【正文】 ysics level, link layer and application layer. The host device controls guest device which joins in the work. The destination of data transmission is the information center. The data transfer mechanism of full function device realizes data transfer. Wireless munication protocol in the paper realizes that information center established munication work, and guest devices can transmit data to information center with the effective address which host device assign. KEY WORDS： Wireless working, protocol, CSMA, A7102C 2020 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1 章 緒 論 課題研究背景 近十年來，計(jì)算機(jī)技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，不論是硬件還是軟件，其變化之快都 是每個(gè)人有目共睹的 。目前應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有 Inter， 以及大大小小的企業(yè) LAN 等。 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)測系統(tǒng)、農(nóng)作物環(huán)境監(jiān)測控制系統(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。目前，我國可以使用的 ISM 頻率為 433MHz 和 。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。主要應(yīng)用于室內(nèi)無線信息交換。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 新的技術(shù)浪潮。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。在移動設(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，移動物體。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)集成和測試。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。 像無線路燈控制系統(tǒng)，終端節(jié)點(diǎn)可以測量該燈的電壓、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。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，對搶險(xiǎn)和救災(zāi)工作具有重要意義。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)，是這些場合通信的最佳選擇。 (5)動態(tài)場合和分布式系統(tǒng) 。 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對等應(yīng)用 (MPZP)。 (8)其它應(yīng)用 。 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，介紹了本課題研究的意義和內(nèi)容。 第五章 主要介紹了系統(tǒng)測試的結(jié)果和分析，并 在此基礎(chǔ)上提出了一些改進(jìn)的措施，對實(shí)際的應(yīng)用也作了簡單的介紹。它由發(fā)信設(shè)備、收信設(shè)備、信道等各部分組成。接收機(jī)輸入端的高頻放大器的功能是對天線上收到熊川：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，抑制其它頻率的無用信號，這通常是靠放大器中的調(diào)諧電路實(shí)現(xiàn)。用來在筆 記本計(jì)算機(jī)、移動電話、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。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。 IrDA 技術(shù)，簡單的講是 一種利用紅外線技術(shù)進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)通信的技術(shù)。 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。為了實(shí)現(xiàn)對數(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，以競爭的方式來獲取對信道的控制權(quán)。在 2FSK 方式下，最大數(shù)據(jù)傳輸率為 1Mb/s， 4FSK 方式下，速率可達(dá) 2Mb/s。 ZigBee 是一種通過簡捷方式實(shí)現(xiàn)“無線”溝通的方式。一般而言， ZigBee 技術(shù)應(yīng)用在以下幾方面具有顯著的優(yōu)勢： (1)需要無線通信交換信息的低成本裝置； (2)數(shù)據(jù)的交換量較小、傳輸?shù)乃俾室蟛桓撸? (3)功耗要求極低，采用電池供電且需要維持較長時(shí)間 (4)需要多個(gè) (尤其是大量 )設(shè)備組成無線通信網(wǎng)絡(luò)， 主要進(jìn)行檢測和控制的場合。 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 需要完成的工作包括發(fā)起通信的設(shè)備必須將數(shù)據(jù)通信的通路進(jìn)行激活，以保證要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)能在這條通路上正確發(fā)送和接收；要告訴網(wǎng)絡(luò)如何識別接收數(shù)據(jù)的 設(shè)備；發(fā)起通信的設(shè)備必須查明對方設(shè)備是否開機(jī)，并且與網(wǎng)絡(luò)連接正常；通信雙方傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式必須按照事先定義好的格式；對出現(xiàn)的各種差錯(cuò)和意外事故，如數(shù)據(jù)傳送、錯(cuò)誤或丟失等，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用相應(yīng)的處理機(jī)制等。它直接影響總線、接口和網(wǎng)絡(luò)的性能。物理層基本由 A7102C 來完成，鏈路層則是本文設(shè)計(jì)協(xié)議的重點(diǎn)，應(yīng)用層本文設(shè)計(jì)較少體現(xiàn)，通過簡單的數(shù)據(jù)模擬應(yīng)用層數(shù)據(jù)。在 無線局域網(wǎng)協(xié)議中，沖突的檢測存在一定的問題，這個(gè)問題稱為 Near/Far現(xiàn)象，這是由于要檢測沖突，設(shè)備必須能夠一邊接受數(shù)據(jù)信號一邊傳送數(shù)據(jù)信號，而這在無線系統(tǒng)中是無法辦到的。 由于 每個(gè)設(shè)備采用的隨機(jī)時(shí)間不同，所以可以減少沖突的機(jī)會。 CSMA/CA 通過這兩種方式來提供無線的共享訪問，這種顯式的 ACK 機(jī)制在處理無線問題時(shí)非常有效。拓?fù)鋱D給出網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、工作站的網(wǎng)絡(luò)配置和相互間的連接，它的結(jié)構(gòu)主要有星型結(jié)構(gòu)、環(huán)型結(jié)構(gòu)、總線結(jié)構(gòu)、分布式結(jié)構(gòu)、樹型結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié) 構(gòu)、蜂窩狀結(jié)構(gòu)以及它們的混合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等。網(wǎng)絡(luò)有中央節(jié)點(diǎn)，其他節(jié)點(diǎn)（ 全功能節(jié)點(diǎn) 、 精簡節(jié)點(diǎn) ）都與中央節(jié)點(diǎn)直接相連，這種結(jié)構(gòu)以中央節(jié)點(diǎn)為中心，因此又稱為集中式網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)它的網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間較小，傳輸誤差較低。 圖 星型結(jié)構(gòu) 2020 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 樹型結(jié)構(gòu) 樹型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) (圖 )可 以簡單的形容為多個(gè)星型結(jié)構(gòu)的集合。所以說相對來說，樹型結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)穩(wěn) 定性較差。其次介紹了各種無線短程通信技術(shù)的基 本情況和特別，并針對實(shí)際的應(yīng)用環(huán)境在本文設(shè)計(jì)中參照了一定的知識。 完整的網(wǎng)絡(luò)由分布在不同位置上的節(jié)點(diǎn)組成，但是僅有這些網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)還不夠，還得需 要相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來協(xié)調(diào)它們之間的通信才能完成網(wǎng)絡(luò)的組建，最后才能發(fā)揮出它應(yīng)有的作用。 最后，配以必要的外圍電路來完成整個(gè)節(jié)點(diǎn)的硬件環(huán)境搭建，主要是通過一定的顯示方式來表達(dá)網(wǎng)絡(luò)的各種情況，對于信息中心，主要是通過液晶的方式，其他節(jié)點(diǎn)都采用 LED 的方式來表達(dá)，黃色燈表示連接網(wǎng)絡(luò)成功，綠色燈表示數(shù)據(jù)傳送成功，紅色燈表示模塊處于發(fā)送的過程中。 該芯片 廣泛應(yīng)用于無線數(shù)據(jù)傳輸、遠(yuǎn)程控制、無線接入、家庭智能控制和無線玩具等數(shù)據(jù)速率要求不是很高的應(yīng)用場合。 下面對本文設(shè)計(jì)中所使用到一些寄存器做簡單的敘述。 (3) 鎖相環(huán) 寄存器 2(PLL2)： 設(shè)置 RF 頻率 (式 )； 這個(gè)頻率值既和發(fā)射的頻率有關(guān)，同樣和接收的頻率有關(guān)， A7102C 的發(fā)送和接收頻率是不一樣的，兩者相差 100K。寄存器詳細(xì)信息如表 。 寄存器詳細(xì)信息如表 所示。當(dāng) TRER 為高時(shí)，TRSR 為低時(shí)進(jìn)入接收狀態(tài)， TRSR 為高時(shí)進(jìn)入發(fā)送狀態(tài) ，當(dāng) TRER 為低時(shí)， TRSR不能控制其收發(fā)狀態(tài)。 圖 單片機(jī)與 A7102C 模塊接口圖 圖中無線收發(fā)模塊 IRQ 連接單片機(jī)的 ， 為單片機(jī)的外部中斷 1 輸入引腳 ，由于本文設(shè)計(jì)接收過程 采用中斷方式 ， 所以采用此種連接方式。簡單的 23 個(gè)用戶接口命令代碼，非常容易記憶。 通過字節(jié)點(diǎn)陣圖形方式造字； 上 /下 /左 /右整 屏移動顯示屏幕及整屏清除屏幕。由于本文設(shè)計(jì)中采用的顯示方式只有 一 種情況，所以下面就簡單介紹這 一 種顯示方式和一些其他必要的操作顯示指令。 (4) 整屏清屏： 0xF4(表 ) 表 清屏指令 該指令沒有操作數(shù) ,但是在實(shí)際使用需要注意 ,模塊完成整屏清屏的時(shí)間大概為10ms,所以在對模塊進(jìn)行后續(xù)操作時(shí) ,需在該時(shí)間之后才能對其進(jìn)行操作 ,不然會造成顯示的不正常。 模塊與單片機(jī)的接口電路如圖 所示。 在 本文設(shè)計(jì)中，主要是通信協(xié)議的設(shè)計(jì)，且協(xié)議控制過程完全是由單片機(jī)控制，考慮到設(shè)計(jì)中需要的全局變量較多，所以采 用 C52 系列的單片機(jī)，它具有 256 個(gè)字節(jié)RAM， 8K 的 ROM，較能滿足協(xié)議的運(yùn)行環(huán)境。 熊川：基于 A7102C 的短距離無線通信網(wǎng)設(shè)計(jì) 20 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng) 通過本章前面幾節(jié)的介紹，單片機(jī)不僅需要控制各個(gè)模塊的操作，還需要協(xié)調(diào)各模塊之間的操作，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，由于各模塊的操作必須獨(dú)立，而一般的程序執(zhí)行方式為順序執(zhí)行，這在很大程度上不能同時(shí)滿足各模塊都處于運(yùn)行中，其中還有某些模塊的執(zhí)行相對較少，有的則比較多，所以一般采用中斷的方式來實(shí)現(xiàn)。 接下來的一章將詳細(xì)介紹該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的協(xié)議，并通過幀的流程來表達(dá)協(xié)議的工作過程、網(wǎng)絡(luò)的建立和數(shù)據(jù)傳送。 鏈路層為整個(gè)協(xié)議的中間層， 是本協(xié)議的重點(diǎn)內(nèi)容，主要完成數(shù)據(jù)包的處理；網(wǎng)絡(luò)的組建和上層數(shù)據(jù)的傳輸都是基于鏈路層來完成。本層不是本協(xié)議的重點(diǎn)， 本文協(xié)議中利用簡單的數(shù)組來模擬實(shí)際的數(shù)據(jù)，之后就是對這個(gè)數(shù)組進(jìn)行裝包 /解包的處理和發(fā)送 /接受過程。因?yàn)閺脑O(shè)備一般情況下是處于接收狀態(tài)的，在得到組網(wǎng)信息之后，才會發(fā)出發(fā)送請求信息，此信息是通信建立的初始信息，表明該設(shè)備需要進(jìn)行通信。 鏈路層 基本定義 鏈路層操作的對象為幀，一個(gè)數(shù)據(jù)幀為 16 個(gè) 字節(jié)，對應(yīng)于物理層的數(shù)據(jù)包長度。 鏈路層幀結(jié)構(gòu)定義 從本章前面的敘述，一個(gè)數(shù)據(jù)幀應(yīng)包括地址信息、控制信息和數(shù)據(jù)信息三部分。如果是轉(zhuǎn)發(fā)地址確定的，則說明該數(shù)據(jù)幀是通過本設(shè)備中轉(zhuǎn)，數(shù)據(jù)包不交由上層處理。 轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)地址：此地址比較特殊，當(dāng)從設(shè)備屬于主信息中心所建網(wǎng)絡(luò)時(shí)， 該地址為主信息中心的地址；當(dāng)從設(shè)備不屬于主信息中心所建網(wǎng)絡(luò)時(shí)，該地址為源網(wǎng)絡(luò)地址。 幀編號：主要應(yīng)用于應(yīng)用層數(shù)據(jù)，當(dāng)傳送的數(shù)據(jù)超過一個(gè)數(shù)據(jù)幀所能攜帶的信息之后，利用幀編號把多個(gè)數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù) 信息組合起來。協(xié)議中利用數(shù)據(jù)信息實(shí)現(xiàn)。 控制命令 定義及含義 本節(jié)主要針對幀結(jié)構(gòu)當(dāng)中的控制信息進(jìn)行闡述，即對幀類型的編碼定義。 響應(yīng)發(fā)送幀 (0x01)：在主設(shè)備收到從設(shè)備發(fā)來的請求發(fā)送幀后，主設(shè)備會以此幀作為應(yīng)答，告訴該從設(shè)備通信已經(jīng)建立。地址值由主設(shè)備確定，不同的網(wǎng)絡(luò)主設(shè)備都有唯一的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)號，分配的地址就是以主設(shè)備地址為基礎(chǔ)，累加之后作為從設(shè)備的地址發(fā)給從設(shè)備，并且把相應(yīng)的 MAC 信息和轉(zhuǎn)發(fā)信息寫入對應(yīng)的信息列表。從設(shè)備的數(shù)據(jù)發(fā)送默認(rèn)目的地址是網(wǎng)絡(luò)信息中心的網(wǎng)絡(luò)地址 (0x00)。 組網(wǎng)幀 (0x20)：通知網(wǎng)絡(luò)中的從設(shè)備可以進(jìn)行地址請求幀，如果從設(shè)備沒有有效的網(wǎng)絡(luò)地址，就會進(jìn) 入地址請求的過程。 網(wǎng)絡(luò) 號應(yīng)答幀 (0x31)：網(wǎng)絡(luò)信息中心回答全功能設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)號請求，為下一級網(wǎng)絡(luò)的組建分配一個(gè)新的唯一的網(wǎng)絡(luò)號。鏈路層的操作最后是需 要把數(shù)據(jù)送往物理層，經(jīng) 由 物理層的無線模塊傳送到網(wǎng)絡(luò)的另一終端 ，這就需要調(diào)用物理層的相關(guān)發(fā)送和接收函數(shù)來處理鏈路層的操作。如果信道為閑，則直接將數(shù)據(jù)送完無線收發(fā)模塊，開啟模塊的發(fā)送狀態(tài)，進(jìn)入發(fā)送過程，最后判斷 IRQ位來決定發(fā)送是否完成。 package_in_mac()。 i++。 A7102_Status_Transmit()。 協(xié)議 接收過程采用中斷方式，數(shù)據(jù)包 CRC 校驗(yàn)正確之后，就判斷是否發(fā)往本設(shè)備的數(shù)據(jù)包，如是，則置接收標(biāo)志位，反 之丟棄或做其他的處理；對于接收 過程 ，主設(shè)備和從設(shè)備的處理過程稍有區(qū)別。組網(wǎng)信息是主設(shè)備發(fā)出的，從設(shè)備根據(jù)該信息判斷組網(wǎng)的主設(shè)備類型 (主信息中心和全功能設(shè)備 )；信道狀態(tài)是從設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)包的判斷依據(jù)。 EX1=0。 temp1= (0x0200 amp。 } else{…………… .} } } 2020 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 當(dāng)接收標(biāo)志位為 1 時(shí)，獲得主函數(shù)的處理，根據(jù)接收數(shù)據(jù)幀的幀類型判斷接下來的操作，由于主設(shè)備在通信的雙方是一個(gè)被動接收的過程，當(dāng)發(fā)出組網(wǎng)信息之后 ，之后的操作就是根據(jù)從設(shè)備的請求作相應(yīng)的應(yīng)答