應(yīng)答/12.5 接收到發(fā)送轉(zhuǎn) 換+發(fā)送準(zhǔn)備 載波監(jiān)聽(tīng) 發(fā)送過(guò)程 接收過(guò)程 認(rèn)為信道clear的條件有兩個(gè) 1，相對(duì)差值。當(dāng)前采集的RSSI值比上一次采集的 RSSI值小10dBm 2，絕對(duì)值。當(dāng)前采集的 RSSI值小于-70dBm。 為了防止無(wú)限制等待，當(dāng)?shù)却鼵CA時(shí)間超過(guò)了 CCA等待超時(shí)T7，將強(qiáng)制

9、發(fā)送。 2，應(yīng)答機(jī)制 遙控器端發(fā)送的任何消息都要求接收機(jī)立即應(yīng)答。如果超時(shí)未收到接收機(jī)的應(yīng)答，則重發(fā)報(bào) 文。重發(fā)次數(shù)為 3次。只有遙控器端發(fā)送使用CSMA/CA機(jī)制，接收機(jī)應(yīng)答不使用CSMA/CA機(jī)制。 F圖表示通信3種情況。 無(wú)錯(cuò)誤通信過(guò)程 發(fā)送報(bào)文 T1 T2 T3 接收到應(yīng)答，通信成功 接收到報(bào)文 發(fā)送應(yīng)答 T2-T 1 = 1 1.25ms T3-T 2 5ms T6-T 5 = 11.25 ms 總開(kāi)銷(xiāo)=27.25ms 錯(cuò)誤模式1 接收機(jī)接收到錯(cuò)誤 請(qǐng)求數(shù)據(jù)包情況 等待應(yīng)答超時(shí), 重發(fā)報(bào)文 發(fā)送報(bào)文 T1 T2 接收到應(yīng)答通信成功 T3 . T6 錯(cuò)誤模式2 遙控器接收到錯(cuò)等待應(yīng)答超

10、時(shí)，T1 誤應(yīng)答情況重發(fā)報(bào)文 錯(cuò)誤數(shù)據(jù)應(yīng)答包 等待應(yīng)答超時(shí), 重發(fā)報(bào)文 接收到應(yīng)答，通信成功 T4 T5 T2 T3 接收到錯(cuò)誤包 接收到報(bào)文 發(fā)送應(yīng)答 T2-T 1 = 11.25ms T3-T 2 =20ms T4-T 3 = 11.25ms T5-T 4 5 ms T6-T 5 = 11.25 ms 總開(kāi)銷(xiāo)=58.75ms 接收到報(bào)文 發(fā)送連接應(yīng)答，連接成功 T2-T 1 = 11.25ms T3-T 2 5 ms T4-T 3 = 11.25ms T5-T 2 =20ms T6-T 5 = 11.25ms T7-T 6 5 ms T8-T 7 = 11.25 ms 總開(kāi)銷(xiāo)=58.75m

11、s 接收到報(bào)文 發(fā)送應(yīng)答 7.4通信包結(jié)構(gòu) 設(shè)備鏈路層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包封裝與數(shù)據(jù)發(fā)送，我們定義CC11O0進(jìn)行CRC16計(jì)算前的數(shù)據(jù)為鏈路層數(shù) 據(jù)，鏈路數(shù)據(jù)由應(yīng)用層數(shù)據(jù)打包得到。 表4 鏈路層幀結(jié)構(gòu) 項(xiàng)目 數(shù)據(jù) 容 地址碼 功能碼 報(bào)文長(zhǎng)度 叩令編號(hào) 應(yīng)用層數(shù)據(jù) XOF校驗(yàn)數(shù)據(jù) 長(zhǎng)度（字節(jié)） ：3 1 1 1 N=14 1 地址碼：用于遙控器與接收機(jī)配對(duì)，配對(duì)碼錯(cuò)誤，后續(xù)報(bào)文自動(dòng)丟棄。 功能碼：用來(lái)描述數(shù)據(jù)包的功能用途。 報(bào)文長(zhǎng)度：是指“應(yīng)用層數(shù)據(jù)”的長(zhǎng)度，固定長(zhǎng)度為14,小于255。保留該字節(jié)是為了鏈路層 的媒介無(wú)關(guān)的特性。 命令編號(hào)：為了防止遙控器重發(fā)命令時(shí)，接收機(jī)重復(fù)執(zhí)行命令。當(dāng)遙控器收到正確

12、回應(yīng)命令編 號(hào)加1,如果接收機(jī)收到命令編號(hào)與前一次的相同，則不執(zhí)行該命令。 應(yīng)用層數(shù)據(jù)：等待輸?shù)膽?yīng)用層數(shù)據(jù)，直接表達(dá)應(yīng)用層的要求。 XOR校驗(yàn)：“地址碼、功能碼、報(bào)文長(zhǎng)度、 應(yīng)用層數(shù)據(jù)”的所有字節(jié)的異或值，長(zhǎng)度為1個(gè)字節(jié)。 鏈路層的數(shù)據(jù)包總長(zhǎng)度為21字節(jié)。 8應(yīng)用層幀格式 工業(yè)遙控系統(tǒng)支持報(bào)文類(lèi)型參見(jiàn)下表。 表5 報(bào)文類(lèi)型表 序號(hào) 報(bào)文類(lèi) 型 應(yīng)用層功能 報(bào)文長(zhǎng)度 說(shuō)明 1 A0 遙控器發(fā)起：通信連接 固定長(zhǎng)度為14 2 A1 接收機(jī)應(yīng)答：通信連接 固定長(zhǎng)度為 14 3 A2 遙控器發(fā)起：遙控命令 固定長(zhǎng)度為 14 4 A3 接收機(jī)應(yīng)答：遙控命令 固定長(zhǎng)度為 14 5 A4 遙控器發(fā)起：心跳包

13、 固定長(zhǎng)度為 14 6 A5 接收機(jī)應(yīng)答：心跳包 固定長(zhǎng)度為 14 7 A6 遙控器發(fā)起：PWM電流 調(diào)節(jié) 固定長(zhǎng)度為14 8 A7 接收機(jī)應(yīng)答：PWM電流 調(diào)節(jié) 固定長(zhǎng)度為14 9 保留不用 10 保留不用 11 AA 保留不用 12 AB 保留不用 13 AC 遙控器請(qǐng)求：對(duì)時(shí)命令 14 AD 接收機(jī)應(yīng)答：對(duì)時(shí)命令 15 AE 保留不用 16 AF 保留不用 表6 請(qǐng)求通信連接：A0 字節(jié) 報(bào)文容 數(shù)據(jù)格式 用途 序號(hào) 1 T_CH 遙控器的信道號(hào) 2 T_LINK_ST 遙控器連接狀態(tài)字節(jié)，待補(bǔ)充，默認(rèn)為0X00。 3 T_STATUS 遙控器狀態(tài)字節(jié)，待補(bǔ)充，默認(rèn)為0X00。 4 Ye

14、ar 時(shí)間 5 Month 6 Day 7 hour 8 Minute 9 Second 10 11 12 13 14 :T VERSION 遙控器系統(tǒng)版本號(hào)。默認(rèn)為 0X01。 表7 應(yīng)答通信連接：A1 字節(jié) 報(bào)文容 數(shù)據(jù)格式 用途 序號(hào) 1 R CH 接收機(jī)的信道號(hào) 2 R LQI AV 信道質(zhì)量 接收機(jī)通訊時(shí)LQI平均值 3 R RSSI MS 信號(hào)強(qiáng)度 接收機(jī)通訊時(shí)RSSI 4 R RSSI MIN 接收機(jī)無(wú)通訊時(shí) RSSI最小值 5 P R RSSI MAX 接收機(jī)無(wú)通訊時(shí) RSSI最大值H 6 R RSSI AV 接收機(jī)無(wú)通訊時(shí) RSSI平均值 7 PR STATUS D7: 1

15、ARM自檢故障 接收機(jī)狀態(tài)字節(jié)，待補(bǔ)充，默認(rèn)為0X00。n D7: 0 ARM自檢正常 D6: 1 DSP自檢故障 D6: 0 DSP自檢正常 D5: 1電源自檢故障 D5: 0電源自檢正常 D4: 1急停自檢故障 D4: 0電源自檢正常 D3: 1 D3: 0 D2: 1 D2: 0 D1: 1 D1: 0 D0: 1 D0: 0 8 9 10 11 12 13 14 R VERSION 接收機(jī)系統(tǒng)版本號(hào)。默認(rèn)為 0X01。 表8 遙控命令A(yù)2 字節(jié) 序號(hào) 報(bào)文容 數(shù)據(jù)格式 用途 1 ANALOGO 搖桿0數(shù)據(jù)，用于控制臂架旋轉(zhuǎn)。 2 ANAL0G1 搖桿1數(shù)據(jù)，用于控制一節(jié)臂上下運(yùn)動(dòng)。 3

16、 ANAL0G2 搖桿2數(shù)據(jù)，用于控制二節(jié)臂上下運(yùn)動(dòng)。 4 ANAL0G3 搖桿3數(shù)據(jù)，用于控制二節(jié)臂上下運(yùn)動(dòng)。 5 :ANAL0G4 搖桿4數(shù)據(jù)，用于控制四節(jié)臂上下運(yùn)動(dòng)。 彳 6 ANAL0G5 搖桿5數(shù)據(jù)，用于控制五節(jié)臂上下運(yùn)動(dòng)。 7 ANAL0G6 備用模擬量。 8 ANAL0G7 排量數(shù)據(jù) 9 ANA_DIRO D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 搖桿7正向開(kāi)關(guān)狀態(tài)。 搖桿7反向開(kāi)關(guān)狀態(tài)。 搖桿6正向開(kāi)關(guān)狀態(tài)。 搖桿6反向開(kāi)關(guān)狀態(tài)。 搖桿5正向開(kāi)關(guān)狀態(tài)。 搖桿5反向開(kāi)關(guān)狀態(tài)。 搖桿4正向開(kāi)關(guān)狀態(tài)。 搖桿4反向開(kāi)關(guān)狀態(tài)。 搖桿方向信息字節(jié) 0,用于控制臂架正反 運(yùn)動(dòng)方向。 順

17、時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎颍荒鏁r(shí)針?lè)较驗(yàn)榉聪颉?向上為正向；向下為反向。 1，表示對(duì)應(yīng)位開(kāi)關(guān)閉合。 0，表示對(duì)應(yīng)位開(kāi)關(guān)打開(kāi)。 10 ANA_DIR1 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 搖桿3正向開(kāi)關(guān)狀態(tài)。 搖桿3反向開(kāi)關(guān)狀態(tài)。 搖桿2正向開(kāi)關(guān)狀態(tài)。 搖桿2反向開(kāi)關(guān)狀態(tài)。 搖桿1正向開(kāi)關(guān)狀態(tài)。 搖桿1反向開(kāi)關(guān)狀態(tài)。 搖桿0正向開(kāi)關(guān)狀態(tài)。 搖桿0反向開(kāi)關(guān)狀態(tài)。 搖桿方向信息字節(jié)1,用于控制臂架正反 運(yùn)動(dòng)方向。 11 SW_STATUSO D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 泵送啟動(dòng)開(kāi)關(guān) 泵送停止開(kāi)關(guān) 正泵開(kāi)關(guān)。 反泵開(kāi)關(guān) 快速泵送開(kāi)關(guān) 慢速泵送開(kāi)關(guān) 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速加 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速減 開(kāi)關(guān)量

18、當(dāng)前狀態(tài)字節(jié) 0。 1，表示對(duì)應(yīng)位開(kāi)關(guān)閉合。 0，表示對(duì)應(yīng)位開(kāi)關(guān)打開(kāi)。 12 SW_STATUS1 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 電笛開(kāi)關(guān) 發(fā)動(dòng)機(jī)熄火開(kāi)關(guān) 遙控器電池狀態(tài) 遙控器開(kāi)關(guān)機(jī) 開(kāi)關(guān)量當(dāng)前狀態(tài)字節(jié) 1 D5=1,電池低電壓，遙控器即將進(jìn)入待機(jī) 狀態(tài)，命令接收機(jī)關(guān)閉所有輸出；D5=0, 電池正常。 D4-1,遙控器已關(guān)機(jī)，接收機(jī)斷開(kāi)連接， 關(guān)閉所有輸出；D4=0, 遙控器開(kāi)機(jī) 13 SW_CHGO D7 D6 D5 D4 D3 D2 0 搖桿5 搖桿4 搖桿3 搖桿2 搖桿1 變位狀態(tài)字節(jié)1。值為1時(shí)表示該開(kāi)關(guān)量 或模擬量有變化。 未定義數(shù)據(jù)位為備用數(shù)據(jù)，要求發(fā)送方強(qiáng)

19、制設(shè)置為0。 D1 D0 搖桿0 排量 14 SW_CHG1 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 泵送開(kāi)關(guān) 正/反泵開(kāi)關(guān) 快/慢速泵送開(kāi)關(guān) 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速加/減 電笛開(kāi)關(guān) 發(fā)動(dòng)機(jī)熄火開(kāi)關(guān) 遙控器電池狀態(tài) 急停 開(kāi)關(guān)量變位狀態(tài)字節(jié)0。值為1時(shí)表示該 開(kāi)關(guān)量有變化。 表9 應(yīng)答遙控命令A(yù)3 字節(jié) 報(bào)文容 數(shù)據(jù)格式 用途 序號(hào) 1 R CH 接收機(jī)的信道號(hào) 2 R LQI AV 接收機(jī)通訊時(shí)LQI平均值 3 R RSSI MS 接收機(jī)通訊時(shí)RSSI 4 R RSSI MIN 接收機(jī)無(wú)通訊時(shí) RSSI最小值 5 :R RSSI MAX 接收機(jī)無(wú)通訊時(shí) RSSI最大值 6 R RSSI AV 接收機(jī)無(wú)通訊時(shí) RSSI平均值 7 :R STATUS D7: 1 ARM自檢故障 接收機(jī)狀態(tài)字節(jié)，待補(bǔ)充，默認(rèn)為oxoo。n D7: 0 ARM自檢正常 D6: 1 DSP自檢故障 D6: 0 DSP自檢正常 D5: 1電源自檢故障 D5: 0電源自檢正常 D4: 1急停自檢故障 D4: 0電源自檢正常 D3: 1 D3: 0 D2: 1 D2: 0 D1: 1 D1: 0 D0: 1 D0: 0 8 9 10 11 12 13 14 R