STM32L152和S14432的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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4．3 數(shù)據(jù)發(fā)送和接收
數(shù)據(jù)發(fā)送模塊負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)包發(fā)送出去。當(dāng)接收到發(fā)送指令時(shí)，首先通過(guò)SPI清空射頻芯片的發(fā)送FIFO，然后向發(fā)送FIFO里寫(xiě)入需要發(fā)送的數(shù)據(jù)。打開(kāi)射頻芯片發(fā)送完成中斷并禁止其他所有中斷。微控制器使能射頻芯片的發(fā)送功能，數(shù)據(jù)開(kāi)始無(wú)線發(fā)送。將IRQ引腳拉高，并等待無(wú)線發(fā)送完成中斷。如果數(shù)據(jù)發(fā)送成功，則NIRQ變低電平。
數(shù)據(jù)接收模塊負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)包。當(dāng)接收到微控制器的接收指令時(shí)，首先通過(guò)SPI清空射頻芯片的接收FIFO。打開(kāi)前導(dǎo)碼接收、幀同步中斷和接收包數(shù)據(jù)有效中斷，并關(guān)閉其他中斷。準(zhǔn)備好開(kāi)始接收。若引腳NIRQ變?yōu)榈碗娖剑易x取到接收包數(shù)據(jù)有效中斷位，通過(guò)SPI讀取接收FIFO中的數(shù)據(jù)，關(guān)閉接收功能。發(fā)送和接收程序流程如圖5所示。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/155878.htm
4．4 系統(tǒng)管理機(jī)制
無(wú)線網(wǎng)絡(luò)由主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)組成，是一個(gè)以主節(jié)點(diǎn)為根中心的樹(shù)形拓?fù)洹Ｕ麄€(gè)網(wǎng)絡(luò)的管理是通過(guò)各節(jié)點(diǎn)中的網(wǎng)絡(luò)管理模塊完成的。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)采用LEPS(Link Estimation and Parent Selection)協(xié)議。LEPS協(xié)議是TinyOS系統(tǒng)的多跳路由協(xié)議。它通過(guò)節(jié)點(diǎn)之間的鄰居信息交換
機(jī)制，考慮鏈路質(zhì)量，建立到中心節(jié)點(diǎn)的最短通信路徑。
從節(jié)點(diǎn)分為不同級(jí)別的父節(jié)點(diǎn)，只向自己的父節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，通過(guò)父節(jié)點(diǎn)逐級(jí)向上傳到主節(jié)點(diǎn)。從節(jié)點(diǎn)路由表中擁有自己子節(jié)點(diǎn)的編號(hào)地址。父節(jié)點(diǎn)處于網(wǎng)絡(luò)的中心是最高級(jí)的父節(jié)點(diǎn)，它的路由表中擁有整個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的編號(hào)和地址。主節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)由其子節(jié)點(diǎn)逐級(jí)傳向各從節(jié)點(diǎn)。
無(wú)線網(wǎng)絡(luò)分為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的建立、路由維護(hù)和數(shù)據(jù)通信3個(gè)階段。在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的建立階段，所有的節(jié)點(diǎn)周期性地廣播自己的路由信息，節(jié)點(diǎn)根據(jù)跳數(shù)和鏈路質(zhì)量信息建立最短條數(shù)路由，建立路由表。網(wǎng)絡(luò)將進(jìn)行定期的維護(hù)，在維護(hù)的過(guò)程中，節(jié)點(diǎn)將再次對(duì)父節(jié)點(diǎn)做出評(píng)估，刷新路由表。在數(shù)據(jù)通信階段，路由協(xié)議為數(shù)據(jù)傳遞提供行進(jìn)路徑。在完成組網(wǎng)后，若向網(wǎng)絡(luò)中增加節(jié)點(diǎn)，則只需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行維護(hù)更新，更新路由表即可。
4．5 父節(jié)點(diǎn)選擇
所有從節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)都是通過(guò)父節(jié)點(diǎn)傳送到主節(jié)點(diǎn)的。父節(jié)點(diǎn)性能是路由協(xié)議的核心部分。父節(jié)點(diǎn)的選擇決定于鏈路質(zhì)量和跳數(shù)。
鏈路質(zhì)量是兩節(jié)點(diǎn)間的雙向鏈路通信質(zhì)量。以兩相鄰節(jié)點(diǎn)A、B為例。在網(wǎng)絡(luò)廣播信息中，節(jié)點(diǎn)A向節(jié)點(diǎn)B發(fā)送多組數(shù)據(jù)，則B節(jié)點(diǎn)的接收成功率為：
協(xié)議進(jìn)一步采用加權(quán)唯一平均的方法計(jì)算最終的鏈路質(zhì)量估計(jì)值，進(jìn)而減小鏈路質(zhì)量評(píng)估的抖動(dòng)。令新的鏈路估計(jì)值為NEWEST，所占比例為μ=25％，則原先的作戰(zhàn)比例為(1-μ)，最終的鏈路質(zhì)量估計(jì)值為：
跳數(shù)HOPNU為節(jié)點(diǎn)到主節(jié)點(diǎn)的總共轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)。在網(wǎng)絡(luò)中，由于鏈路質(zhì)量的原因，節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)可能丟失。在進(jìn)行父節(jié)點(diǎn)選取時(shí)，為了保證父節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量，通常選用SEDEST>0．1，RCVEST>0．1和EST>0．16的鏈路質(zhì)量，這樣不至于鏈路質(zhì)量過(guò)低而不穩(wěn)定。然后在相鄰節(jié)點(diǎn)中先判斷跳數(shù)最小，再判斷鏈路通信質(zhì)量選擇父節(jié)點(diǎn)。
結(jié)語(yǔ)
本系統(tǒng)采用的STM32L152主控芯片和SI4432無(wú)線收發(fā)芯片都屬于低功耗高集成芯片，降低了系統(tǒng)的功耗。其中STM32L152是Cortex-M3微控制器，提高了系統(tǒng)的性能；主節(jié)點(diǎn)帶有硬件備份提高了系統(tǒng)的可靠性；LPES路由協(xié)議技術(shù)提高系統(tǒng)的通信效率，使系統(tǒng)拓展方便。本系統(tǒng)適合于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、小區(qū)數(shù)據(jù)采集、醫(yī)院病房監(jiān)控、農(nóng)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集等一些短距離的通信應(yīng)用。功能模塊化和網(wǎng)絡(luò)可拓展化，使系統(tǒng)便于功能的更新和節(jié)點(diǎn)的拓展。
評(píng)論