智能家居無線網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議設(shè)計方案

1.3 射頻通訊單元

　　接收部分采用無線射頻模塊nRF24l01,該模塊在2.4GHz 全球開放ISM 頻段使用；最高工作速率2Mbps,高效GFSK 調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)；共有126個頻道，滿足多點(diǎn)通信和跳頻通信的需要；內(nèi)置硬件CRC 校錯和點(diǎn)對多點(diǎn)通信地址控制[9].其中至少兩個模塊組成了通信系統(tǒng)，圖3 中，一個作為主控制器數(shù)據(jù)發(fā)送端；其它作為節(jié)點(diǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)接收端。接收端完成命令數(shù)據(jù)接收，依據(jù)命令內(nèi)容聯(lián)動對應(yīng)設(shè)備；完成命令后節(jié)點(diǎn)射頻模塊進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)，返回當(dāng)前節(jié)點(diǎn)設(shè)備狀態(tài)。

圖3 無線通信系統(tǒng)。

　　2 軟件設(shè)計

　　2.1 射頻工作模式選擇

　　nRF24l01 射頻模塊的收發(fā)模式有三種：EnhancedShockBurst TM 收發(fā)模式、ShockBurst TM 收發(fā)模式和直接收發(fā)模式三種。Enhanced ShockBurst TM 收發(fā)模式由器件EN_AA 寄存器配置內(nèi)容決定。

　　在Enhanced ShockBurst TM 收發(fā)模式下，使用片內(nèi)先入先出堆棧區(qū)，數(shù)據(jù)從微控制器低速送入，高速發(fā)射，速率為1Mbps,通過這種節(jié)能方式即使使用低速的微控制器也能得到很高的射頻發(fā)射速率。并且與射頻協(xié)議相關(guān)的所有高速信號處理都在片內(nèi)進(jìn)行，這樣有三大優(yōu)點(diǎn)：節(jié)能；系統(tǒng)費(fèi)用低；數(shù)據(jù)空中停留時間短，抗干擾性高。同時也減小了整個系統(tǒng)的平均工作電流。

　　2.2 數(shù)據(jù)發(fā)送接收流程

　　2.2.1 主控制器射流程

　　本文設(shè)計的無線通信系統(tǒng)是在同一信道下，初始狀態(tài)下只有一個發(fā)射節(jié)點(diǎn)，多個接收節(jié)點(diǎn)，主控制器射頻流程如圖4.

　　（1） 等待網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的到來，nRF24l01 射頻模塊啟動發(fā)送模式，在配置信道上通過廣播方式發(fā)送，延時50ms,保證每個從控制器都能接收數(shù)據(jù)包。

　　（2） 數(shù)據(jù)發(fā)送完成后射頻模塊立即配置為接收模式，接收從控制器設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)幀，并定時2 秒，超時或成功接收從控制器設(shè)備應(yīng)答數(shù)據(jù)則重新自動配置成發(fā)送模式并返回第1 步，防止射頻模塊全部進(jìn)入接收模式出現(xiàn)互鎖"假死"狀態(tài)。

　　（3） 如果成功接收從控制器設(shè)備應(yīng)答數(shù)據(jù)，射頻模塊進(jìn)入等待狀態(tài)。

　　2.2.2 從控制器射頻流程

　　所有接收節(jié)點(diǎn)接收該數(shù)據(jù)包，并對該數(shù)據(jù)包的驅(qū)動接口數(shù)據(jù)進(jìn)行解析校對，比如接收地址匹配，命令碼，操作文件？有匹配節(jié)點(diǎn)則進(jìn)入驅(qū)動應(yīng)用程序并執(zhí)行操作。該射頻模塊多數(shù)情況下處于接收模式，具體流程如圖4:

圖4 主控射頻流程

　?。?） 從控制器節(jié)點(diǎn)nRF24l01 射頻模塊配置成接收模式，直到接收數(shù)據(jù)包。

　　（2） 對數(shù)據(jù)包的驅(qū)動接口部分進(jìn)行解析，接收地址是否匹配，如不匹配則返回步驟（1），再判斷命令操作碼及文件標(biāo)志，如出現(xiàn)非法操作碼或文件標(biāo)志，則返回步驟（1），有對應(yīng)驅(qū)動接口則進(jìn)入驅(qū)動應(yīng)用程序。

　?。?） 根據(jù)輸入的應(yīng)用數(shù)據(jù)（記錄控制數(shù)據(jù)和記錄數(shù)據(jù)），操作設(shè)備將設(shè)備狀態(tài)寫入發(fā)送數(shù)據(jù)幀。完成后，射頻模塊配置進(jìn)入發(fā)送模式，將發(fā)送數(shù)據(jù)幀返回主控制器，并延時1 秒。

　?。?） 判斷是還發(fā)送成功，失敗則重新進(jìn)入步驟（1），成功則結(jié)束，同樣進(jìn)入初始化狀態(tài)。

圖5 從機(jī)節(jié)點(diǎn)射頻流程圖。