基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的CAN總線互聯(lián)

1、基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的can總線互聯(lián) 裝甲車輛狀態(tài)信息采集系統(tǒng)的信息采集單元通常采納can銜接，某些狀況下，車輛上裝和下裝之間的旋轉(zhuǎn)因?yàn)闆]有連線空間，需要無線通信模塊為上裝和下裝的提供一個(gè)透亮的無線通道。本文基于無線網(wǎng)絡(luò)給出一種無線通道的設(shè)計(jì)，主要包括can總線無線接入控制模塊設(shè)計(jì)以及無線傳感器節(jié)點(diǎn)的通信協(xié)議設(shè)計(jì)等內(nèi)容。 2 電路設(shè)計(jì)以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的can總線擴(kuò)展系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)1所示，其主要由兩塊can總線無線接入控制模塊構(gòu)成，每個(gè)模塊的組成及各部分的作用是：無線傳感器節(jié)點(diǎn)的微控制器及存儲(chǔ)器模塊，接收對(duì)端無線接人控制模塊傳來的數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)，然后將數(shù)據(jù)交can控制器待發(fā)，同時(shí)接收can控制器傳

2、來的數(shù)據(jù)并通過傳感器網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送到對(duì)端無線接入控制模塊；can控制器采納sja1000，運(yùn)行can協(xié)議，為傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)提供can總線服務(wù)；采納tja1050作為can控制器與物理媒體的物理接口，為can控制器提供比特流服務(wù)。3 無線傳感器節(jié)點(diǎn)3.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)圖2所示為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的硬件，包括傳感器模塊、微處理器模塊和無線通信模塊等三個(gè)功能部分。gaints系列節(jié)點(diǎn)用法at-mega128作為控制器和處理核心，無線通信模塊核心采納工作在433 mhz的單芯片低cc1000收發(fā)器，該芯片具有工作電壓低(2.13.6v均可工作)、能耗低、體積小等十分適合于集成的特點(diǎn)。它采

3、納fsk調(diào)制方式，外部采納spi的接口，可以和微控制器挺直相聯(lián)。cc1000用法頻率為14.745 mhz的晶振奮為驅(qū)動(dòng)，在該驅(qū)動(dòng)下面cc1000可以提供的最大數(shù)據(jù)傳輸率為19.2kbs，也就是說每ms不到3個(gè)字節(jié)，這個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)mac層的協(xié)議是很實(shí)用的，在設(shè)置ack等待時(shí)光和rts-cts等待時(shí)光的時(shí)候需要考慮這些參數(shù)。3.2 通信協(xié)議設(shè)計(jì)本文基于tinyos底層通信接口舉行通信協(xié)議設(shè)計(jì)。對(duì)tinyos編程采納的是nes，這是一種類似c的語(yǔ)言，是對(duì)c的擴(kuò)展，也是結(jié)構(gòu)化的語(yǔ)言，是基于組件式的編程，模塊化的設(shè)計(jì)。nesc組件有兩種：module(模塊)和configuration(銜接配置文件)。m

4、odule在模塊中主要實(shí)現(xiàn)代碼的編制，可以用法和提供接口，在它的實(shí)現(xiàn)部分必需對(duì)提供接口里的command和用法接口里的event舉行實(shí)現(xiàn)。tinyos是基于一種組件架構(gòu)方式的開源的操作系統(tǒng)，一個(gè)應(yīng)用程序可以通過銜接配置文件(a wiring specification)將各種組件銜接起來，以完成它所需要的功能。tinyos的應(yīng)用程序都是基于大事驅(qū)動(dòng)模式的，采納大事觸發(fā)去喚醒傳感器工作。tasks普通用在對(duì)于時(shí)光要求不是很高的應(yīng)用中，且tasks之間是平等的，即在執(zhí)行時(shí)是按先后挨次，普通為了削減tasks的運(yùn)行時(shí)光，要求每一個(gè)task都很短小，能夠使系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)較輕；events普通用在對(duì)于時(shí)光要

5、求很嚴(yán)格的應(yīng)用中，而且它可以優(yōu)先于tasks和其他events執(zhí)行，可以被一個(gè)操作完成或是來自外部環(huán)境的大事觸發(fā)，在tinyos中普通由硬件中斷處理來驅(qū)動(dòng)大事。在tinyos中因?yàn)閠asks之間不能相互占先執(zhí)行，所以tinyos沒有提供任何堵塞操作，為了讓一個(gè)耗時(shí)較長(zhǎng)的操作盡快完成，普通都是將對(duì)這個(gè)操作的需求及其完成分開來實(shí)現(xiàn)，以便獲得較高的執(zhí)行效率。因?yàn)樵趖iny-os中沒有進(jìn)程管理的概念，它對(duì)任務(wù)是按容易的fifo隊(duì)列舉行處理的，對(duì)資源實(shí)行預(yù)先分配，且這個(gè)隊(duì)列里最多只能有7個(gè)未解決的任務(wù)。我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)，主要處理三類大事，即串口接收數(shù)據(jù)大事、無線接收數(shù)據(jù)大事和定時(shí)器大事。串口接收數(shù)據(jù)大事。每次

6、節(jié)點(diǎn)從串口接收到一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)將觸發(fā)該大事。對(duì)于信息采集任務(wù)來說，其信息是定時(shí)采集的。同時(shí)，can總線的速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于無線傳輸?shù)乃俾?。因此，在?jié)點(diǎn)開拓了一段較大的緩存區(qū)，對(duì)can總線傳過來的數(shù)據(jù)舉行緩存。該緩存區(qū)的大小取決于無線傳輸?shù)乃俾室约癱an總線在一個(gè)定時(shí)采集周期的數(shù)據(jù)量大小。假設(shè)無線傳輸?shù)乃俾蕿関、緩存區(qū)大小為mem、采集周期為t、每個(gè)采集周期的數(shù)據(jù)量為data，注重v為傳輸有效數(shù)據(jù)的速率，即要去掉協(xié)議開銷以及管理和控制開銷，則起碼滿足v×tdata，memdata。為提高無線傳輸?shù)男剩皇敲看螐拇诮邮艿揭粋€(gè)字節(jié)就從無線接口發(fā)走，而是每次緩存的字節(jié)數(shù)達(dá)到無線傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)包的

7、大小時(shí)，啟動(dòng)任務(wù)一uartrcvdtask。這種采納任務(wù)的方式舉行實(shí)際的無線數(shù)據(jù)傳輸可以避開堵塞其他event大事。無線接受數(shù)據(jù)大事。每次節(jié)點(diǎn)從無線接口接受到一個(gè)數(shù)據(jù)包將觸發(fā)該大事。大事處理程序主要從協(xié)議數(shù)據(jù)包中獵取傳輸數(shù)據(jù)，并且緩存于接受緩存區(qū)，詳細(xì)地怎么處理無線接受的數(shù)據(jù)的工作，通過啟動(dòng)任務(wù)radiorcvdtask來完成，以避開堵塞其他event大事。定時(shí)器大事。該大事定時(shí)觸發(fā)。該大事處理程序主要定時(shí)推斷串口接受數(shù)據(jù)緩存區(qū)是否有數(shù)據(jù)，假如有的話，則啟動(dòng)任務(wù)uartrcvdtask，以避開到串口收到的數(shù)據(jù)不足一個(gè)協(xié)議數(shù)據(jù)包時(shí)，會(huì)長(zhǎng)久滯留在串口接受數(shù)據(jù)緩存區(qū)中。4 性能分析和試驗(yàn)囫圇系統(tǒng)的性

8、能主要取決于無線傳輸?shù)乃俾?。無線cc1000用法頻率為14.745 mhz的晶振奮為驅(qū)動(dòng)，在該驅(qū)動(dòng)下面cc1000可以提供的最大數(shù)據(jù)傳輸率為19.2 kbs?？紤]無線傳輸協(xié)議消耗，無線傳輸數(shù)據(jù)報(bào)的格式如下：其中tosh_data_length=29，故協(xié)議的理論有效數(shù)據(jù)比率約為70。同時(shí)，為提高無線傳輸?shù)男?，不是每次從串口接受到一個(gè)字節(jié)就從無線接口發(fā)走，而是每次緩存的字節(jié)數(shù)達(dá)到無線傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)包的大小時(shí)，才啟動(dòng)發(fā)送任務(wù)，故無線有效傳輸速率約為13.4 kbs,，對(duì)于本系統(tǒng)應(yīng)用來說，can總線的采樣周期為10 s，每次采樣數(shù)據(jù)為1 k數(shù)據(jù)。雖然，can總線速率相對(duì)來說較高，但是通過緩存徹低可以滿足需求。在性能測(cè)試中，該系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行20多個(gè)小時(shí)，收發(fā)均無問題。5 結(jié) 論本文基于無