CC1020的點(diǎn)對多點(diǎn)無線組網(wǎng)研究
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在近距離無線數(shù)據(jù)采集與自動控制系統(tǒng)中，往往需要組成點(diǎn)對多點(diǎn)的系統(tǒng)，即一個(gè)主機(jī)與多個(gè)從機(jī)的系統(tǒng)，如圖1所示。在這樣的系統(tǒng)中，主機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，負(fù)責(zé)發(fā)送指令和接收數(shù)據(jù)；從機(jī)被動地接收主機(jī)的指令，收到指令后，首先確定指令的類型，然后開始相應(yīng)的工作。例如在無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，主機(jī)負(fù)責(zé)選擇需要的從機(jī)，并啟動從機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后接收從機(jī)采集到的數(shù)據(jù)；從機(jī)則根據(jù)接收到的主機(jī)發(fā)給自己的指令，啟動數(shù)據(jù)采集并發(fā)送數(shù)據(jù)給主機(jī)，
或停止工作。
點(diǎn)對多點(diǎn)的無線系統(tǒng)對無線傳輸提出了雙向通信的要求，即主機(jī)和從機(jī)都可以進(jìn)行發(fā)射與接收，并且相互之間協(xié)調(diào)有序，不會產(chǎn)生沖突和干擾。其實(shí)現(xiàn)方式有多種，本文從基于無線收發(fā)芯片CCl020實(shí)現(xiàn)這種點(diǎn)對多點(diǎn)無線系統(tǒng)出發(fā)，詳細(xì)論述了該系統(tǒng)的3種簡單實(shí)現(xiàn)方式。
1 基于CCl020實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對多點(diǎn)系統(tǒng)
1．1 CCl020概述
CCl020是為極低功率、極低電壓的無線應(yīng)用而設(shè)計(jì)的單片UHF收發(fā)芯片。電路主要應(yīng)用于402、424、426、429、433、447、449、469、868和915 MHz的ISM和SRD頻帶，也可以通過編程工作于402～470 MHz和804～940 MHz的其他頻率。
CCl020電源電壓為2．3～3．6 V，有接收、發(fā)射和低功耗3種模式。在接收模式下，電流消耗為17 mA。CCl020尤其適用于信道間距為12．5 kHz或25 kHz的窄帶系統(tǒng)。在12．5 kHz帶寬的信道中，靈敏度可達(dá)一119 dBm，數(shù)據(jù)速率高達(dá)153．6 kbps。CCl020具有ASK、FSK和GFSK三種數(shù)據(jù)調(diào)制方式，有數(shù)字接收信號強(qiáng)度指示器、載波檢測指示器和鏡像抑制混頻器，無需溫度補(bǔ)償晶體振蕩器(TCXO)即可補(bǔ)償晶體溫度漂移。
在典型應(yīng)用系統(tǒng)中，CCl020與單片機(jī)和少量外部無源元件結(jié)合使用。圖2為CCl020與單片機(jī)AT89C2051連接的電路示意圖。圖中DVDD與AVDD均為3 V。
CCl020的工作是建立在對其33個(gè)可編程配置寄存器進(jìn)行編程基礎(chǔ)上的，33個(gè)配置數(shù)據(jù)可由SmartRF Studio軟件根據(jù)參數(shù)選取的不同生成最佳搭配值，再根據(jù)自己的實(shí)際需要調(diào)整個(gè)別寄存器的參數(shù)。
單片機(jī)使用3或4個(gè)I／0引腳與CCl020的結(jié)構(gòu)配置SPI兼容接口(PDI，PDO，PCLK和PSEL)連接。PD0接單片機(jī)的輸入，PDI、PCLK和PSEL接單片機(jī)的輸出。如果PDI和PD0連接在一起，則可以節(jié)省一個(gè)I／0引腳，此時(shí)單片機(jī)使用一個(gè)雙向引腳。單片機(jī)的一個(gè)雙向引腳與CCl020的DIO引腳連接，用于數(shù)據(jù)的發(fā)射和接收(輸入與輸出)。DCLK提供數(shù)據(jù)時(shí)鐘，必須連接到單片機(jī)的一個(gè)輸入端。當(dāng)工作在同步模式時(shí)，根據(jù)DCLK引腳端提供的同步時(shí)鐘從DIO引腳進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)。
在點(diǎn)對多點(diǎn)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)中，重點(diǎn)在于對CCl020的結(jié)構(gòu)配置與收發(fā)軟件的設(shè)計(jì)上。
1．2 基于地址碼的點(diǎn)對多點(diǎn)系統(tǒng)
點(diǎn)對多點(diǎn)系統(tǒng)中從機(jī)與主機(jī)的交流可以通過地址碼的形式來實(shí)現(xiàn)，地址碼包含在數(shù)據(jù)幀中。最簡單的數(shù)據(jù)幀形式如下：
Lead為引導(dǎo)字節(jié)(即同步碼)，通過測試和試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，OxFF后跟OxAA、Ox55在噪聲中不容易發(fā)生，接收協(xié)議規(guī)定只接收以O(shè)xFF后跟OxAA、0x55開始的包；Address為從機(jī)地址碼；地址碼后跟規(guī)定字節(jié)的數(shù)據(jù)；CheckSum為數(shù)據(jù)幀校驗(yàn)字節(jié)。
工作時(shí)，主機(jī)根據(jù)所選的從機(jī)改變地址碼，緊跟著發(fā)送指令數(shù)據(jù)；從機(jī)則在識別到同步碼后，首先根據(jù)地址碼判斷此數(shù)據(jù)幀是否是發(fā)給自己的，然后相應(yīng)地選擇放棄或接收。從機(jī)發(fā)送、主機(jī)接收的協(xié)議與此類似。圖3與圖4分別給出了基于CCl020使用地址碼應(yīng)用于點(diǎn)對多點(diǎn)無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主從機(jī)軟件工作流程。
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