【正文】 作為發(fā)送和接受 過程中 的信號。 式 () 式 () 2020 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（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，為高時是編碼使能，為低時編碼無效； CRCS 為 CRC 校驗位，高時是校驗使能，低時是校驗無效； IDL 為模塊 ID 位，為高時是 4 字節(jié) ID，為低時是 2字節(jié) ID。該 RF 頻率的設(shè)置需要 PLL1 寄存器的 IP 值 一起得出。 式 () 式 () 式 () 表 系統(tǒng)時鐘寄存器 (2) 鎖相環(huán)寄存器 1(PLL1)： 設(shè)置 RF 參考計數(shù)器 (式 )。 (1) 系統(tǒng)時鐘寄存器 (System Clock)： 設(shè)置 SDR 數(shù)據(jù)速率分頻值 (式 )、 GRC 時鐘參考頻率分頻值 (式 )和 CSC 系統(tǒng)時鐘頻率分頻值 (式 )。 模塊編程與收發(fā)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換 A7102C 芯片提供了 16 個 16 位控制寄存器來設(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，有一部分是沒有用到， 且有些寄存器的讀寫操作代表著不同的意思，有些寄存器只能進行寫操作； 整個無線收發(fā)模塊的工作方式選擇 是通過微處理器對其進行參數(shù)設(shè)置。 2020 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 模塊功能 特點 A7102C 由于采用了低功耗設(shè)計，高接收靈敏度的設(shè)計，滿足無線管制的要求，無須使用許可證，因此在低功耗、低成本無線傳輸設(shè)備的選用時具有很大的優(yōu)勢。通信 方式為半雙工方式，不能同時進行收發(fā)操作，實際工作頻率采用其中的一個頻段，所以為單信道的通信線路，實際中需配以必要的外圍電路，包括濾波電路和晶振等。下面詳細 介紹節(jié)點的重要硬件組成部分。 一個完整的無線網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點，必須有無線收發(fā)模塊，本文設(shè)計采用臺灣笙科公司的 A7102C 無線 IC 芯片，該芯片可以工作在 ISM 頻段的 433M 等多個頻段，設(shè)計中采用的是 433M 單信道的方式，整 個通信也是一個半雙工的通信方式；其次，終端節(jié)點還必須有微處理器，用于 控制 無線模塊的工作方式，另外一個很重要的就是協(xié)議的處理，設(shè)計中協(xié)議部分完全采用軟件的方式實現(xiàn) ，設(shè)計中采用的 AT89C52 單片機，利用 單片機的普通 I/O 口模擬無線模塊的讀寫時序來與其協(xié)調(diào)。 本文設(shè)計所體現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)由三類節(jié)點組成，分別是信息中心、全功能設(shè)備和精簡設(shè)備。熊川：基于 A7102C 的短距離無線通信網(wǎng)設(shè)計 12 第 3 章 節(jié)點系統(tǒng)設(shè)計方案 系統(tǒng)整體架構(gòu) 一個完整的系統(tǒng)不僅包括硬件資源，同樣也包括軟件資源，并相輔相成、缺一不可。最后就是介紹了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的一些重要的概念 和思想，同樣 按照實際的應(yīng)用環(huán)境，提出本文設(shè)計中所體現(xiàn)的一些基本的思想，如 載波偵聽，網(wǎng)絡(luò)拓撲，協(xié)議分層等重要的思想。 本章小 結(jié) 本章主要介紹了無線通信技術(shù)的基本知識，其最為重要的就是通信過程中信號的流向，這對我們理解通信系統(tǒng)的工作原理有很大的幫助。 本文設(shè)計所生成的樹型網(wǎng)絡(luò)，主要由信息中心和全功能設(shè)備兩者共同完成。 圖 樹型結(jié)構(gòu) 樹型結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是成本較低、覆蓋范圍較大，缺點是動態(tài)環(huán)境適應(yīng)性差，同時若任何一個節(jié)點的中斷和鼓掌將會導(dǎo)致部分節(jié)點脫離網(wǎng)絡(luò)。若干個星型拓撲連接到一起，可以使通信區(qū)域大幅擴大。 本文設(shè)計所產(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，首先有該類設(shè)備發(fā)出組網(wǎng)幀后，其他節(jié)點收到該幀之后才發(fā)出請求發(fā)送幀，來得到自己的地址；最后以形成一個星型網(wǎng)絡(luò)。但這種結(jié)構(gòu)非常不利的一點是，中心系統(tǒng)必須具有極高的可靠性，因為中心系統(tǒng)一旦損壞，整個系統(tǒng)便趨于癱瘓。端用戶設(shè)備因為故障而停機時也不會影響其它端用戶間的 通信。這種結(jié)構(gòu)便于集中控制，因為端用戶之間的通信必須經(jīng)過中心站。星型結(jié)構(gòu)是指各工作站以星型方式連接成網(wǎng)。 在這里主要介紹本文設(shè)計中所用到的星型拓撲結(jié)構(gòu)和樹型拓撲結(jié)構(gòu)。 熊川：基于 A7102C 的短距離無線通信網(wǎng)設(shè)計 10 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)是指用傳輸媒體互連各種設(shè)備的物理布局，就是用什么方式把網(wǎng)絡(luò)中的 終端 設(shè)備連接起來。然而不管是對于 還是 來說，這種方式都增加了額外的負擔(dān)，所以 網(wǎng)絡(luò)和類似的 Ether 網(wǎng)比較總是在性能上稍遜一籌。 同時 由于 RTSCTS 封包都很小，讓傳送的無效開銷變小。 (2)送出數(shù)據(jù)前，先送一段小小的請求傳送報文 (RTS,Request to Send)給目 標端，等待目標端回應(yīng) (CTS,Clear to Send)報文后，才開始傳送。 CSMA/CA 協(xié)議的工作流程分為 以下 兩個 部分 : (1)送出數(shù)據(jù)前，監(jiān)聽媒體狀態(tài)，等沒有人使用媒體，維持一 段時間后，再等待一段隨機的時間后依然沒有人使用，才送出數(shù)據(jù)。鑒于這個差異，在 中對 CSMA/CD 進行了一些調(diào)整，采用了新的協(xié)議 載波偵聽 /沖突避免(CSMA/CA， Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)或者 分布式協(xié)調(diào)功能 (DCF,Distributed Coordination Function)。在 協(xié)議中，是由一種稱為 載波偵聽 /沖突檢測 [8](CSMA/CD,Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)的協(xié)議來完成調(diào)節(jié)，這個協(xié)議解決了在 Ether 上的各個工作站如何在線纜上進行傳輸?shù)膯栴}，利用它檢測和 避免當兩個或兩個以上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需要進行數(shù)據(jù)傳送時網(wǎng)絡(luò)上的沖突。各層的重要性是必不可少的 ，比如在鏈路層的操 作最后就是調(diào)用物理層的相關(guān)函數(shù)來完成收發(fā)操作 。 圖 典型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 本文設(shè)計同樣也采用了分層的結(jié)構(gòu)，由于主要應(yīng)用于 短距離和低速率的要求，所以協(xié)議主要由物理層、鏈路層和應(yīng)用層組成。目前常見的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)有 FDDI、以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)和快速以太網(wǎng)等。 它的規(guī)范對所有的廠 商是開放的，具有 指導(dǎo) 國際網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和開放系統(tǒng)走向的作用。由此可見，相互通信的兩個計算機系統(tǒng)必須高度協(xié)調(diào)工作才行，所以現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)基本都采用“分層”的思想，這樣能將一個龐大而復(fù)雜的問題，轉(zhuǎn)化為若干較小的局部問題來處理 。 熊川：基于 A7102C 的短距離無線通信網(wǎng)設(shè)計 8 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 是 網(wǎng)絡(luò)的各層及其協(xié)議的集合，是 通信系統(tǒng)的整體設(shè)計，它為網(wǎng)絡(luò)硬件、軟件、協(xié)議、存取控制和拓撲提供標準 [1]。 本文設(shè)計所設(shè)計 的通信協(xié)議有些地方 借鑒 于 ZigBee 技術(shù)，主要表現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)的組建上和設(shè)備的劃分上，采取這種方式的原 因主要是因為針對實際的應(yīng)用環(huán)境大多是低速率和低成本的原因。根據(jù)設(shè)想，它的應(yīng)用目標主要是：工業(yè)控制 (如自動控制設(shè)備、無線傳感器網(wǎng)絡(luò) )，醫(yī)護 (如監(jiān)視和傳感 )，家庭智能控制 (如照明、水電氣計量幾報警 )，消費類電子等大量的應(yīng)用場合。人們借此稱呼一種專注于低功耗、低成本、低復(fù)雜度、低速率的短距離無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù) ，在具有上訴特點之外，同時還具有短時延、高容量、高安全、免執(zhí)照頻段等特點。它出現(xiàn)的時間較短，2020 年底才由 ZigBee 聯(lián)盟發(fā)布了 版本規(guī)范，尚未進入大規(guī)模的商業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用；但是，它的上升勢頭十分明顯，已有 Chip、 Freescale、 CompXs、 Ember 四家公司在 05 年 4 月通過了 ZigBee 聯(lián)盟對其產(chǎn)品所作的測試和兼容性驗證。最新的 中，其數(shù)據(jù)峰值可達 10Mb/s。調(diào)制方式為恒定包絡(luò)的 FSK調(diào)制。提供了對流業(yè)務(wù)的真正意義上的支持，由于對流業(yè)務(wù)規(guī)定了高級別的優(yōu)先權(quán)并采用了帶有優(yōu)先權(quán)重發(fā)機制，這樣確保了實時性流業(yè)務(wù)的帶寬和低干擾、低誤碼。 HomeRF 主要為家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，旨在降低語音數(shù)據(jù)成本。 規(guī)定了四種物理層傳輸方式 :直接序列擴頻 (DSSS)、跳頻 (FHSS)、紅外方式 (IrDA)和正交頻分 (OFDM)調(diào)制方式。 (WLAN)技術(shù)是 IEEE 最初制定的一個無線局域網(wǎng)標準，主要用于解決2020 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（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。 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，很好地解 決了當前頻譜資源匱乏 的問題 ； 此外紅外線 LED 及接收器等組件遠比一般 RF 組件便宜。最后 支持多個藍牙 設(shè)備的互相連接， 藍牙技術(shù)是一種 點對多點的通信協(xié)議，在定義上，一個藍牙設(shè)備最多可以同時連接另外 7 個藍牙設(shè)備，周圍最多可有 255 個等待的藍牙設(shè)備 (處于 standby 狀態(tài) )，利用藍牙技術(shù)可將周邊的設(shè)備連接起來，形成一個小型的無線通信系統(tǒng)。第三，低功耗與低成本的模塊，藍牙技術(shù)在定義時即以輕、薄、小 為目標，希望能夠?qū)⑺{牙技術(shù)組合在單芯片內(nèi)，達到單芯片低成本、低功率、體積小的目標。第二，使用全世界通用的頻段，使用該頻段的產(chǎn)品無須事先申請也無須交納頻率使用費。藍牙協(xié)議能實現(xiàn)移動電話、掌上電腦、筆記本計算機、相關(guān)外設(shè)、家庭 Hub 等眾多設(shè)備之間進行信息交換。 藍牙技術(shù) [4]是由移動通信公司與計算機公司聯(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準?；祛l器將來自 本地振蕩器，頻率為五的信號 與所需信號相混 (頻率相加或相減 )，得到頻率 fI=fLfS的中頻信號，中頻放大器是中心頻 率固定的頻帶 (帶通 )放大器，它可以進一步濾除無用信號，檢波器的功能是將得到的調(diào)幅信號還原成原信號 (稱為解調(diào) )[3]。 （ A） （ B） （ A）發(fā)射端框圖 （ B）接收端框圖 圖 無線信號 收發(fā)典型框圖 發(fā)射機中，振蕩器的作用是產(chǎn)生最初的高頻信號，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放大到足夠的功率電平，用以推動功率更大的高頻輸出功率放大器，輸出功放的一個功能是直接產(chǎn)生大功率的高頻信號，并發(fā)送到發(fā)射天線上去，另一個功能是對高頻信號進行振幅調(diào)制，使高頻信號的振幅隨傳送信號的大小而變化。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，收信設(shè)備則把收到的信號還原成信息， 并傳送到接收端用戶。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的形式出現(xiàn)。 第六章對本論文進行了 全面 的總結(jié) 和展望 。 第四章詳細敘述了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計方案，包括拓撲結(jié)構(gòu)、 協(xié)議的 簡單分層、幀結(jié)構(gòu)的定義、數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)以及各節(jié)點的發(fā)送和接收過程 等。 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)拓撲結(jié)構(gòu) 以及 CSMA/CA 等知識。 課題研究的主要內(nèi)容 本文設(shè)計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，軟件實現(xiàn)通信協(xié)議以組成短距離無線通信網(wǎng)絡(luò)，最終實現(xiàn)數(shù)據(jù)有效的傳輸。 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 我們進一步去挖掘。 組建家庭無線網(wǎng)絡(luò)、無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、移動醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)和無線設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，開展移動和可攜帶計算以及無所不在的通信業(yè)務(wù)等?？紤]到電磁波的輻射問題，個人局域網(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)它的獨特優(yōu)勢。 (6)個人通信 。 通過無線連接遠端的設(shè)備、傳感節(jié)點和激勵器，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)遠端設(shè)備的工作，減少分布式控制系統(tǒng)的維護和重配置成本。比如會議、慶典、展覽等場合，可以免去布線和部署網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的工作。 (4)臨時場合 。 當處于邊遠或野外地區(qū)時，無法依賴固定或預(yù)設(shè)的網(wǎng) 絡(luò)設(shè)施進行通信。此外當刑警或消防隊員緊急執(zhí)行任務(wù)時，可以通過無線自組網(wǎng)來保障通信指揮的順利進行。 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。同 樣對于各種工業(yè)或者工程環(huán)境，需要在許多不同地點安裝檢測點，這時短 距離的無線網(wǎng)絡(luò)便是最好的選擇。這種網(wǎng)絡(luò)具有非常廣闊的應(yīng)用前景。對于很多應(yīng)用場合來說傳感器網(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。它的應(yīng)用場合可包括如下幾類 : (1)傳感器網(wǎng)絡(luò) 。 2020 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（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，從而拓寬了移動通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場合，它可以作為獨立的系統(tǒng)運行，也可以作為子網(wǎng)連接到互聯(lián)網(wǎng)(Inter)上，可用于國防戰(zhàn)備、搶險救災(zāi)、應(yīng)對突發(fā) 事件、教學(xué)、會議、無線群體多媒體應(yīng)用、個人通信等無法得到有線 網(wǎng)絡(luò)支持或只是臨時需要通信的環(huán)境。