無線接入解決方案全面概括
做好無線接入解決方案是前期工作中很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，于是我研究了一下如何實(shí)現(xiàn)更加優(yōu)化合理的無線接入方案，在這里拿出來和大家分享一下，希望對(duì)大家有用。
1概述
在短距離的通信中，無線技術(shù)被普遍看好，其中射頻技術(shù)因?yàn)楣牡秃蜔o方向性等優(yōu)點(diǎn)而受到青睞。通信頻率為2.4GHz的頻段是全球開放的ISM(工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué))頻段，使用者無需申請(qǐng)?jiān)S可證，給開發(fā)者和用戶帶來了很大方便；同時(shí)，可以有效地避免低頻段信號(hào)、各類電火花及家用電器的干擾。因?yàn)檫@一頻段具有這些優(yōu)點(diǎn)，其他的一些應(yīng)用，如藍(lán)牙、WLAN，也是在這一頻段；但藍(lán)牙和WLAN對(duì)于工業(yè)控制、醫(yī)療傳感器、住宅和樓宇自動(dòng)化裝置等設(shè)備來說，過于復(fù)雜，其成本也過高，很難滿足快速開發(fā)和低成本的要求。因此，目前迫切需要一種低成本、低功耗、能夠快速開發(fā)應(yīng)用的無線接入解決方案，來實(shí)現(xiàn)設(shè)備的無線連接。
另一方面，經(jīng)過多年的發(fā)展，TCP/IP協(xié)議已經(jīng)成為目前被廣泛應(yīng)用于Internet的通信協(xié)議。在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)TCP／IP協(xié)議棧，利用Internet進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳送，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)端設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視和控制。在嵌入式TCP/IP平臺(tái)下利用工作頻率為2.4GHz的無線收發(fā)模塊nRF24E1，進(jìn)行短距離的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的無線通信；用無線技術(shù)解決最后10m的通信問題，可實(shí)現(xiàn)一種無線接入解決方案。
2 nRF24E1及其通信協(xié)議
2.1nRF24E1模塊的基本特性
nRF24E1是北歐集成電路公司(Nordic)推出的一款帶8051內(nèi)核的無線收發(fā)模塊，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。該模塊的無線收發(fā)器工作于2.4GHz的ISM頻段，有多達(dá)125個(gè)的頻點(diǎn)，可通過改頻和跳頻來避免干擾。nRF24E1的集成度非常高，內(nèi)部集成了增強(qiáng)型8051內(nèi)核,2.4GHz無線收發(fā)器,100ksps的9路10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，UART接口，SPI接口，PWM輸出，內(nèi)置RC振蕩器、看門狗和喚醒定時(shí)器以及專門的穩(wěn)壓電路。所有高頻元件包括電感、振蕩器等，全部集成在芯片內(nèi)部，因此芯片的性能穩(wěn)定，受外界環(huán)境的影響很小。
nRF24E1采用36腳QFN(6mm×6mm)封裝，最大傳輸速率可達(dá)1Mb/s，靈敏度為一90dBm，最大發(fā)射功率為OdBm；在較為理想的環(huán)境中，室內(nèi)傳輸距離可達(dá)30～40m，室外傳輸距離可達(dá)100～200m；其工作電壓為1.9～3.3V，工作溫度范圍為一40～+80℃。
2.2nRF24E1之間的通信協(xié)議
其中，Preamble是前導(dǎo)碼，是硬件自動(dòng)加上去的；ADDR是發(fā)送的地址，為32～40位；PAYLOAD是有效數(shù)據(jù)；CRC是CRC校驗(yàn)和，由內(nèi)置CRC糾檢錯(cuò)硬件電路自動(dòng)加上，可設(shè)為O、8或16位。ADDR、PAYLOAD和CRC的總長度最大為256位，因此，設(shè)置較短的地址和校驗(yàn)和能提高傳輸效率，但也使得可靠性降低。
nRF24E1通過軟件設(shè)置收發(fā)模式、收發(fā)頻率、接收地址、發(fā)射功率、CRC校驗(yàn)和的長度、有效數(shù)據(jù)的長度等。無線收發(fā)器有2個(gè)頻道：頻道1可以接收和發(fā)送；頻道2只能接收，且頻道2的接收頻率總比頻道1高8MHz；同時(shí)，每個(gè)芯片可以設(shè)置2個(gè)地址。收發(fā)頻率和地址隨時(shí)都可以通過軟件更改，實(shí)現(xiàn)改頻和跳頻；但是，必須通過通信協(xié)議解決好，一致的頻率和正確的地址才是數(shù)據(jù)傳送的前提。只有地址符合且校驗(yàn)和正確的包，才能被進(jìn)一步處理；若有一項(xiàng)不正確，整個(gè)數(shù)據(jù)包就被硬件自動(dòng)丟棄。若地址與校驗(yàn)和相符，則由硬件產(chǎn)生中斷DRl或DR2，8051才能將數(shù)據(jù)接收到緩沖區(qū)。在同一時(shí)刻，nRF24E1只能處于接收或發(fā)送模式中的一種。一般以接收模式為待機(jī)狀態(tài)。
3 無線接入解決方案
nRF24E1主機(jī)是無線系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。它不但作為接入點(diǎn)，負(fù)責(zé)與嵌入式TCP/IP模塊交換數(shù)據(jù)，同時(shí)也負(fù)責(zé)與其他無線模塊通信。為實(shí)現(xiàn)Internet網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，使用以太網(wǎng)控制芯片RTL8019AS，并將TCP/IP協(xié)議棧嵌入在ATmegal28的內(nèi)部。除此之外，ATmegal28內(nèi)部還實(shí)現(xiàn)了一個(gè)小型通用的WebServer，而遠(yuǎn)端的PC就作為客戶端。
數(shù)據(jù)的傳送過程是遠(yuǎn)端PC通過Internet發(fā)送數(shù)據(jù)，由RTL8019AS接收數(shù)據(jù)包，再由ATmegal28對(duì)TCP/lP數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理，得到PC發(fā)送的信息，AT-megal28再將數(shù)據(jù)通過SPI接口傳送到nRF24E1主機(jī)。nRF24E1主機(jī)根據(jù)內(nèi)部協(xié)議又將數(shù)據(jù)傳給相應(yīng)的nRF24E1從機(jī)，再由nRF24E1從機(jī)對(duì)各自的設(shè)備進(jìn)行通信或控制。nRF24E1從機(jī)給遠(yuǎn)端PC傳送數(shù)據(jù)為反向的過程。
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