基于WIA-PA的HSE系統(tǒng)節(jié)點設計

MCU通過FIFO、FIFOP、SFD引腳查詢CC2420數(shù)據(jù)收發(fā)狀態(tài)，通過I／O引腳與其相連，起到查詢狀態(tài)的作用。CCA為空閑信道檢測引腳，VR EG_EN是CC2420的電壓調整器引腳。CC2420和MCU的數(shù)據(jù)、命令交換主要通過SPI串行接口完成，MSP430F1611單片機設置為主機模式，通過SPI接口訪問CC2420內部寄存器和存儲器；作為從設備的CC2420接收來自MSP430F1611的時鐘信號和片選信號，并在其控制下執(zhí)行輸入／輸出操作。
2．3 電源模塊
供電是電路設計的重要環(huán)節(jié)，節(jié)點采用穩(wěn)壓5 V供電，通過一個SPX1117M3低壓差電壓調節(jié)芯片輸出3．3 V為元器件供電。SPX1117M3的輸出電壓誤差在±1％以內，同時芯片還提供電流限制和熱保護功能。

3 軟件設計
WIA-PA協(xié)議層次結構遵循ISO／OSI層次結構，WIA-PA網(wǎng)絡協(xié)議只涉及物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層和應用層。物理層基于IEEE802．1 5．4，MAC層基于IEEE802．15．4并進行了擴展。數(shù)據(jù)鏈路層為網(wǎng)絡層和MAC層提供接口，包括用于收發(fā)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)實體和配置維護數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)鏈路管理實體。網(wǎng)絡層則主要為應用層提供接口，以實現(xiàn)網(wǎng)絡層的管理配置控制功能。應用層是WIA-PA網(wǎng)絡的最高層，定義了與工業(yè)過程進行交互的軟件對象，用戶可以直接調用服務對象實現(xiàn)通信。
WIA-PA網(wǎng)絡節(jié)點在入網(wǎng)前需設置傳感器標簽，每個節(jié)點設備唯一，取值范圍是1～255。如不初始化將從Flash中讀取初始設定值，主動重啟后會將當前設定值寫入Flash。每個節(jié)點的數(shù)據(jù)發(fā)送周期不得少于1 s，每次發(fā)送的信息量應少于25字節(jié)。一切準備就緒后打開帶有無線模塊的節(jié)點，節(jié)點設備會自動搜尋WIA-PA網(wǎng)絡超幀并加入網(wǎng)絡，設備加入網(wǎng)絡所需要的時間，一般是同時打開的點數(shù)、環(huán)境信號情況而定，一般為1～5 min。
接入網(wǎng)絡后，節(jié)點就通過串口與網(wǎng)關交互信息，串口波特率為115 200 bps。串口報文帶有CRC，CRC算法為IBM算法，代碼如下：


WIA-PA網(wǎng)絡報文有一定的格式，網(wǎng)關的報文末尾必須帶有2字節(jié)的CRC校驗碼。網(wǎng)絡報文封裝以7E開頭、7E結尾，若報文里含有7E和7D字節(jié)，規(guī)定都轉換為7D 5E和7D 5D。用戶通過串口傳給網(wǎng)關，進而傳給節(jié)點透傳報文，報文內容的第一個字節(jié)要求必須是設備節(jié)點傳感器標簽，報文末尾是CRC校驗碼，以7E開頭、7E結尾來封裝；封裝后通過串口傳遞給網(wǎng)關，網(wǎng)關進行CRC校驗，通過后再傳遞給目的節(jié)點。收到串口報文后，先將接收到的報文按照串口協(xié)議解碼，判斷CRC校驗是否正確；正確繼續(xù)處理，否則丟棄。對于需要回復ACK的報文回復ACK，然后對報文進行解析；是本地的報文則進行處理，否則經(jīng)過無線通信模塊轉發(fā)。

結語
WIA-PA目前已經(jīng)正式成為IEC的工業(yè)無線網(wǎng)絡標準，本文實現(xiàn)了基于WIA-PA的工業(yè)無線網(wǎng)絡系統(tǒng)的網(wǎng)絡節(jié)點設備?；赪IA-PA的HSE無線工業(yè)設備不僅具有傳統(tǒng)設備的優(yōu)點，而且沒有現(xiàn)場布線的成本花費，安裝靈活，功耗低，數(shù)據(jù)通信安全性及可靠性較高，還具有良好的開放性，勢必將成為工業(yè)應用的主流。