【正文】 個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通常由三個(gè)部分組成： 1) 可以共享的網(wǎng)絡(luò)資源 網(wǎng)絡(luò)服務(wù) ， 2) 提供網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)耐ǖ?， 3) 保證通信 的規(guī)則 協(xié)議。這三部分，又常稱為網(wǎng)絡(luò)三要素 [1]。 手機(jī)通話、短信息通信無處不在； GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)為我們導(dǎo)航指路；無線智能家居設(shè)備、無線故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、農(nóng)作物環(huán)境監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)等典型應(yīng)用，讓我看到無線技術(shù)不斷發(fā)展和不斷擴(kuò)大，無線技術(shù)正不斷改變我們的生活方式，使人們的生活更加舒適、美好、安全。對(duì)于無線系統(tǒng)來說，是以天線為載體發(fā)送接收無線電波來實(shí)現(xiàn)信息地正確發(fā)送和接收，發(fā)射時(shí)，把高頻電流轉(zhuǎn)化為電波；接收時(shí)，把電波轉(zhuǎn)換為高頻電流。依據(jù)頻譜不同，各國(guó)的無線電管理機(jī)構(gòu)都對(duì) RF 頻道的使用進(jìn)行了相應(yīng)的管理。而頻道管理最基 本的規(guī)則是無線收發(fā)器的使用需要獲得許可，同時(shí)也規(guī)定了一些無須許可的免費(fèi)頻帶，也稱 ISM 頻帶，以滿足不同的需要。目前，我國(guó)可以使用的 ISM 頻率為 433MHz 和 。而 ISM 頻帶在歐洲所分配到的頻率為 433MHz、 868MHz、。 無線通信系統(tǒng)可分為長(zhǎng)距離無線通信系統(tǒng)和短距離無線通信系統(tǒng)。典型的長(zhǎng)距離無線通訊系統(tǒng)主要包括發(fā)送終端、接收終端和中繼站。其中發(fā)送終端向外界發(fā)送數(shù)據(jù)信息，隨著距離的增加，需要中繼站來提高信號(hào)傳輸質(zhì)量，接收終端把信息接收下來并進(jìn)行分析、處理以備使用。長(zhǎng)距離無線通訊系統(tǒng)， 廣泛應(yīng)用于軍事、交通、電臺(tái)、石油勘探等領(lǐng)域。但長(zhǎng)距離無線通訊系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是通訊距離一般在幾十米到幾千公里，但大部分需要申請(qǐng)固定的無線頻道，需要交納使用費(fèi)用。短距離無線通信系統(tǒng)，是隨著數(shù)字通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展而產(chǎn)生的，短距離無線通信和長(zhǎng)距離無線通信有很多不同之處，主要有無線發(fā)射功率低適合電池供電，一般功率在幾 1mW 到小熊川：基于 A7102C 的短距離無線通信網(wǎng)設(shè)計(jì) 2 于 10mW，通信距離從幾厘米到幾百米， 使用全向天線或 PCB 天線，不受環(huán)境阻隔影響，一般工作在 ISM 頻段等優(yōu)點(diǎn)。主要應(yīng)用于室內(nèi)無線信息交換。典型應(yīng)用包括射頻身份識(shí)別（ RFID）系統(tǒng)、無線 局域網(wǎng)、無線條碼閱讀器、無線安全系統(tǒng)等。同時(shí)，在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，以太網(wǎng)是一種采用 CSMA/CD 訪問機(jī)制，基于總線型的局域網(wǎng)，以其高度靈活、相對(duì)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)等顯著特點(diǎn)，成為當(dāng)前最重要、最廣泛采用的局域網(wǎng)技術(shù)。隨著無線技術(shù)的發(fā)展，很多專家提出了以太網(wǎng)在無線領(lǐng)域的邏輯擴(kuò)展思想，形成由許多獨(dú)立的無線節(jié)點(diǎn)通過無線電波相互信息交換的無線通信網(wǎng)絡(luò)。時(shí)代需要速度更快、互操作更方便以及更安全可靠的無線網(wǎng)絡(luò)， Nordic VLSI、 Freascale、Atmel、臺(tái)灣笙科公司 等 IC生廠商都相繼推出了新一代短距離無線數(shù)據(jù)通信收 發(fā)芯片，以 nRF90 CC1100、 Jennic、 A7102C 為主流的無線芯片性能得到了很大提高，最新的無線收發(fā)芯片將全部無線通信需要的調(diào)制 /解調(diào)芯片、高 /低頻放大器等全部集成在芯片中，使外圍器件大幅度減少，很容易與各種型號(hào)微控制器連接實(shí)現(xiàn)高可靠性無線通信，使開發(fā)無線產(chǎn)品成本大大降低，開發(fā)難度更簡(jiǎn)單，應(yīng)用更廣泛，嵌入式無線通信和無線網(wǎng)絡(luò)將逐步取代現(xiàn)有的 有線通信和有線網(wǎng)絡(luò)，無線技術(shù)將展示其巨大的影響力，必將掀起一場(chǎng) 新的技術(shù)浪潮。 課題研究的意義 無線組網(wǎng)技術(shù)是一種新興的信息獲取技術(shù)和管理技術(shù)，無線通 信將幫助我們更有效地使用資源，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)力。無線系統(tǒng)以電磁波作為傳輸介質(zhì)，避免了有線系統(tǒng)的諸多弊病，同時(shí)在成本、靈活性和使用性上全面超越有線系統(tǒng)。無線系統(tǒng) [2]與有線系統(tǒng)相比在以下五個(gè)方面具有優(yōu)勢(shì)： (1)低成本。隨著技術(shù)的進(jìn)步，有線系統(tǒng)在安裝、維護(hù)、故障排除和升級(jí)等方面的費(fèi)用都在不斷增加，而無線系統(tǒng)的相應(yīng)費(fèi)用卻有下降的趨勢(shì)。 (2)接口故障少。大多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)故障都發(fā)生在接口處，無線系統(tǒng)顯著地降低了接口故障的發(fā)生率。 (3)靈活性好。在移動(dòng)設(shè)備中，沒有了傳輸線的制約，人們能夠更加靈活地根據(jù)需要放置 器具，移動(dòng)物體。 (4)應(yīng)用范圍廣。如將無線技術(shù)應(yīng)用于傳感器，可以使傳感器避免附有大量的傳輸線，移動(dòng)方便，同時(shí)也可以減小傳感器的體積。 (5)系統(tǒng)測(cè)試簡(jiǎn)便。無線設(shè)備可以迅速組成有效地通信網(wǎng)絡(luò)，從而可以使我們方便快捷地進(jìn)行系統(tǒng)集成和測(cè)試。 2020 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 短距離無線網(wǎng)絡(luò) 可以快速部署 于范圍較小 ，不需要固定基礎(chǔ)設(shè)施的支持，能夠在不能或不便利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的情況下提供一種通信支撐平臺(tái)，從而拓寬了移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場(chǎng)合，它可以作為獨(dú)立的系統(tǒng)運(yùn)行，也可以作為子網(wǎng)連接到互聯(lián)網(wǎng)(Inter)上，可用于國(guó)防戰(zhàn)備、搶險(xiǎn)救災(zāi)、應(yīng)對(duì)突發(fā) 事件、教學(xué)、會(huì)議、無線群體多媒體應(yīng)用、個(gè)人通信等無法得到有線 網(wǎng)絡(luò)支持或只是臨時(shí)需要通信的環(huán)境。毫無疑問，在不久的將來， 短距離無線網(wǎng)絡(luò) 將 全面進(jìn) 入人們的工作和生活。它的應(yīng)用場(chǎng)合可包括如下幾類 : (1)傳感器網(wǎng)絡(luò) 。傳感器網(wǎng)絡(luò)是無線 組網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的另一大領(lǐng)域。對(duì)于很多應(yīng)用場(chǎng)合來說傳感器網(wǎng)絡(luò)只能使用無線通信技術(shù)，并且傳感器的發(fā)射功率很小。分散的傳感器通過無線自組網(wǎng)技術(shù)組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)傳感器之間和 主 控制中心之間的通信。這種網(wǎng)絡(luò)具有非常廣闊的應(yīng)用前景。 像無線路燈控制系統(tǒng)，終端節(jié)點(diǎn)可以測(cè)量該燈的電壓、電流、功率、功率因 素等各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，將這些數(shù)據(jù)發(fā)往終端信息中心進(jìn)行的處理以獲得各種所需要的信息。同 樣對(duì)于各種工業(yè)或者工程環(huán)境，需要在許多不同地點(diǎn)安裝檢測(cè)點(diǎn)，這時(shí)短 距離的無線網(wǎng)絡(luò)便是最好的選擇。 (2)緊急和突發(fā)場(chǎng)合 。 在發(fā)生了地震、水災(zāi)、火災(zāi)或遭受其它災(zāi)難后，固定的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)施都可能無法正常工作。此時(shí)無線自組網(wǎng)能夠在這些惡劣和特殊的環(huán)境下提供通信支持，對(duì)搶險(xiǎn)和救災(zāi)工作具有重要意義。此外當(dāng)刑警或消防隊(duì)員緊急執(zhí)行任務(wù)時(shí)，可以通過無線自組網(wǎng)來保障通信指揮的順利進(jìn)行。 (3)偏遠(yuǎn)野外地區(qū) 。 當(dāng)處于邊遠(yuǎn)或野外地區(qū)時(shí)，無法依賴固定或預(yù)設(shè)的網(wǎng) 絡(luò)設(shè)施進(jìn)行通信。無線自組網(wǎng)技術(shù)具有單獨(dú)組網(wǎng)能力和自組織特點(diǎn)，是這些場(chǎng)合通信的最佳選擇。 (4)臨時(shí)場(chǎng)合 。 無線自組網(wǎng)的快速、簡(jiǎn)單組網(wǎng)能力使得它可以用于臨時(shí)場(chǎng)合的通信。比如會(huì)議、慶典、展覽等場(chǎng)合，可以免去布線和部署網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的工作。 (5)動(dòng)態(tài)場(chǎng)合和分布式系統(tǒng) 。 通過無線連接遠(yuǎn)端的設(shè)備、傳感節(jié)點(diǎn)和激勵(lì)器，無線自組網(wǎng)可以方便地用于分布式控制，特別適合于調(diào)度和協(xié)調(diào)遠(yuǎn)端設(shè)備的工作，減少分布式控制系統(tǒng)的維護(hù)和重配置成本。無線自組網(wǎng)還可以用于在自動(dòng)高速公路系統(tǒng)(AHS)中協(xié)調(diào)和控制車輛，對(duì)工業(yè)處理過程進(jìn)行遠(yuǎn)程控制等。 (6)個(gè)人通信 。 個(gè)人局域網(wǎng) (PAN)是無線自組網(wǎng)技術(shù)的又一應(yīng)用領(lǐng)域，用于實(shí)現(xiàn)PDA、手機(jī)、掌上電腦等個(gè)人電子通信設(shè)備之間的通信，并可以構(gòu)建虛擬教室和討論組等嶄新的移動(dòng)對(duì)等應(yīng)用 (MPZP)?？紤]到電磁波的輻射問題，個(gè)人局域網(wǎng)通信設(shè)備的無線發(fā)射功率應(yīng)盡量小，這樣無線自組網(wǎng)的多跳通信能力將再次展現(xiàn)它的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。 熊川：基于 A7102C 的短距離無線通信網(wǎng)設(shè)計(jì) 4 (7)商業(yè)應(yīng)用 。 組建家庭無線網(wǎng)絡(luò)、無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)和無線設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，開展移動(dòng)和可攜帶計(jì)算以及無所不在的通信業(yè)務(wù)等。 (8)其它應(yīng)用 。 考慮到 短程無線網(wǎng)絡(luò) 具有很多優(yōu)良特性，它的應(yīng)用領(lǐng)域還有很多，這需要 我們進(jìn)一步去挖掘。比如它可以用來擴(kuò)展現(xiàn)有蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的覆蓋范圍，實(shí)現(xiàn)地鐵和隧道等場(chǎng)合的無線覆蓋，實(shí)現(xiàn)汽車和飛機(jī)等交通工具之通信，用于輔助教學(xué)和構(gòu)建未來的移動(dòng)無線城域網(wǎng)和自組織廣域網(wǎng)等。 課題研究的主要內(nèi)容 本文設(shè)計(jì)所采用的是笙科公司 ISM 模塊芯片 A7102C 作為 無線數(shù)據(jù)的收發(fā)，配以AT89C52 微處理用于相應(yīng)的控制操作，軟件實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議以組成短距離無線通信網(wǎng)絡(luò)，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)有效的傳輸。 第一章敘述了短距離無線 網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 的背景、意義 以及發(fā)展趨勢(shì)，介紹了本課題研究的意義和內(nèi)容。 第二章 敘述了無線通信技 術(shù)的基本原理 、各種短距離無線技術(shù)的比較、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 以及 CSMA/CA 等知識(shí)。 第三章詳細(xì)敘述了網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案以及硬件組成，并介紹了各元件的規(guī)格參數(shù)和編程重點(diǎn)。 第四章詳細(xì)敘述了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計(jì)方案，包括拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、 協(xié)議的 簡(jiǎn)單分層、幀結(jié)構(gòu)的定義、數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)以及各節(jié)點(diǎn)的發(fā)送和接收過程 等。 第五章 主要介紹了系統(tǒng)測(cè)試的結(jié)果和分析，并 在此基礎(chǔ)上提出了一些改進(jìn)的措施，對(duì)實(shí)際的應(yīng)用也作了簡(jiǎn)單的介紹。 第六章對(duì)本論文進(jìn)行了 全面 的總結(jié) 和展望 。 2020 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第 2 章 無線通信 和網(wǎng)絡(luò) 技術(shù)基本理論 無線通信技術(shù)基本原理 通信的主要任務(wù)就是傳送信息。所謂信息，就是要傳送的文字、 圖像 、數(shù)據(jù)等，通常它們都是以電信號(hào)的形式出現(xiàn)。它由發(fā)信設(shè)備、收信設(shè)備、信道等各部分組成。在無線通信中，信道就是電磁波傳播的途徑，發(fā)送端用戶通過發(fā)信設(shè)備將 消息變?yōu)檫m合于信道傳送的信號(hào)，收信設(shè)備則把收到的信號(hào)還原成信息， 并傳送到接收端用戶。其原理圖如圖 所示。 （ A） （ B） （ A）發(fā)射端框圖 （ B）接收端框圖 圖 無線信號(hào) 收發(fā)典型框圖 發(fā)射機(jī)中，振蕩器的作用是產(chǎn)生最初的高頻信號(hào)，他的頻率等于或低于所需的工作頻率 fs，在后一種情況下，倍頻器輸出的信號(hào)頻率為振蕩器頻率的整數(shù)倍，高頻功率放大器的主要功能是將振蕩器或倍頻器輸出的小信號(hào)放大到足夠的功率電平，用以推動(dòng)功率更大的高頻輸出功率放大器，輸出功放的一個(gè)功能是直接產(chǎn)生大功率的高頻信號(hào)，并發(fā)送到發(fā)射天線上去，另一個(gè)功能是對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)行振幅調(diào)制，使高頻信號(hào)的振幅隨傳送信號(hào)的大小而變化。接收機(jī)輸入端的高頻放大器的功能是對(duì)天線上收到熊川：基于 A7102C 的短距離無線通信網(wǎng)設(shè)計(jì) 6 的所需信號(hào)進(jìn)行初步的選擇和放大，“選擇”就是只選取頻率為關(guān)的所需信號(hào)，抑制其它頻率的無用信號(hào)，這通常是靠放大器中的調(diào)諧電路實(shí)現(xiàn)?；祛l器將來自 本地振蕩器，頻率為五的信號(hào) 與所需信號(hào)相混 (頻率相加或相減 )，得到頻率 fI=fLfS的中頻信號(hào)，中頻放大器是中心頻 率固定的頻帶 (帶通 )放大器，它可以進(jìn)一步濾除無用信號(hào)，檢波器的功能是將得到的調(diào)幅信號(hào)還原成原信號(hào) (稱為解調(diào) )[3]。 短距離無線通信技術(shù) 目前有代表性的短距離無線網(wǎng)絡(luò)有 ： 藍(lán)牙網(wǎng) 、 IrDA、 (WLAN)、HomeRF、 ZigBee。 藍(lán)牙技術(shù) [4]是由移動(dòng)通信公司與計(jì)算機(jī)公司聯(lián)合開發(fā)的傳輸距離約為 10 米 左右的短距離無線通信標(biāo)準(zhǔn)。用來在筆 記本計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話、以及其它 的無線設(shè)備之間建立起一種小型、經(jīng)濟(jì)、短距離的無線鏈路。藍(lán)牙協(xié)議能實(shí)現(xiàn)移動(dòng)電話、掌上電腦、筆記本計(jì)算機(jī)、相關(guān)外設(shè)、家庭 Hub 等眾多設(shè)備之間進(jìn)行信息交換。 藍(lán)牙技術(shù)具有如下的特點(diǎn) ： 第一，可同時(shí)發(fā)送語音與數(shù)據(jù)，藍(lán)牙技術(shù)定義了電路交換與包交換的數(shù)據(jù)傳輸類型，能夠同時(shí)支持語音與數(shù)據(jù)信息的傳輸。第二，使用全世界通用的頻段，使用該頻段的產(chǎn)品無須事先申請(qǐng)也無須交納頻率使用費(fèi)。為了避免與此頻段上的其它通信系統(tǒng)互相干擾，藍(lán)牙技術(shù)采用頻率跳躍技術(shù)來消除干擾和降低電波衰減。第三，低功耗與低成本的模塊，藍(lán)牙技術(shù)在定義時(shí)即以輕、薄、小 為目標(biāo)，希望能夠?qū)⑺{(lán)牙技術(shù)組合在單芯片內(nèi)，達(dá)到單芯片低成本、低功率、體積小的目標(biāo)。第四，可以應(yīng)用于各種電子設(shè)備，根據(jù)藍(lán)牙技術(shù)核心規(guī)范的定義，藍(lán)牙技術(shù) 幾 以應(yīng)用到各種移動(dòng)設(shè)備上，如移動(dòng)電話、無繩電話、 筆記本電腦以及各式各樣的無線數(shù)據(jù)采集設(shè)備。最后 支持多個(gè)藍(lán)牙 設(shè)備的互相連接， 藍(lán)牙技術(shù)是一種 點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信協(xié)議，在定義上，一個(gè)藍(lán)牙設(shè)備最多可以同時(shí)連接另外 7 個(gè)藍(lán)牙設(shè)備，周圍最多可有 255 個(gè)等待的藍(lán)牙設(shè)備 (處于 standby 狀態(tài) )，利用藍(lán)牙技術(shù)可將周邊的設(shè)備連接起來，形成一個(gè)小型的無線通信系統(tǒng)。 IrDA 技術(shù)，簡(jiǎn)單的講是 一種利用紅外線技術(shù)進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的技術(shù)。 IrDA 技術(shù)比較成熟，設(shè)備體積小，功耗低、所使用的頻譜資源不需申請(qǐng)，很好地解 決了當(dāng)前頻譜資源匱乏 的問題 ； 此外紅外線 LED 及接收器等組件遠(yuǎn)比一般 RF 組件便宜。同時(shí)由于 Inter 的迅猛發(fā)展和圖形文件的增多， IrDA 的高速率傳輸優(yōu)勢(shì)在掃描儀和數(shù)碼相機(jī)等圖形處理設(shè)備中更可發(fā)揮長(zhǎng)處。 (WLAN)技術(shù)是 IEEE 最初制定的一個(gè)無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，主要用于解決2020 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 辦公室局域網(wǎng)和校園網(wǎng)中用戶終端的無線接入。 支持兩種傳輸速率，即基于BPSK 的 1Mb/s 和 QPSK 的 2Mb/s，目前的 標(biāo)準(zhǔn)支持的最大速率達(dá)到11Mb/s。 規(guī)定了四種物理層傳輸方式 :直接序列擴(kuò)頻 (DSSS)、跳頻 (FHSS)、紅外方式 (IrDA)和正交頻分 (OFDM)調(diào)制方式。目前的 方式采用了直接序列擴(kuò)頻 (DSSS)，它所支持的范圍室外為 300 米，辦公環(huán)境中為 100 米。 HomeRF 主要為家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，旨在降低語音數(shù)據(jù)成本。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)包的高效傳輸， HomeRF 采用了 標(biāo)準(zhǔn)中的 CSM/CA 模式，它與 CSM/CD 類似，以競(jìng)爭(zhēng)的方式來獲取對(duì)信道的控制權(quán)。提供了對(duì)流業(yè)務(wù)的真正意義上的支持，由于對(duì)流業(yè)務(wù)規(guī)定了高級(jí)別的優(yōu)先權(quán)并采用了帶有優(yōu)先權(quán)重發(fā)機(jī)制，這樣確保了實(shí)時(shí)性流業(yè)務(wù)的帶寬和低干擾、低誤碼。 HomeRF 工作在 頻段，它采用數(shù)字調(diào)頻擴(kuò)頻技術(shù)，速率為 50 跳 /