基于MCU和nRF905的低功耗遠距離無(wú)線(xiàn)傳輸系統

　　4.2 跳頻機制

　　為避免信道阻塞，系統采用了二進(jìn)制指數退避算法[5]隨機延時(shí)一段時(shí)間再發(fā)送數據，有效地避免了同頻道下的數據沖突。除此之外，系統還設計了跳頻機制以有效地保證數據傳輸的準確性。

　 　跳頻機制的基本原理是將頻段分為一系列的通道，發(fā)送端查找預先設定的頻率列表，以偽隨機方式產(chǎn)生通信頻道及發(fā)射前導碼，發(fā)射前導碼的時(shí)間應確保接收機可 以?huà)呙杷械耐ǖ繹6]。接收端以一定的跳頻序列掃描，在某一通道上，接收端收到完整的前導碼則收發(fā)雙方頻率同步。一旦完成頻率捕獲，發(fā)送端與接收端即可 識別對方，并且相互通信。發(fā)送端和接收端的跳頻過(guò)程示意圖分別如圖4(a)和圖4(b)所示。

本系統設定了5個(gè)隨機頻道，當跳頻次數hop大于5后認為通信失敗。由于同時(shí)采用了重發(fā)和退讓機制，收發(fā)雙方并不需要同時(shí)跳入隨機頻道，系統具有一定的容錯性。通常一定時(shí)間內干擾只在某個(gè)頻段存在，只要將5個(gè)通信頻道拉開(kāi)一段頻距，即可有效抵制干擾。

5 系統的低功耗設計

系統中MSP430完成初始化后，處于低功耗工作模式，在有外部事件發(fā)生時(shí)喚醒進(jìn)入中斷服務(wù)程序，完成后重新進(jìn)入低功耗模式。如此循環(huán)往復，可以最大限度地降低功耗。所以系統低功耗設計的重點(diǎn)是射頻芯片nRF905的控制。nRF905在接收狀態(tài)時(shí)功耗比較大，工作電流為10mA左右，所以應盡量使 nRF905 處于休眠狀態(tài)。對于下層節點(diǎn)模塊，當上層基站模塊需要進(jìn)行數據采集時(shí)，首先發(fā)送喚醒碼。本系統使用0xCC作為喚醒碼，即主機連續發(fā)送0xCC，從機收到連續兩個(gè)0xCC后即保持接收狀態(tài)而不進(jìn)入休眠。如果兩個(gè)周期內沒(méi)有收到有效數據幀的幀頭，則視為雜波干擾，重新進(jìn)入休眠狀態(tài)。如此設定之后，nRF905的平均工作電流可降至200?滋A以下，整個(gè)模塊的平均工作電流在250?滋A以下，采用兩節電池供電可以使用一年以上。上層基站模塊作為主機，可主動(dòng)發(fā)起通信，所以等待時(shí)nRF905可一直工作在休眠狀態(tài)，整個(gè)模塊的平均工作電流在100μA以下，采用兩節電池供電可以使用一年半以上。

本文利用低功耗單片機MSP430和nRF905芯片設計了一種成本低、低功耗、抗干擾性強的遠距離無(wú)線(xiàn)傳輸系統，給出了具體的硬件實(shí)現和獨特的通信協(xié)議。nRF905的高靈敏度為其提供了穩定的傳輸距離，即使利用無(wú)增益的PCB天線(xiàn)其傳輸距離也可達300米，采用高增益的天線(xiàn)則可達到800米以上，可滿(mǎn)足不同客戶(hù)的需求。如果系統配以其他傳感器組則可以實(shí)現多種應用環(huán)境的無(wú)線(xiàn)數據采集、傳輸與處理或遠程監控等，在很多領(lǐng)域都具有廣闊的應用前景。