采用主從方式實現(xiàn)點對多點的無線數(shù)傳設計

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摘 要：針對無線傳輸容易發(fā)生頻段沖突，數(shù)據(jù)丟包等現(xiàn)象，采用主從分布式、雙無線收發(fā)芯片、跳頻技術及隨機延時的思想實現(xiàn)點對多點的無線數(shù)傳系統(tǒng)設計，提高無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性、實時性和可靠性。該系統(tǒng)由單片機、主無線模塊和從無線模塊等組成，具有成本低廉，實現(xiàn)簡單等優(yōu)點。

關鍵詞：主從分布式； 點對多點； 無線數(shù)據(jù)傳輸； 跳頻技術

0 引 言

隨著嵌入式技術、集成電路、自動化控制及無線通信技術的迅速發(fā)展，各種終端設備之間的聯(lián)系已經(jīng)從電線與接口的束縛解放了出來。無線通信技術與有線通信技術相比，有成本低、攜帶方便、不必穿墻鉆孔布線、搭建網(wǎng)絡簡單快捷等優(yōu)點[12]。特別是在有線網(wǎng)絡不通暢或由于現(xiàn)場環(huán)境因素的限制不便架設線路的情況下，使用無線通信技術進行數(shù)據(jù)采集、傳輸顯得更加實用、高效、快捷[34]。

無線設備間的互連操作隨處可見，其核心問題是設備間通信。如何實現(xiàn)一個接收端與多個發(fā)送端之間的數(shù)據(jù)傳輸以及如何更有效的解決無線通信時的防碰撞問題，本文采用主從分布式、雙無線收發(fā)芯片、跳頻技術及隨機延時的思想實現(xiàn)點對多點的無線數(shù)傳系統(tǒng)設計，提高無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性、實時性和可靠性。

1 系統(tǒng)的基本結構

點對多點無線數(shù)傳系統(tǒng)的結構框圖如圖1所示，由一臺主無線模塊和多個從無線模塊構成，可以實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)的雙向傳輸。每個從無線模塊都有獨立的CPU，與主無線模塊的通信互不影響，不會因某個無線模塊的故障而使整個系統(tǒng)失去控制，不僅能提高系統(tǒng)的可用性，更便于維護。

主無線數(shù)傳模塊：負責將外圍設備或PC的測控（查詢和設置）指令發(fā)送給從無線數(shù)傳模塊，并對外圍設備返回的應答數(shù)據(jù)（正常數(shù)據(jù)）或外圍設備主動上傳的報警數(shù)據(jù)（異常數(shù)據(jù)）進行適當處理（校驗、拆包、組包等），通過RS 232總線或RS 485總線傳給外圍設備或PC。

從無線數(shù)傳模塊：負責將主無線數(shù)傳模塊傳送來的測控指令通過RS 232總線或RS 485總線傳給外圍設備，及將外圍設備的應答數(shù)據(jù)或報警數(shù)據(jù)傳送給主無線數(shù)傳模塊傳。

2 系統(tǒng)的硬件設計

無線數(shù)傳系統(tǒng)的硬件框圖如圖2所示，本系統(tǒng)采用目前比較流行的低功耗、抗干擾能力強、誤碼低的射頻收發(fā)芯片CC1100，51單片機處理器，RS 232總線/RS 485總線，電源模塊，撥碼開關等研制無線數(shù)傳模塊。為避免PC機與多外圍設備或外圍設備之間的數(shù)據(jù)碰撞，采用一主多從模式，并在主無線模塊上接兩片射頻收發(fā)芯片，其中一片用于正常數(shù)據(jù)的傳輸，另一片用于異常或報警數(shù)據(jù)的傳輸，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性與可靠性。而從無線模塊上只接一片射頻收發(fā)芯片，兼顧正常和異常數(shù)據(jù)的傳輸。

3 系統(tǒng)的軟件設計

3.1 單片機通信程序設計

在點對多點的無線數(shù)傳系統(tǒng)中，無線通信軟件設計特別重要，軟件設計的好壞直接關系到數(shù)據(jù)通信的準確性及實時性、系統(tǒng)的可靠性等[5]。采用KeilC、匯編語言及C語言相結合開發(fā)。用匯編語言編寫部分與硬件相關的程序代碼，最大限度地發(fā)揮硬件的功能，能夠根據(jù)特定的應用，而對代碼做優(yōu)化處理，從而提高程序的運行速度。軟件開發(fā)的主體部分用C語言編寫程序代碼，如頻率的設置、資源/重要變量的初始化、數(shù)據(jù)的解析處理等，具有項目開發(fā)周期短、可讀性強、可移植性好等特點。

為了避免同頻干擾的問題，系統(tǒng)采用時分技術將系統(tǒng)主無線數(shù)傳模塊與任一從無線模塊之間的通信采用時分的方式分開，每個從無線數(shù)傳模塊都有一個獨立的ID（地址），采用帶地址碼的數(shù)據(jù)幀發(fā)送數(shù)據(jù)或命令。

無線數(shù)傳通信框圖如圖3所示，其中A：正常操作，指令B：報警數(shù)據(jù)上傳。正常通信時，主無線數(shù)傳模塊通過頻段1（正常通道）與從無線模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，從無線模塊只有收到地址域與本身ID相匹配的指令才與主無線模塊通信，否則總是處于監(jiān)聽狀態(tài)。報警通信時，從無線數(shù)傳模塊通過頻段2（報警通道）與主無線模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，此時從無線數(shù)傳模塊需要從頻段1跳頻到頻段2，當報警數(shù)據(jù)傳輸完成，再從頻段2跳頻到頻段1，保證正常通信的暢通。

由于有報警數(shù)據(jù)的主動上傳，不可避免的會出現(xiàn)頻段沖突，采用“隨機延時”防碰撞協(xié)議，實現(xiàn)點對多點通信。具體做法：當從無線數(shù)傳模塊上傳報警數(shù)據(jù)后，規(guī)定時間內(nèi)未接收到主無線數(shù)傳模塊的應答，則調(diào)用隨機延時程序，延時一段時間再發(fā)送，否則直接跳頻，保證正常數(shù)據(jù)的通信。

無線數(shù)傳模塊接收串口數(shù)據(jù)的處理流程如圖4所示，為保證系統(tǒng)能正常運行，任一條指令或數(shù)據(jù)，在規(guī)定時間內(nèi)未應答，可以重發(fā)3次，一旦超過了重發(fā)次數(shù)，就放棄此條指令或數(shù)據(jù)，進入下一條指令或數(shù)據(jù)的通信。

3.2 PC機串行通信程序設計

串口自動測試系統(tǒng)基于Access數(shù)據(jù)庫、VB開發(fā)，提供一個C/S結構的測試軟件。PC機采用VB軟件開發(fā)，VB提供了串行端口控件MSComm來為應用程序提供串行通信，該控件屏蔽了通信過程中的底層操作，程序員應用時可以設置、監(jiān)視MSComm控件的屬性和事件，結合Timer控件即可完成對串行口的初始化和數(shù)據(jù)的輸入輸出工作。測試系統(tǒng)可檢查無線模塊收、發(fā)處理是否正確，軟件功能是否正常等，只需觀察計算機保存的測試結果，可實現(xiàn)對無線數(shù)傳系統(tǒng)的智能測試。

點對多點無線數(shù)傳模塊的PC機端程序界面如圖5所示，從圖中可以看出，系統(tǒng)具有以下功能：參數(shù)設置（串口、數(shù)據(jù)幀格式）；數(shù)據(jù)接收（接收外圍設備傳來的數(shù)據(jù)）；數(shù)據(jù)發(fā)送（PC向外圍設備發(fā)送的數(shù)據(jù)）；數(shù)據(jù)的保存（將外圍設備傳來的數(shù)據(jù)保存在Access數(shù)據(jù)庫中）；計算系統(tǒng)的正確率；數(shù)據(jù)的顯示等。

4 結 語

本文所設計的一點對多點的無線數(shù)傳系統(tǒng)，具有良好的準確性、實時性、可靠性。通過實驗測得：在空曠傳輸有效距離最遠可達1 000 m；當中間有門或者其他障礙物阻隔時，接收距離會下降， 最遠可達200 m。在有

效距離內(nèi)，系統(tǒng)傳輸?shù)恼_率能達到99.9%，可靠性較好，完全可以應用于相關測控領域。

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