2023年11月9日

点对多点多任务无线通信

作者 admin

摘要:详细介绍无线通信在各种通信系统中的应用、单片机MCU与无线收发模块的硬件接口设计、点对多点无线通信协议的编写、点对多点无线打包与解包的软件设计通讯系统 。 为无线通信系统的软硬件设计提供可靠的解决方案。 关键词:无线通信协议通用串行总线中央监控远程终端引言现代世界是一个高速自动化的世界。 除了连接计算机之外,各种设备还可以连接到互联网。 最简单的自动连接方法是使用串行通信。 随着时代的进步,它并没有被取代,而是逐渐被广泛使用。 如今,很多情况下有线连接方式已经不能满足技术的快速发展。 无线技术正在快速进入许多产品。 与电线相比,主要是成本低,便于携带,省去了有线布线的麻烦; 特别适用于手持设备、电池供电设备、远程控制、遥测、小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区寻呼、工业数据采集系统、无线标签识别、非接触式射频智能卡等通信、小型无线数据终端、安防消防系统、无线遥控系统、生物信号采集、水文气象监测、机器人控制、无线232数据通讯、无线485/422数据通讯、无线数字语音、数字图像传输、智慧社区不停车收费、银行智能收单系统等。在如此众多的无线系统应用中,无线通信协议自然显得尤为重要。 无线通信协议的质量直接关系到系统的安全性、误码率和系统运行的速度。 本文以上海桑博科技有限公司的STR-2无线收发模块为例,详细介绍了该无线收发模块与各种单片机的硬件接口设计、数字封装格式、解包程序及相关软件。点对多点无线通信协议。 设计。

1 系统概述 1.1 链式点对多点系统 图1所示的系统是由中央监控设备CMS(中央监控系统)和多个远程终端设备MRTU(多远程终端单元)组成的点对多点系统。 多任务无线通信系统。 多个中转设备Tran作为中央监控设备CMS和远程终端RTU(Remote Termial Unit)之间的中转站,用于临时存储数据和延长距离。 数据在传输站之间以单向通信方式传输。 (1)适用范围* 多点多任务数据采集,传输距离远;

*条件艰苦,干扰大,多点多任务数据采集; *各种复杂、时间要求低的无线数据传输; *智能社区水、电、煤、热集中抄表系统、各种远程集中报警报警系统等。 (2)协议数据包格式协议首先要能够识别噪声和有效数据。 噪声表现为随机字节,没有明显的组合; 噪声源可以产生任意字节组合。 在无线通信过程中,最好通过协议来有效抑制噪声的产生。 通过测试和实验发现,0xFF后面跟着0xAA、0x55在噪声中不容易出现。 传输协议应在数据包前添加一个起始字节,0xFF 后接 0xAA、0x55。 传输协议的开头应该是任意内容的字节(这是因为发送时第一个字节数据很容易丢失),后面是0xFF,后面是0xAA、0x55; 接收协议规定只能接收以 0xFF 开头,后面是 0xAA、0x55 的数据包,因此上述系统的数据包格式可以很容易地设置为: Lead1 Lead2 Lead2 Header Length HostID Loca Destination Unit Data1 Data2 … Datan Checksum Lead is引导字节Leader1=0xFF;

领导者2=0xAA; 领导者2=0x55; 包头是数据包的命令字节,从而确定数据包的类型; Length为数据包中包含的Length字节之后的所有字节的长度; HostID为主机地址; Local是本地机器地址; Destination为目标地址; 单位为RTU地址字节; Data为数据包字节; 校验和是校验字节。 1.2 星型点对多点通信 图2系统是由中央监控设备CMS和多个远程终端设备MRTU组成的点对多点多任务无线通信系统。 中央监控设备CMS与各远程终端RTU采用双向通讯方式传输数据; 特别适合数据量大、时间要求高的场合。

(一)适用范围 *传输距离短的场所; *条件恶劣、干扰大的场所; *时间要求高、数据量大的场合; *智慧社区水、电、煤、热集中抄表系统、各类远程集中安防报警系统等; *智能家居集中控制系统; *工业测控、工业数据采集; *医疗器械、健身器材; *数据仓库、智能商场、超市导购; *餐饮无线点餐系统; *PDA无线数字传输; *水型气象监测; *生物信号采集; *油田环境监测; *银行智能收单系统等 (2)协议数据包格式 根据图2,系统数据包格式可设置为: Lead1 Lead2 Lead2 Header Length Unit Data1 Data2 … Datan Checksum Lead 为引导字节 Leader1= 0xFF; 领导者2=0xAA; 领导者2=0x55;

包头是数据包的命令字节,从而确定数据包的类型; Length为数据包中包含的Length字节之后的所有字节的长度; 单位为RTU地址字节; Data为数据包字节; 校验和是校验字节。 2 硬件设计 上海桑博电子科技有限公司STR-2射频模块的核心部分是nRF401,加上精心设计的内置天线。 具有体积小(37mm%26;#215;47mm)、功耗低等特点; 传输距离200m,最大传输速率20kb/s; 外围接口电路简单,可直接与单片机的通用串行口(UART)端口连接。 图 3 显示了硬件框图。 STR-2 RF引脚功能如下: VCC——电源正极,接2.7~5.25V; CS——信道选择,CS=0选择工作信道1(即433.92MHz),CS=1选择工作信道2(即433.33MHz); DOUT——数据输出,连接MCU串口RXD; DIN——数据输入,连接MCU串口TXD; GND——电源地; PWR——节能控制,PWR=1为正常工作状态,PWR=0为低功耗状态; TXN——发送和接收控制,当TXN=1时,模块处于发送状态,当TXN=0时,模块处于接收状态; 3 软件设计

系统中所有STR-2射频模块均采用433.92MHz作为系统工作频率。 下面以星型点对多点通信系统为例详细介绍系统的软件设计。 (1)主程序设计 为了避免同频干扰问题,系统采用时分TDMA(时分多址)技术,以时分方式将系统CMS与任意RTU之间的通信分开。 CMS通过扫描与系统进行通信。 每个RTU设备单独通信,使得系统中CMS与RTU之间的通信方式变成点对点通信。 整个点对多点系统的通信变成了几个点对点通信的组合。 该程序采用C51单片机语言编写,其主要控制程序流程如图4、图5所示。 (2)打包与解包协议将主要数据划分为一定格式的数据,并添加一些附加信息(用于出错)更正)。 这个过程称为打包; 接收端的协议删除这些附加信息,只留下初始信息。 ,这个过程称为拆包。 打包程序如解包程序请参见网络补充版()。 解包子程序流程如图6所示。 结论 本文的无线硬件设计和软件设计方案已在许多产品和系统中使用。 目前各类产品和系统运行稳定,无线通信误码率低、可靠性高、安全性好。 本文的软硬件设计方案可应用于各种单片机,对于我国无线通信技术的推广和广泛应用具有重要的参考价值。