【正文】 信息中心，主要是通過(guò)液晶的方式，其他節(jié)點(diǎn)都采用 LED 的方式來(lái)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(guò)程中。 A7102C無(wú)線(xiàn) 收發(fā) 模塊 A7102C 是 臺(tái)灣笙科 (AMICCOM)推出的一款工作 用于無(wú)線(xiàn) 315/433/868/915MHz的單片 CMOS 無(wú)線(xiàn)收發(fā) IC 芯片， 采用 32 腳的 QFN 封裝，采用模擬 SPI 接口數(shù)據(jù)傳送方式。 該芯片 廣泛應(yīng)用于無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、遠(yuǎn)程控制、無(wú)線(xiàn)接入、家庭智能控制和無(wú)線(xiàn)玩具等數(shù)據(jù)速率要求不是很高的應(yīng)用場(chǎng)合。 A7102C 芯片具有如下功能特點(diǎn)： (1)A7102C 芯片具有多工作頻率的通道選擇； (2)可編程的 RF 輸出功率，最高可達(dá) 15dBm； (3)低功耗，輸出功率為 0dBm 時(shí)，接收電流為 13mA,發(fā)送電流為 20mA； (4)供應(yīng)電源 電壓 范圍： ~ ； (5)可編程的數(shù)據(jù)速率選擇，最高可達(dá) 150Kbps； (6)沒(méi)有外部的表面聲波濾 波器； (7)可編程選擇的 RTC 功能； (8)具有片上 8 位 AD 轉(zhuǎn) 換； (9)片上集成溫度傳感器； (10)具有可編程選擇的 FEC/CRC 數(shù)據(jù)加密 、校驗(yàn) 功能； (11)可編程選擇的 Manchester 數(shù)據(jù)編碼； (12)64 字節(jié)的發(fā)送 /接收 FIFO 緩存，最大可擴(kuò)展到 256 個(gè)字節(jié)； A7102C 芯片引腳如圖 所示： 圖 A7102C 引腳圖 本文設(shè)計(jì)所采用的是無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊 只具有無(wú)線(xiàn)收發(fā)功能，對(duì)于芯片提供的一些其他功能本文設(shè)計(jì)中沒(méi)有利用到，所以實(shí)際的模塊只是利用了其中的通信部分功能，對(duì)熊川：基于 A7102C 的短距離無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)設(shè)計(jì) 14 于必要的外圍電路 ，主要是晶振和濾波電路，晶振采用 ， 這決定了該芯片的一些參數(shù)設(shè)置 ,包括內(nèi)部時(shí)鐘寄存器、頻率寄存器等的設(shè)置。 下面對(duì)本文設(shè)計(jì)中所使用到一些寄存器做簡(jiǎn)單的敘述。寄存器詳細(xì)信息如表 所示。 (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)如表 和表 所示。寄存器詳細(xì)信息如表 。寄存器詳細(xì)信息如表 所示。 寄存器詳細(xì)信息如表 所示。 本文設(shè)計(jì)中發(fā)送的頻率設(shè)置為 ， 接收頻率設(shè)置為 。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)。無(wú)線(xiàn)模塊采用 FIFO4 線(xiàn)模式 ,所以微處理器通過(guò)控制 SCS、 CKS、 SDIO、 IRQ 四條線(xiàn)，就可以控制其中的工作方式 和收發(fā)狀態(tài)。 圖 單片機(jī)與 A7102C 模塊接口圖 圖中無(wú)線(xiàn)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(guò)程 采用中斷方式 ， 所以采用此種連接方式。 模塊本身已自帶 智能 程式 ，上電后，即可自動(dòng)復(fù)位并進(jìn)行初始化設(shè)置，2020 屆電子信息工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 方便用戶(hù)使用。簡(jiǎn)單的 23 個(gè)用戶(hù)接口命令代碼，非常容易記憶。 模塊 主要特色 和功能描述 HB12864M2 中文液晶顯示模塊主要特色如下： (1) 電源電壓范圍： ~ ； (2) 提供 8 位并行或者串行的數(shù)據(jù)操作； (3) 自動(dòng)電源啟動(dòng)復(fù)位功能； (4) 內(nèi)建震蕩器由外部電阻調(diào)整； (5) 繪圖及文字 畫(huà)面混合顯示功能； (6) 軟件控制背光開(kāi)啟及閉合； (7) 低功率省電設(shè)計(jì) (微安級(jí) )； (8) 提供多功能指令及各種中西文字庫(kù) ； (9) LED 背光 ； HB12864M2 中文液晶顯示模塊功能如下： (1) GB2312 16*16 點(diǎn)陣國(guó)標(biāo)一、二級(jí)簡(jiǎn)體漢字，共計(jì) 8192 個(gè)漢字； (2) 8*8， 8*16， 5*7 點(diǎn)陣標(biāo)準(zhǔn) ASCII 字符； (3) 3*5 點(diǎn)陣數(shù)字及大寫(xiě)字母， 6*12 和 9*16 粗體數(shù)字點(diǎn)陣。 通過(guò)字節(jié)點(diǎn)陣圖形方式造字； 上 /下 /左 /右整 屏移動(dòng)顯示屏幕及整屏清除屏幕。 本文設(shè)計(jì)中信息中心的顯示包括漢字、 ASCII 碼和數(shù)字，屬于復(fù)合顯示方式 ； 數(shù)據(jù) 操作方式上，采用并行傳輸與單片機(jī)連接，采用簡(jiǎn)單的 REQ/BUSY 通訊方式 ；另外硬件電路中，也采用硬件復(fù)位方式。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(jiǎn)單介紹這 一 種顯示方式和一些其他必要的操作顯示指令。 (2) 設(shè)置光標(biāo)位置： 0xE4(表 ) 表 光標(biāo)位置指令 該指令操作數(shù)比較少，一般用于光標(biāo)處的顯示 ， 同 樣在設(shè)置位置時(shí)，注意行列坐標(biāo)的范圍不能操作其最大值。 (4) 整屏清屏： 0xF4(表 ) 表 清屏指令 該指令沒(méi)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(duì)模塊進(jìn)行后續(xù)操作時(shí) ,需在該時(shí)間之后才能對(duì)其進(jìn)行操作 ,不然會(huì)造成顯示的不正常。在實(shí)際使用中，對(duì)每一次的顯示之前對(duì)其都進(jìn)行清屏操作，以免引起與上一次的顯示內(nèi)容相重疊，造成錯(cuò)誤。 模塊與單片機(jī)的接口電路如圖 所示。 圖 單片機(jī)與 HB12864M2 接口圖 微處理器 AT89C52 微處理器在系統(tǒng)中控制著各個(gè)部件，使個(gè)各部件協(xié)調(diào)、有序的工作。 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(guò)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(mǎn)足協(xié)議的運(yùn)行環(huán)境。 在實(shí)際使用中，單片機(jī)需要利用必要的外圍電路才能夠正常的工作，也就是單片機(jī)的最小系統(tǒng)，包括時(shí)鐘源電路，復(fù)位電路等。 熊川：基于 A7102C 的短距離無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)設(shè)計(jì) 20 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng) 通過(guò)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(mǎn)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(duì)較少，有的則比較多，所以一般采用中斷的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。 本章小 結(jié) 本章主要介紹了網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點(diǎn)的硬件環(huán)境，節(jié)點(diǎn)所使用的比較重要的除單片機(jī)之外的外圍設(shè)備，對(duì)于精簡(jiǎn)設(shè)備節(jié)點(diǎn)，由無(wú)線(xiàn)模塊、單片機(jī)和其他外圍電路組成，通信的結(jié)果是通過(guò)該節(jié)點(diǎn)的 LED 燈來(lái)表達(dá)，也可以通過(guò)主信息中心的顯示模塊來(lái)判斷通信情況。 接下來(lái)的一章將詳細(xì)介紹該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的協(xié)議，并通過(guò)幀的流程來(lái)表達(dá)協(xié)議的工作過(guò)程、網(wǎng)絡(luò)的建立和數(shù)據(jù)傳送。 協(xié)議層次結(jié)構(gòu) 和通信 方式 本文協(xié)議 采用了“分層”的思想，將整個(gè)組 網(wǎng)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為若干個(gè)較小的模塊來(lái)處理；按照網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)以及本文 主要針對(duì)的應(yīng)用環(huán)境 (數(shù)據(jù)采集 )，且基于給定的硬件設(shè)備情況 (A7102C),本 協(xié)議分為三層，物理層、鏈路層和應(yīng)用層，如圖 所示。 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(lái)完成。網(wǎng)絡(luò)的組建主要由鏈路層完成，不經(jīng)過(guò)上層協(xié)議。本層不是本協(xié)議的重點(diǎn)， 本文協(xié)議中利用簡(jiǎn)單的數(shù)組來(lái)模擬實(shí)際的數(shù)據(jù)，之后就是對(duì)這個(gè)數(shù)組進(jìn)行裝包 /解包的處理和發(fā)送 /接受過(guò)程。協(xié)議中，組網(wǎng)過(guò)程只是在從設(shè)備沒(méi)有有效網(wǎng)絡(luò)地址之前才出現(xiàn)該情況；而數(shù)據(jù)傳送則是在設(shè)備具有有效網(wǎng)絡(luò)地址之后才該傳送過(guò)程，節(jié)點(diǎn)間的通信方式如圖 所示。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(huì)發(fā)出發(fā)送請(qǐng)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。針對(duì)第二種情況，主機(jī)處理該數(shù)據(jù)包之后會(huì)發(fā)出相應(yīng)的應(yīng)答信息，也就是能夠?yàn)槠渲幸粋€(gè)從設(shè)備分配網(wǎng)絡(luò)地址，而另外的從設(shè)備需在下一請(qǐng)求周期，從新發(fā)出請(qǐng)求發(fā)送信息，直到獲得網(wǎng)絡(luò)地址為止。 鏈路層 基本定義 鏈路層操作的對(duì)象為幀，一個(gè)數(shù)據(jù)幀為 16 個(gè) 字節(jié)，對(duì)應(yīng)于物理層的數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度。本協(xié)議采用2020 屆電子信息工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 兩級(jí)地址， MAC 地址和網(wǎng)絡(luò)地址， MAC 地址是每一設(shè)備都具有的唯一硬件地址，網(wǎng)絡(luò)地址是接入網(wǎng)絡(luò)之后分配到的地址。 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。一個(gè)完整 的幀結(jié)構(gòu)如表 所示。如果是轉(zhuǎn)發(fā)地址確定的，則說(shuō)明該數(shù)據(jù)幀是通過(guò)本設(shè)備中轉(zhuǎn)，數(shù)據(jù)包不交由上層處理。 目的網(wǎng)絡(luò)地址：目的設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)地址，指該數(shù)據(jù)幀發(fā)往的目的地。 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。 源網(wǎng)絡(luò)地址：源設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)地址，有兩種情況，此設(shè)備在沒(méi)有分配到網(wǎng)絡(luò)地址時(shí)，默認(rèn)該地址值為 0xFF；分配到網(wǎng)絡(luò)地址之后，為此地址值。 幀編號(hào)：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(guò)一個(gè)數(shù)據(jù)幀所能攜帶的信息之后，利用幀編號(hào)把多個(gè)數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù) 信息組合起來(lái)。 鏈路層除了對(duì)控制信息的處理之外，那就是對(duì)地址信息的處理。協(xié)議中利用數(shù)據(jù)信息實(shí)現(xiàn)。對(duì)于轉(zhuǎn)發(fā)表，每一條信息也包含兩個(gè)數(shù)據(jù)，第一個(gè)數(shù)據(jù)為目的網(wǎng)絡(luò)地址，第二個(gè)數(shù)據(jù)為經(jīng)過(guò)目的網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)地址，對(duì)應(yīng)于 MAC 表，轉(zhuǎn)發(fā)表初始化也有一條信息 (0xFF,0xFF)。 控制命令 定義及含義 本節(jié)主要針對(duì)幀結(jié)構(gòu)當(dāng)中的控制信息進(jìn)行闡述，即對(duì)幀類(lèi)型的編碼定義。其次，設(shè)備之間的通信采用四次握手 協(xié)議，在協(xié)議中每一次傳送過(guò)程都是以請(qǐng)求發(fā)送幀開(kāi)始，以應(yīng)答幀結(jié)束； 復(fù)位信道 幀和組網(wǎng)幀除外。 響應(yīng)發(fā)送幀 (0x01)：在主設(shè)備收到從設(shè)備發(fā)來(lái)的請(qǐng)求發(fā)送幀后，主設(shè)備會(huì)以此幀作為應(yīng)答，告訴該從設(shè)備通信已經(jīng)建立。該幀是在網(wǎng)絡(luò)主設(shè)備發(fā)出組網(wǎng)幀之后，從設(shè)備進(jìn)入的地址請(qǐng)求過(guò)程。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(hào)，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(xiě)入對(duì)應(yīng)的信息列表。主要分兩種情況，從設(shè)備處于主信息中心的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，直接與其建立通信。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)。從設(shè)備收到該幀之后，確定數(shù)據(jù)的傳送過(guò)程完成，從而進(jìn)行后續(xù)的其他操作，主要是復(fù)位信道。 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(qǐng)求幀，如果從設(shè)備沒(méi)有有效的網(wǎng)絡(luò)地址，就會(huì)進(jìn) 入地址請(qǐng)求的過(guò)程。如果是間接的與其通信，從設(shè)備還需要寫(xiě)另外一條的轉(zhuǎn)發(fā)信息進(jìn)轉(zhuǎn)發(fā)表，即目的網(wǎng)絡(luò)地址是網(wǎng)絡(luò)信息中心 (0x00)，下一跳地址是與該從設(shè)備直接通信的主設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)地址。 網(wǎng)絡(luò) 號(hào)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(hào)請(qǐng)求，為下一級(jí)網(wǎng)絡(luò)的組建分配一個(gè)新的唯一的網(wǎng)絡(luò)號(hào)。 針對(duì)以上情況，網(wǎng)絡(luò)通信需要進(jìn)行的操作有組網(wǎng) (地址請(qǐng)求 )、數(shù)據(jù)傳送、網(wǎng)絡(luò)號(hào)請(qǐng)求；且數(shù)據(jù)傳送 和網(wǎng)絡(luò)號(hào)請(qǐng)求過(guò)程 還會(huì)有中轉(zhuǎn)的處理。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(wú)線(xiàn)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(lái)處理鏈路層的操作。 發(fā)送流程： 根據(jù)無(wú)線(xiàn)模塊的硬件特征，本文協(xié)議采用查詢(xún)的方式來(lái)完成發(fā)送過(guò)程。如果信道為閑，則直接將數(shù)據(jù)送完無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊，開(kāi)啟模塊的發(fā)送狀態(tài)，進(jìn)入發(fā)送過(guò)程，最后判斷 IRQ位來(lái)決定發(fā)送是否完成。 圖 發(fā)送 流程 發(fā)送函數(shù)實(shí)際編程如下： void send_func() //發(fā)送功能函數(shù) { uchar i=0。 package_in_mac()。 //載波偵聽(tīng) while(carrier_flag)//信道忙 ,退避之后繼續(xù)載波偵聽(tīng) { tuibi()。 i++。 } if(i5) //信道空閑，進(jìn)入發(fā)送過(guò)程 { A7102_Fifo_Write(amp。 A7102_Status_Transmit()。 led_red=~led_red。 協(xié)議 接收過(guò)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(duì)于接收 過(guò)程 ，主設(shè)備和從設(shè)備的處理過(guò)程稍有區(qū)別。 圖 主設(shè)備接收流程 對(duì)于從設(shè)備的接收過(guò)程，也是采取上述主設(shè)備的過(guò)程， 當(dāng) 目的 MAC 不匹配時(shí)，從設(shè)備需要根據(jù)幀類(lèi)型作 不一樣 的處理，具體處理如圖 所示。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(lèi)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)。主設(shè)備后臺(tái)接收處理 流 程如圖 所示。 EX1=0。rx_buff)。 temp1= (0x0200 amp。 if(temp1==0x00) //硬件 CRC 校驗(yàn) { if(rx_buff[0]==addr_s_mac) //發(fā)往本機(jī)的幀 { package_out_mac()。 } else{…………… .} } } 2020 屆電子信息工程專(zhuān)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(lèi)型判斷接下來(lái)的操作，由于主設(shè)備在通信的雙方是一個(gè)被動(dòng)接收的過(guò)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(qǐng)求作相應(yīng)的應(yīng)答。 從設(shè)備的后臺(tái)接收流程如圖 所示