點對多點的無線通信方案

1、作者：聶光義摘要：具體介紹無線通信在各種通信系統(tǒng)中的應(yīng)用，單片機(jī)MCUT無線收發(fā)模塊的硬件接口設(shè)計，點對多點無線通信協(xié)議的編寫，點對多點無線通信系統(tǒng)打包與解包的軟件設(shè)計。為無線通信系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計提供了可靠的解決方案。要害詞：無線通信協(xié)議通用串行總線中心監(jiān)控遠(yuǎn)程終端引言現(xiàn)代世界是一個高速自動化的世界，各種各樣的設(shè)備除了可以與計算機(jī)聯(lián)機(jī)外，還可以互聯(lián)機(jī)，而最簡單的自動化聯(lián)機(jī)方式就是使用串行通信。隨著時代的進(jìn)步，它并沒有被取代，后倒是逐漸被廣泛應(yīng)用。如今，在許多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(shù)正以一種快速的速度進(jìn)入許多產(chǎn)品，它與線相比主要有成本低，攜帶方便，省去有線布線的煩惱

2、；非凡適用于手持設(shè)備的通信、電池供電設(shè)備、遙控、遙測、小型無線網(wǎng)絡(luò)、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(biāo)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(jī) 器人控制、無線232數(shù)據(jù)通信、無線485/422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(yīng)用中，無線通信的協(xié)議自然顯得非凡重要。無線通信協(xié)議的好壞直接關(guān)系到系統(tǒng)的安全性、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STR-2無線收發(fā)模塊為例，具體介紹無線收發(fā)模塊與各種單片機(jī)的硬件接口設(shè)計，點對多點無

3、線通信協(xié)議的數(shù)字打包格式、解包程序以及相關(guān)軟件設(shè)計。1系統(tǒng)概述1.1鏈狀點對多點系統(tǒng)圖1所示的系統(tǒng)是由一臺中心監(jiān)控設(shè)備CMS(CentralMonitoringSystem)和多臺遠(yuǎn)程終端設(shè)備 MRTU( MultipleRemote Termial Unit)構(gòu)成的點對多點的多任務(wù)無線通信系統(tǒng)。在中心監(jiān)控設(shè)備 CMSW遠(yuǎn)程終端 RTU( Remote Termial Unit )之間用多臺中轉(zhuǎn)設(shè)備 Tran作 為中轉(zhuǎn)站，以便起到暫存數(shù)據(jù)和延伸距離的作用。中轉(zhuǎn)站之間，以單向通信方式進(jìn)行傳遞數(shù)據(jù)。(1)適用范圍* 傳輸距離遠(yuǎn)的多點多任務(wù)數(shù)據(jù)采集；* 條件惡劣、干擾大、多點多任務(wù)數(shù)據(jù)采集；* 對時

4、間要求不高的各種復(fù)雜無線數(shù)傳；* 智能小區(qū)水、電、煤、曖氣集中抄表系統(tǒng)，各種遠(yuǎn)程集中按防報警系統(tǒng)等。CMS圖2星狀無線通僚產(chǎn)gMRTU(h)(2)協(xié)議數(shù)據(jù)包格式協(xié)議的第一件事就是能夠識別噪志和有效數(shù)據(jù)。噪聲是以隨機(jī)字節(jié)出現(xiàn)的， 沒有明顯的結(jié)合方式；噪聲源可以產(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)議有效地抑制噪聲的產(chǎn)生。通過測試和試驗發(fā)現(xiàn)，0xFF后跟0xAA、0x55在噪聲中不輕易發(fā)生。傳輸協(xié)議應(yīng)該在數(shù) 據(jù)包前加開始字節(jié)，0xFF后跟0xAA、0x55發(fā)送協(xié)議的開始應(yīng)該是一個任意內(nèi)容的字節(jié)(這 是因為第一個字節(jié)的數(shù)據(jù)在發(fā)送時輕易丟失)，然后是0xFF后跟一個0xAA、0x5

5、5;接收協(xié)議規(guī)定只接收以0xFF后跟0xAA、0x55開始的包，于是就可以很方便地把以上系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包 格式定為：M4id*TLntth-清http：/ 2 ¥IhulDmOrfwdElUiHipc 降Lead 為引導(dǎo)字節(jié)Leader1=0xFF ;Leader2=0xAA ;Leader2=0x55 ;Header 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;HostID為主機(jī)地址；Local為本地機(jī)地址；Destination為目標(biāo)地址；Unit 為RTU地址字節(jié)；Data 為數(shù)據(jù)包字節(jié)；Checksum 為校驗字節(jié)。靖

6、風(fēng)網(wǎng)絡(luò)ttp ：Z/1.2星狀點對多點通信圖2系統(tǒng)是由一臺中心監(jiān)控設(shè)備 CM序口多臺遠(yuǎn)程終端設(shè)備 MRTU勾成的點對多點多任務(wù) 無線通信系統(tǒng)。在中心監(jiān)控設(shè)備CMST每一臺遠(yuǎn)程終端RTUTB以雙向通信方式進(jìn)行傳遞數(shù)據(jù)； 非凡適用于數(shù)據(jù)量大，對時間要求較高的場合。（ 1）適用范圍* 傳輸距離較近的地方；* 條件惡劣、干擾大的地方；* 對時間要求高、數(shù)據(jù)量大的場合；* 智能小區(qū)水、電、煤、曖氣集中抄表系統(tǒng)，各種遠(yuǎn)程集中安防報警系統(tǒng)等；* 智能家用集中控制系統(tǒng)；* 工業(yè)測控、工業(yè)數(shù)據(jù)采集；* 醫(yī)療器械、健身器材；* 數(shù)據(jù)倉庫、智能商場超市導(dǎo)購；* 餐飲無線點菜系統(tǒng)；*PDA 無線數(shù)傳；* 水紋氣象監(jiān)控

7、；* 生物信號采集；* 油田環(huán)境監(jiān)控；* 銀行智能回單系統(tǒng)等。發(fā)送押于必諛Check Aciive()發(fā)送應(yīng)替數(shù)據(jù)(2)協(xié)議數(shù)據(jù)包格式根據(jù)圖2可以把系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包格式定為:It M2J V清KL®母士hLllMk. JE If* t"ri-h ttp ：/WIAI1AJ ViDC-CLead 為引導(dǎo)字節(jié)Leader1=0xFF;Leader2=0xAA;Leader2=0x55 ;Header 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;Unit 為RTU地址字節(jié)；Data為數(shù)據(jù)包字節(jié)；Checksum 為校驗字節(jié)

8、。(結(jié)算清風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖5 RTU主嘀碇其二公2 硬件設(shè)計上海桑博電子科技有限公司STR-2RF模塊的核心'部分為 nRF401,外加精心設(shè)計的內(nèi)置天線，具有體積小(37mrtK 47mm,功耗低的特點；傳輸距離為200m,最大傳輸速率為 20kb/s ; 外圍接口電路簡單，可直接與單片機(jī)的通用串行口( UART 口連接。圖3所示為硬件框圖。STR-2RF 引腳功能如下：VCC 正電源，接 2.75.25V;CS 頻道選擇，CS=0為選擇工作頻道1 (即433.92MHz) , CS=1為選擇工作頻道 2 (即 433.33MHz);DOUT 數(shù)據(jù)輸出，連接 MCUI 口 RXDDIN 數(shù)據(jù)

9、輸入，連接 MCUI 口 TXD;GND電源地；PWR 節(jié)能控制，PWR=偽正常工彳狀態(tài)， PWR=(M/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)；進(jìn)入解包程序)圖6解包,廉整獻(xiàn)3 軟件設(shè)計在系統(tǒng)中，所有STR-2RF模塊均采用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，具體介紹系統(tǒng)的軟件設(shè)計。(1)主程序設(shè)計為了避免同頻干擾的問題，系統(tǒng)采用時分TDM A TimeDiveisionMultipleaccess)技術(shù)，把系統(tǒng)CMS1任意一臺RTU間的通信采用時分的方式分開，CMS!過掃描的方式與各臺RTU設(shè)備進(jìn)行單臺通信，這樣系統(tǒng)中的CMST 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點通信的組合。程序采用C51單片機(jī)語言編寫，其主控程序流程如圖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。打包程序如