基于MSP430和nRF905的多點(diǎn)無(wú)線通訊模塊

崔瀅 朱敬生

【摘?要】由于其高度的流動(dòng)性，正變得越來(lái)越具有自組織性。為了建立一個(gè)基于無(wú)線節(jié)點(diǎn)模塊的adhoc網(wǎng)絡(luò)，增加了MAC協(xié)議來(lái)保證網(wǎng)絡(luò)的位置和防止數(shù)據(jù)沖突。MSP430是該模塊的主要軟件芯片。本文提出了一種多通道硬件傳輸協(xié)議，充分利用了多通道的能力，同時(shí)又不妨礙數(shù)據(jù)傳輸，提高了傳輸效率。另外，使用轉(zhuǎn)換器可以提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和管理效率。

【關(guān)鍵詞】Adhoc網(wǎng)絡(luò);MSP430;nRF905;SPI;跳頻機(jī)制

本文介紹了基于MSP430和nRF905的無(wú)線通信模塊，通過(guò)在SPI區(qū)域采用雙向通信，SPI支持高速數(shù)據(jù)傳輸，滿足nRF905的帶寬要求，為無(wú)線通信提供了強(qiáng)大的頻率機(jī)制，并對(duì)可使用的信道提供了大量的支持在許多特殊情況下。即使不使用PCB天線，傳輸距離也能達(dá)到200米。如果你想繼續(xù)傳輸，可以用有用的天線代替。傳輸距離增加1公里以上，滿足不同用戶的需求。

1驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)2.1MSP430的SPI驅(qū)動(dòng)

如圖1所示，SPI可以在數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)獲得數(shù)據(jù)[2]，這可以通過(guò)雙操作模式來(lái)理解。SPI分為主模式和完全被動(dòng)模式，數(shù)據(jù)傳輸和接收由主機(jī)完成，主機(jī)將數(shù)據(jù)記錄在緩存utxbuf中，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在并行傳輸系統(tǒng)中。當(dāng)數(shù)據(jù)記錄在utxbuf中時(shí)，它立即從MoSi線路接收移動(dòng)緩存，移動(dòng)緩存將城市中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭苿?dòng)寄存器中的數(shù)據(jù)。我們可以同時(shí)獲取主機(jī)的移動(dòng)寄存器和接受緩存，所以我們使用SPI同時(shí)進(jìn)行讀寫。

1.1nRF905的驅(qū)動(dòng)

trn mcu上三個(gè)通用引腳的功耗正常，rsp mcu上三個(gè)通用引腳的功耗由主引腳控制。nrf905的反饋線告訴我們，要感知三個(gè)通道使用的CD，接受具有正確地址的am，并從MCU數(shù)據(jù)中獲得正確的Dr。這些發(fā)夾應(yīng)該由狀態(tài)MCU插入。包括接收到的信號(hào)數(shù)在內(nèi)，主單片機(jī)應(yīng)告知清楚。

1.1.1寄存器操作

（1）寄存器介紹

nrf905操作主啟動(dòng)寄存器，有四個(gè)寄存器，即設(shè)置寄存器、發(fā)送地址寄存器或接收數(shù)據(jù)寄存器。每次發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，另一方的地址記錄在傳輸?shù)刂芳拇嫫髦?，不超過(guò)32字節(jié)的數(shù)據(jù)記錄在傳輸數(shù)據(jù)寄存器中。每個(gè)節(jié)點(diǎn)的地址在配置寄存器中設(shè)置。接收到的數(shù)據(jù)將自動(dòng)放入寄存器。

1.1.2設(shè)置頻道和頻段

nrf905最吸引人的特性之一是它提供無(wú)線頻率支持，并且有大量的信道。nrf905可以在433/868/915頻率上通信。實(shí)際上，868和915屬于同一頻率，主要分為兩個(gè)頻率。一個(gè)頻率可以使用兩個(gè)通道，但事實(shí)上，對(duì)于不同的天線，只有一個(gè)頻率可以發(fā)揮芯片的最佳功能，一個(gè)天線可以使用兩個(gè)通道它可以在“X”中使用。如果任何一個(gè)信道受到干擾，都可以通過(guò)無(wú)線頻率繼續(xù)通信，保證數(shù)據(jù)的完整性。

1.1.3―發(fā)送數(shù)據(jù)流程

設(shè)置好配置寄存器后，就可以發(fā)送數(shù)據(jù)了。

當(dāng)主MCU字段的pwrup值高時(shí)，進(jìn)入905操作模式和TXEN數(shù)據(jù)傳輸模式。發(fā)送地址被傳輸?shù)絊PI端口的地址寄存器txaddress，數(shù)據(jù)被記錄在傳輸數(shù)據(jù)寄存器TX中。有效負(fù)載、SPI速度由主MCU設(shè)置。三周MCU高度TXC e，905自動(dòng)改進(jìn)數(shù)據(jù)幀的形式，添加包頭前導(dǎo)碼，并根據(jù)設(shè)置添加寄存器，接受CRC校驗(yàn)，填寫包尾，905將所有數(shù)據(jù)以100位/秒的速度發(fā)送到GFSK，發(fā)送后Dr將被安裝得很高，并通知主MCU下次可以繼續(xù)發(fā)送。④ 如果設(shè)置了自動(dòng)復(fù)位模式，NRF 905將自動(dòng)復(fù)位，并且Trax也將減少CE。⑤ 發(fā)送后，trxc e減小，進(jìn)入待機(jī)模式。在實(shí)際工作中，txce將產(chǎn)生持續(xù)時(shí)間為10×431s或更長(zhǎng)的脈沖，可以傳輸數(shù)據(jù)。

1.1.4接受數(shù)據(jù)流程

下面我們討論如何接受數(shù)據(jù)，同樣先給出時(shí)序圖，再解釋流程。

檢查數(shù)據(jù)的CRC。如果正確，您可以刪除數(shù)據(jù)包頭和CRC段，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)寄存器Rx中。有效載荷，同時(shí)，Dr信號(hào)高，通知主MC讀取數(shù)據(jù);主MC的TCE值較高。如果減少，則進(jìn)入待機(jī)模式并通過(guò)SPI區(qū)域讀取數(shù)據(jù)。在讀取數(shù)據(jù)之后，nrf905將再次降低am和Dr以準(zhǔn)備下次接受數(shù)據(jù)。

如果需要將驅(qū)動(dòng)程序移動(dòng)到arm等其他平臺(tái)，重新定義接口，SPI讀寫功能會(huì)相應(yīng)調(diào)整，便于移植。

2 MAC算法實(shí)現(xiàn)

nrf905提供了如此多的信道和無(wú)線頻率系統(tǒng)，如何充分利用這一特性使通信更加穩(wěn)定？下面是基于adhoc網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議。

2.1MAC協(xié)議框架

信道分為控制信道和數(shù)據(jù)信道兩種，數(shù)據(jù)信道又分為多組，每組有一個(gè)主數(shù)據(jù)信道和兩個(gè)備用數(shù)據(jù)信道。主數(shù)據(jù)通道用于正常的通信，如誤碼率達(dá)到一定程度，可以通過(guò)預(yù)備數(shù)據(jù)通道繼續(xù)通信。

本文采用ie802.11bcd-MA/CA系統(tǒng)，每次發(fā)送數(shù)據(jù)都要等到信道為空時(shí)，采用“二進(jìn)制避免算法”，隨機(jī)延遲時(shí)間，發(fā)送數(shù)據(jù)，有效避免了同一信道的數(shù)據(jù)沖突。

考慮到隱藏節(jié)點(diǎn)和暴露節(jié)點(diǎn)，我們使用RTS/CTS/brain系統(tǒng)。如果節(jié)點(diǎn)a需要通過(guò)節(jié)點(diǎn)B發(fā)送數(shù)據(jù)，它將發(fā)送RTs并擁有自己的數(shù)據(jù)通道列表信息。節(jié)點(diǎn)B在接收到RTS后，選擇自己的信道列表共享的空閑信道，返回RTS，接收到CTS和負(fù)載后進(jìn)入信道并發(fā)送數(shù)據(jù)，節(jié)點(diǎn)a通過(guò)信道信息發(fā)送負(fù)載，然后進(jìn)入數(shù)據(jù)信道與節(jié)點(diǎn)B進(jìn)行通信，其他節(jié)點(diǎn)在接收到CTS和負(fù)載后，快速登錄信道列表信息和直接傳輸數(shù)據(jù)允許下次查詢。信息隨著系統(tǒng)的發(fā)展而不斷更新。然后由每個(gè)節(jié)點(diǎn)維護(hù)的信道被當(dāng)前信道使用。

3數(shù)據(jù)頻道

與普通控制信道不同，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)信道中都建立了專用信道。此時(shí)不使用CSMA/CA系統(tǒng)。我們可以使用確認(rèn)系統(tǒng)、重傳系統(tǒng)和變頻系統(tǒng)來(lái)保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸?；旧希ㄐ胚^(guò)程是以數(shù)據(jù)10ack的形式發(fā)送數(shù)據(jù)，等待ACK，如果數(shù)據(jù)被接受則發(fā)送ACK確認(rèn)。Ack不準(zhǔn)確如果Ack不被接受或不被接受，它將被再次發(fā)送。如果通道不能使用，轉(zhuǎn)臺(tái)和交叉站需要雙方協(xié)調(diào)，具有一定的復(fù)雜性。這里，詳細(xì)描述了跨站系統(tǒng)。

總結(jié)

本文基于MSP430和nRF905無(wú)線多點(diǎn)收發(fā)模塊，實(shí)現(xiàn)了基于物理層驅(qū)動(dòng)和adhoc網(wǎng)絡(luò)的MAC層協(xié)議，但不提供網(wǎng)絡(luò)層定位拍攝。物理層通信是數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，它保證了MAC協(xié)議能夠無(wú)沖突地傳輸數(shù)據(jù)。

在測(cè)試中，我們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)層采用了魚眼算法，通過(guò)15個(gè)節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)組織網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息傳輸。在本系統(tǒng)中同時(shí)傳輸信息時(shí)，彼此之間沒有干擾。該模塊已在一些復(fù)制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)和機(jī)器人控制系統(tǒng)中得到了很好的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：陜西飛機(jī)工業(yè)有限責(zé)任公司）