【正文】 .......................................... 11 第 3 章 節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 .................................................. 12 系統(tǒng)整體架構(gòu) ..................................................... 12 A7102C 無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊 ............................................... 12 模塊功能特點(diǎn) ............................................... 13 模塊編程與收發(fā)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換 ................................... 14 模塊與 AT89C52 接口電路 ..................................... 16 HB12864M2 顯示模塊 ................................................ 16 模塊主要特色和功能描述 ..................................... 17 模塊顯示方式的軟件編程 ..................................... 17 模塊與 AT89C52 的接口電路 ................................... 19 微處理器 AT89C52 .................................................. 19 本章小結(jié) ......................................................... 20 第 4 章 無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議方案 .................................................. 21 協(xié)議層次結(jié)構(gòu)和通信方式 ........................................... 21 鏈路層基本定義 ................................................... 22 鏈路層幀結(jié)構(gòu)定義 ........................................... 23 控制命令定義 及含義 ......................................... 24 鏈路層工作流程 ................................................... 25 發(fā)送和接收流程 ............................................. 25 鏈路層組網(wǎng)流程 ............................................. 29 簡(jiǎn)單應(yīng)用層數(shù)據(jù)通信 ............................................... 32 鏈路層中轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn) ........................................... 33 本章小結(jié) ......................................................... 35 第 5 章 系統(tǒng)測(cè)試與總結(jié) .................................................... 36 系統(tǒng)測(cè)試與分析 ................................................... 36 系統(tǒng)改進(jìn) ......................................................... 39 本章小結(jié) ......................................................... 40 第 6 章 總結(jié)與展望 ........................................................ 41 致 謝 ................................................................... 42 參考文獻(xiàn) ................................................................. 43 附 錄 ................................................................... 45 附錄一 節(jié)點(diǎn)原理圖 .................................................... 45 附錄二 協(xié)議部分源程序 ................................................ 46 2020 屆電子信息工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 摘 要 近年來(lái)，短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)是發(fā)展最快、最引人注目的技術(shù)，有人曾經(jīng)預(yù)言，未來(lái)的世界將是無(wú)線(xiàn)世界。 關(guān)鍵詞： 無(wú)線(xiàn)通信 網(wǎng)，協(xié)議， 載波偵聽(tīng) ， A7102C 熊川：基于 A7102C 的短距離無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)設(shè)計(jì) II ABSTRACT In recent years, the wireless transport technology in short distance has bee the most amazing technology and it is developed in the highest speed. Someone has once predicted that the future is a wireless world. This paper introduces the design of short wireless munication work based on A7102C wireless munication chip which use the frequency of ISM. This paper explains the principle of wireless munication。這三部分，又常稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)三要素 [1]。典型的長(zhǎng)距離無(wú)線(xiàn)通訊系統(tǒng)主要包括發(fā)送終端、接收終端和中繼站。隨著無(wú)線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展，很多專(zhuān)家提出了以太網(wǎng)在無(wú)線(xiàn)領(lǐng)域的邏輯擴(kuò)展思想，形成由許多獨(dú)立的無(wú)線(xiàn)節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線(xiàn)電波相互信息交換的無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)。 (3)靈活性好。它的應(yīng)用場(chǎng)合可包括如下幾類(lèi) : (1)傳感器網(wǎng)絡(luò) 。 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(wú)法正常工作。比如會(huì)議、慶典、展覽等場(chǎng)合，可以免去布線(xiàn)和部署網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的工作。 組建家庭無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)和無(wú)線(xiàn)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，開(kāi)展移動(dòng)和可攜帶計(jì)算以及無(wú)所不在的通信業(yè)務(wù)等。 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(guò)程 等。 （ A） （ B） （ A）發(fā)射端框圖 （ B）接收端框圖 圖 無(wú)線(xiàn)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(xiàn)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。第二，使用全世界通用的頻段，使用該頻段的產(chǎn)品無(wú)須事先申請(qǐng)也無(wú)須交納頻率使用費(fèi)。 (WLAN)技術(shù)是 IEEE 最初制定的一個(gè)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，主要用于解決2020 屆電子信息工程專(zhuān)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(hù)終端的無(wú)線(xiàn)接入。調(diào)制方式為恒定包絡(luò)的 FSK調(diào)制。根據(jù)設(shè)想，它的應(yīng)用目標(biāo)主要是：工業(yè)控制 (如自動(dòng)控制設(shè)備、無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò) )，醫(yī)護(hù) (如監(jiān)視和傳感 )，家庭智能控制 (如照明、水電氣計(jì)量幾報(bào)警 )，消費(fèi)類(lèi)電子等大量的應(yīng)用場(chǎng)合。 它的規(guī)范對(duì)所有的廠(chǎng) 商是開(kāi)放的，具有 指導(dǎo) 國(guó)際網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和開(kāi)放系統(tǒng)走向的作用。在 協(xié)議中，是由一種稱(chēng)為 載波偵聽(tīng) /沖突檢測(cè) [8](CSMA/CD,Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)的協(xié)議來(lái)完成調(diào)節(jié)，這個(gè)協(xié)議解決了在 Ether 上的各個(gè)工作站如何在線(xiàn)纜上進(jìn)行傳輸?shù)膯?wèn)題，利用它檢測(cè)和 避免當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)網(wǎng)絡(luò)上的沖突。 同時(shí) 由于 RTSCTS 封包都很小，讓傳送的無(wú)效開(kāi)銷(xiāo)變小。星型結(jié)構(gòu)是指各工作站以星型方式連接成網(wǎng)。 本文設(shè)計(jì)所產(chǎn)生的星型網(wǎng)絡(luò)主要是由信息中心或者全功能設(shè)備 (具有有效的且有組網(wǎng)功能的網(wǎng)絡(luò)地址 )所建立的，這兩種設(shè)備是具有組網(wǎng)的功能，首先有該類(lèi)設(shè)備發(fā)出組網(wǎng)幀后，其他節(jié)點(diǎn)收到該幀之后才發(fā)出請(qǐng)求發(fā)送幀，來(lái)得到自己的地址；最后以形成一個(gè)星型網(wǎng)絡(luò)。 本章小 結(jié) 本章主要介紹了無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的基本知識(shí)，其最為重要的就是通信過(guò)程中信號(hào)的流向，這對(duì)我們理解通信系統(tǒng)的工作原理有很大的幫助。 一個(gè)完整的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點(diǎn)，必須有無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊，本文設(shè)計(jì)采用臺(tái)灣笙科公司的 A7102C 無(wú)線(xiàn) IC 芯片，該芯片可以工作在 ISM 頻段的 433M 等多個(gè)頻段，設(shè)計(jì)中采用的是 433M 單信道的方式，整 個(gè)通信也是一個(gè)半雙工的通信方式；其次，終端節(jié)點(diǎn)還必須有微處理器，用于 控制 無(wú)線(xiàn)模塊的工作方式，另外一個(gè)很重要的就是協(xié)議的處理，設(shè)計(jì)中協(xié)議部分完全采用軟件的方式實(shí)現(xiàn) ，設(shè)計(jì)中采用的 AT89C52 單片機(jī)，利用 單片機(jī)的普通 I/O 口模擬無(wú)線(xiàn)模塊的讀寫(xiě)時(shí)序來(lái)與其協(xié)調(diào)。 模塊編程與收發(fā)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換 A7102C 芯片提供了 16 個(gè) 16 位控制寄存器來(lái)設(shè)置其工作方式，寄存器地址為 8位；每一控制寄存器的 16 位數(shù)據(jù)不是全部有效，有一部分是沒(méi)有用到， 且有些寄存器的讀寫(xiě)操作代表著不同的意思，有些寄存器只能進(jìn)行寫(xiě)操作； 整個(gè)無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊的工作方式選擇 是通過(guò)微處理器對(duì)其進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。 式 () 式 () 2020 屆電子信息工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 表 鎖相環(huán)寄存器 1 表 鎖相環(huán)寄存器 2 (4) 代碼寄存器 (Code)： 設(shè)置數(shù)據(jù)的加 密和校驗(yàn)等功能 ； WS[6： 0]為數(shù)據(jù)加密種子； MCS 為 Manchester編碼的選擇位，為高時(shí)是編碼使能，為低時(shí)編碼無(wú)效； CRCS 為 CRC 校驗(yàn)位，高時(shí)是校驗(yàn)使能，低時(shí)是校驗(yàn)無(wú)效； IDL 為模塊 ID 位，為高時(shí)是 4 字節(jié) ID，為低時(shí)是 2字節(jié) ID。模塊的工作方式為 16 字節(jié) FIFO4 線(xiàn) 模式 (SCS， SCK， SDIO， IRQ)， 4 字節(jié) ID， 開(kāi)啟 Manchester編碼，開(kāi)啟硬件 CRC 校驗(yàn)， 開(kāi)啟 FSK 調(diào)制解調(diào)， 寄存器控制收發(fā)。同時(shí)在接口提供一復(fù)位引腳，可進(jìn)行軟件復(fù)位操作或硬件復(fù)位控制。 模塊顯示方式的軟件編程 模塊提供了 23 個(gè)顯示方式的操作命令， 只需要操作命令之后的參數(shù)，就可以使模塊正確顯示數(shù)據(jù)。 模塊與 AT89C52的接口電路 由于 液晶 顯示模塊采用 REQ/BUSY 握手的通訊方式，所以 單 片機(jī) 只需要控制模塊的這兩個(gè)引腳，然后操作數(shù)據(jù)線(xiàn)完成對(duì)模塊的顯示操作，當(dāng) REQ 信號(hào)無(wú)效時(shí)，數(shù)據(jù)線(xiàn)上的數(shù)據(jù)不會(huì)影響其顯示的方式和內(nèi)容，這 樣可以利于其他需要使用該數(shù)據(jù)口的外部設(shè)備對(duì)其讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。單片機(jī)簡(jiǎn)單外圍電路如圖 所示。 圖 協(xié)議層次結(jié)構(gòu) 最底層為物理層，由無(wú)線(xiàn)模塊 A7102C 實(shí)現(xiàn)，硬件完成電信號(hào)的轉(zhuǎn)換、編碼和調(diào)制解調(diào)等，軟件完成數(shù)據(jù)包的發(fā)送、接受和簡(jiǎn)單的處理。 圖 通信方式 收發(fā)雙方采用四次握手的通信過(guò)程，并且從設(shè)備發(fā)出的第一個(gè)數(shù)據(jù)包在協(xié)議設(shè)計(jì)中有抑制其他從設(shè)備向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)出數(shù)據(jù)包的作用。上層數(shù)據(jù)的通信都是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)地址來(lái)實(shí)現(xiàn)，下層數(shù)據(jù)的通信都是通過(guò) MAC 地址來(lái)實(shí)現(xiàn)，協(xié)議中有兩個(gè)數(shù)據(jù)表，一是存放轉(zhuǎn)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)地址信息，二是存放 MAC 地址信息。本協(xié)議中，主信息中心的網(wǎng)絡(luò)地址默認(rèn)為 0x00，廣播地址為 0xFF,從設(shè)備默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)地址為 0xFF。協(xié)議中涉及到熊川：基于 A7102C 的短距離無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)設(shè)計(jì) 24 MAC 表和轉(zhuǎn)發(fā)表，幀結(jié)構(gòu)當(dāng)中的地址信息就是通過(guò)查詢(xún)這兩個(gè)數(shù)據(jù)表格來(lái)實(shí)現(xiàn)。 請(qǐng)求發(fā)送幀 (0x00)：每一通信過(guò)程的建立是由此幀發(fā)起的，優(yōu)先獲得信道資源的從設(shè)備，優(yōu)先發(fā)送此幀，處于接收狀態(tài)的其他從設(shè)備，根據(jù)此幀會(huì)設(shè)置信道狀態(tài)，從而控制其發(fā)送狀態(tài)。當(dāng)從設(shè)備處于全功能設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，數(shù)據(jù)的傳送是靠從設(shè)備的父節(jié)點(diǎn)設(shè)備來(lái) 實(shí)現(xiàn)中轉(zhuǎn)的。 網(wǎng)絡(luò)號(hào)請(qǐng)求幀 (0x30)：此幀由全功能設(shè)備發(fā)出，通信的目的地是網(wǎng)絡(luò)信息中心，目的是避免網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)相同的網(wǎng)絡(luò)號(hào)，對(duì) MAC 表和轉(zhuǎn)發(fā)表的內(nèi)容造成矛盾。整個(gè)發(fā)送熊川：基于 A7102C 的短距離無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)設(shè)計(jì)