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1、新疆大学创新实验室 Walfred 整理 2010.10新疆大学创新实验室 Walfred 整理 2010.10现代世界是一个高速自动化的世界，各种各样的设备除了可以与计算机联机外，还可以互 相联机，而最简单的自动化联机方式就是使用串行通讯。随着时代的进步，它并没有被取 代，反倒是逐渐被广泛应用。如今，在许多的场合有线连接的方式已经不能满足科技的高 速发展。无线技术正以一种快速的速度进入许多产品，它与有线相比主要有成本低，携带 方便，省去有线布线的烦恼。特别适用于手持设备的通信、电池供电设备、遥控、遥测、 小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线标签身份识别、 非接触
2、 RF 智能卡、小型无线数据终端、安全防火系统、无线遥控系统、生物信号采集、 水文气象监控、机器人控制、无线 232 数据通信、无线 485/422 数据通信、无线数字语音、 数字图像传输、智能小区不停车收费、银行智能回单系统等。在如此多的无线系统应用中， 无线通信的协议自然显得特别重要，无线通信协议的好坏直接关系到系统的安全性、误码 率、以及系统运行的速度。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 细介绍无线收发模块与各种单片机的硬件接口设计，点对多点无线通信协议的数据打包格 式、解包程序以及相关软件设计。 系统概述 一连状点对多点系统如图 1 系统由一台中央监控设备
3、CMS (Central Monitoring System)和多台远程终端设备 MRTU(Multiple Remote Termial Unit)构成点对多点多任务无线通信系统。在中央监控设备 CMS 与 远程终端 RTU(Remote Termial Unit)之间用多台中转设备 Tran 作为中转站，以便 起到暂存数据和延伸距离的作用。中转站之间，以单向通信方式进行传递数据。 1适用范围 a.适用于传输距离远的多点多任务数据采集 b.适用于条件恶劣干扰大多点多任务数据采集 c.适用于对时间要求不高的各种复杂无线数传 d.适用于智能小区水、电、煤、暖气集中抄表系统，各种远程集中安防报警系
4、统等。 2.协议数据包格式协议的笫一件事就是能够识别噪声和有效数椐，噪声是以随机字节出现的,没有明显的 结合方式，噪声源可能产生任意字节的组合，在无线通信的过程中最好能通过一种协议能 有效的抑制噪声的产生通过测试和试验,发现 0xFF 后跟 0XAA,0x55 在噪声中不容易发生,传输协议应该在数 据包前加开始字节 0xFF 后跟 0xAA,0x55 发送协议的开始应该以一个任意内容的字节(这是 因为第一个字节的数椐在发送时容易丢失),然后是 0xFF 后跟一个 0xAA,0x55;接收协议规 定只接收以 0xFF 后跟 0xAA,0x55 开始的包.于是就可以很方便的把以上系统的数据包格 式
5、定为： Lead1Lead2Lead2HeaderLengthHostID LocalDestinat ion unitData1Data2DatanChecks umLead 为引导字节 Leader1=0xFF; Leader2=0xAA; Leader2=0x55; Header 为数据包的命令字节,由此确定数据包的类型 Length 为数据包包含的 Length 字节之后的所有字节的长度新疆大学创新实验室 Walfred 整理 2010.10新疆大学创新实验室 Walfred 整理 2010.10HostID 为主机地址 Local 为本地机地址 Destination 目标地址 Un
6、it 为 RTU 地址字节 Data 位数据包字节 Checksum 校验字节 二 星状点对多点通信如图 2 系统由一台中央监控设备 CMS 和多台远程终端设备 MRTU 构成点对多点多任 务无线通信系统。在中央监控设备 CMS 与 每一台远程终端 RTU(Remote Termial Unit)都 以双向通信方式进行传递数据。特别适用于数据量大，对时间要求较高的场合。 1 适用范围 a. 适用于传输距离较近的地方 a.适用于条件恶劣干扰大的地方 b.适用于对时间要求高、数据量大的场合 c.适用于智能小区水、电、煤、暖气集中抄表系统，各种远程集中安防报警系统等 d.适用于智能家用集中控制系统
7、e.工业测控、工业数据采集 f. 医疗器械、健身器材 g.数据仓库、智能商场超市导购 h.餐饮无线点菜系统 i.PDA 无线数传 j.水纹气象监控 k.生物信号采集 l.油田环境监控 m.银行智能回单系统等 2协议数据包格式 根据图 2 可以把系统的数据包格式定为：Lead1Lead2Lead2HeaderLengthUnit Data1Data2DatanChecksum Lead 为引导字节 Leader1=0xFF; Leader2=0xAA; Leader2=0x55; Header 为数据包的命令字节,由此确定数据包的类型 Length 为数据包包含的 Length 字节之后的所有字
8、节的长度 Unit 为 RTU 地址字节 Data 位数据包字节 Checksum 校验字节 硬件设计新疆大学创新实验室 Walfred 整理 2010.10新疆大学创新实验室 Walfred 整理 2010.10上海桑博电子科技有限公司 STR-2 RF Module 的核心部分为 nRF401,外加精心设计的 内置天线，体积为 37mm x 47mm，具有体积小，功耗低的特点，传输距离为 200 米，传输 最大速率为 20kbit/s，外围接口电路简单，可直接与单片机的通用串行总线（UART）口连 接。如图 3 所示 STR-2 RF Module 引脚功如下： VCC:正电源，接 2.7
9、5.25V CS: 频道选择，CS=0 选择工作频道 1 即 433.92MHZ，CS=1 选择工作频道 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 正常工作状态，PWR=0 低功耗状态 TXN:发射接收控制，TXN=1 时模块为发射状态，TXN=0 时模块为接收状态 STR-2 RF Module 接口简单，本文将不作详细的叙述，如果想要详细的了解 STR-2 RF Module， 请参照参考文献 1。 分页 软件设计在系统中所有 STR-2 RF Module
10、均采用 433.92MHZ 作为系统工作频率。下面以星状 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的问题，系统采用分时 TDMA（Time Division Multiple Access）技 术，把系统 CMS 与任意一台 RTU 之间的通信采用时分的方式分开，CMS 通过扫描的方式 与各台 RTU 设备进行单台通信，这样系统中的 CMS 与 RTU 的通信方式就成为点对点的 通信方式。整个点对多点系统的通信就成为若干个点对点通信的组合。程序采用 C51 单片 机语言编写，其主控程序流程图如图 4、图 5 所示。2.打包与解包协议将主要数据分割成一定格式
11、的数据,并增加一些额外的信息(用于纠错),这个过程叫 打包,在接收端协议去掉这些额外信息,只留下初始信息,这个过程叫解包. 下面是一段打包程序: #define MRTUC _DATAPOLL 0xE1 /定义包类型为数据包 #define MRTUC _DATAPOLLRESPONSE 0xE2/定义包类型为应答数据包 #define MRTUC _ACTIVATE 0xF1/定义包类型为请求握手包 #define MRTUC _ACTIVATEREQUEST 0xF2/定义包类型为应答握手包 #define E$HostID 0x11 /定义目标主机地址 void SCI_Putc( un
12、signed char data )； /通过 SCI 输出数据函数 void SCI_Puts(unsigned char *str,unsigned char length) /输出多数据函数 while ( length!=0 )SCI_Putc( *str+ ); /通过 SCI 发送数据Length-; void CheckActiveFunc(unsigned char unit) /请求握手函数 新疆大学创新实验室 Walfred 整理 2010.10新疆大学创新实验室 Walfred 整理 2010.10unsigned char buff8;buff0=0xFF; /引导字节
13、buff1=0xAA; /引导字节buff2=0x55; /引导字节buff3 = MRTUC _ACTIVATE; /数据包头字节buff4 = 0x03; /数据包长度buff5 = E$HostID; /主机地址buff6 = unit; /从机地址buff7 = 1 + (MRTUC _ACTIVATE + 0x03 + E$HostID + unit); /校验字节SCI_Puts(buff,8); /发送数据包 void ResponseActiveRequestFunc(void) unsigned char buff8;buff0=0xFF;buff1=0xAA;buff2=0
14、x55; buff3 = MRTUC _ACTIVATEREQUEST;buff4 = 0x03;buff5 = E$HostID;buff6 = unit;buff7 = 1 + (MRTUC _ACTIVATEREQUEST + 0x03 + E$HostID + unit);SCI_Puts(buff,8); void DataPollFunc(unsigned char unit) unsigned char buff8;buff0=0xFF;buff1=0xAA;buff2=0x55; buff3 = MRTUC _DATAPOLL;buff4 = 0x03;buff5 = E$Ho
15、stID;buff6 = unit;buff7 = 1 + (MRTUC _DATAPOLL + 0x03 + E$HostID + unit);SCI_Puts(buff,8); void ResponseDataPollFunc(unsigned char unit) unsigned char buff8;新疆大学创新实验室 Walfred 整理 2010.10新疆大学创新实验室 Walfred 整理 2010.10buff0=0xFF;buff1=0xAA;buff2=0x55;buff3 = MRTUC _DATAPOLLRESPONSE;buff4 = 0x3;buff5 = E$HostID;buff6 = unit;buff7 = 1 + (MRTUC _DATAPOLLRESPON
