CyFi無(wú)線(xiàn)傳感囂網(wǎng)絡(luò )組建與通信設計

1 CyFi簡(jiǎn)介
Cypress公司先前推出的WirelessUSB技術(shù)已被廣泛應用于無(wú)線(xiàn)鼠標、鍵盤(pán)、游戲手柄等產(chǎn)品中。在此基礎之上，Cypress公司又推出了針對嵌入式控制領(lǐng)域的一款低成本、低功耗、高可靠性的無(wú)線(xiàn)射頻解決方案――CyFi。CyFi的市場(chǎng)定位使其具有可靠、簡(jiǎn)化、低功耗、多信道等特點(diǎn)。
①可靠。通過(guò)使用直接序列擴頻(DSSS)調制技術(shù)，CyFi能夠使傳輸的數據從可能的錯誤中恢復回來(lái)，從而提供出色的連接可靠性。對于來(lái)自同樣工作在非常擁擠的2．4 GHz頻段的Wi―Fi、藍牙、ZigBee等其他無(wú)線(xiàn)技術(shù)的干擾，CyFi的跳頻技術(shù)能以預設的頻段間隔自動(dòng)搜索干凈的信道進(jìn)行通信，如圖1所示。同時(shí)，CyFi的鏈接管理功能可以根據網(wǎng)絡(luò )環(huán)境將發(fā)射功率、傳輸速率自動(dòng)調整到保證可靠鏈接的最優(yōu)配置上。DSSS調制、跳頻技術(shù)和成熟的鏈接管理算法使得CyFi成為2．4 GHz頻段的高可靠性無(wú)線(xiàn)解決方案。

②簡(jiǎn)化。CyFi提供的輕量級星型協(xié)議棧CYFISNP尺寸非常小，應用于Hub僅占用8 KB，而應用于節點(diǎn)僅為6 KB，如圖2所示。CYFISNP協(xié)議?？芍苯釉赑SoCDesigner中使用，其所提供的用戶(hù)模塊使開(kāi)發(fā)者只需簡(jiǎn)單的拖放即可實(shí)現創(chuàng )新的無(wú)線(xiàn)設計，用戶(hù)無(wú)需自行編寫(xiě)任何通信協(xié)議或編碼，與PSoC可編程片上系統的結合使其在研發(fā)過(guò)程的任何階段都可進(jìn)行重新編程。
③低功耗。為了實(shí)現低功耗，CyFi盡量工作在睡眠模式。這意味著(zhù)在干擾較弱的情況下，CyFi將以盡可能快的速度(1 Mbps)傳輸，以縮短傳輸時(shí)間；而在干擾較強的情況下，將啟用DSSS調制技術(shù)并提高RF發(fā)射功率以250 kbps的速率傳輸，從而減少重傳的可能。當節點(diǎn)與Hub的距離較近時(shí)，節點(diǎn)也能降低發(fā)射功率從而減小功耗。這種有效的電源管理機制使得采用CyFi的典型傳感器應用只靠2節AA電池就可使用4年之久。
④多信道。由于CyFi僅占用1 MHz的帶寬，故可用信道多達80個(gè)，而ZigBee等僅能使用16個(gè)5 MHz的信道。

2 CY3271簡(jiǎn)介
CY3271是Cypress公司針對新手推出的一款帶CyFi的低成本USB接口套件，包括PSoC集成開(kāi)發(fā)環(huán)境PSoCDesigner、用于數據采集的感應控制軟件SCD、帶RF功能的PC橋FTPC、多功能板FTMF、支持長(cháng)距離無(wú)線(xiàn)應用并帶功率放大器的RF擴展板FTRF，以及2個(gè)電池板。其中，PC橋FTPC作為CyFi的Hub設備使用；RF擴展板FTRF作為CyFi的節點(diǎn)設備使用，同時(shí)帶有一個(gè)超低功耗的溫度傳感器；而多功能板FTMF中帶有CapSense觸摸傳感器、接近式傳感器、溫度傳感器、光傳感器和紅、黃、藍3個(gè)LED燈。本文中僅以CapSense觸摸傳感器為例。

3 硬件結構
由于CyFi使用的是星型廣播式網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，所有消息需要經(jīng)過(guò)中心Hub，故實(shí)現節點(diǎn)A到節點(diǎn)B數據通信的過(guò)程如下：節點(diǎn)A通過(guò)I2C協(xié)議采集多功能板A的CapSense觸摸滑塊的位置、3個(gè)LED燈的亮滅情況等數據，并與目標節點(diǎn)B的ID號一起通過(guò)RF發(fā)送出去；Hub檢測到網(wǎng)絡(luò )中有消息后，再根據消息中的目標節點(diǎn)ID將消息轉發(fā)出去，同時(shí)將數據保存到緩存中等待PC機讀??；節點(diǎn)B接收到消息之后根據消息中的數據，同樣通過(guò)I2C協(xié)議控制多功能板B上的3個(gè)LED燈的亮滅。其中Hub所在設備FTPC有2個(gè)PSoC內核：主內核實(shí)現USB―I2C轉換和各個(gè)板卡(包括從內核)的編程功能；從內核實(shí)現Hub功能，同時(shí)通過(guò)I2C與主內核連接。系統功能框圖如圖3所示。

4 軟件設計
4．1 PSoC軟件設計
CY3271套件的光盤(pán)中提供了各個(gè)PSoC的設計樣例，本文中PSoC部分的設計就是在這些樣例的基礎上修改而成的。為了實(shí)現上述功能，需要在節點(diǎn)A發(fā)送的消息中添加目的節點(diǎn)B的ID信息，以便Hub將接收到的消息再轉發(fā)出去。每個(gè)CyFi收發(fā)器有2種ID；一種為6字節的Radio ID，此ID在收發(fā)器出廠(chǎng)時(shí)燒入，不可更改且全球唯一；另一種為1字節的Node ID，此ID在節點(diǎn)綁定時(shí)確定，可以事先指定也可以由Hub動(dòng)態(tài)分配。由于Ra-dio ID較復雜，開(kāi)發(fā)人員在開(kāi)發(fā)過(guò)程中可以忽略RadioID，而只關(guān)注Node ID。
對于多功能板A可直接使用光盤(pán)上的MF_CS_SLIDE樣例，不需要修改。對于節點(diǎn)A使用的RF_12C_BRIDGE樣例，主函數中需修改調用CYFISNP_BindStart()函數時(shí)的參數，如下：

其中，采集并發(fā)送消息的函數sendNewTxMsg()中發(fā)送的消息類(lèi)型必須修改為CYFISNP_API_TYPE_CONF_BCDR，且應在調用的loadTxData()函數中添加如下一句以添加節點(diǎn)B的ID信息：
txApiPkt．payload[I2C_PAYLOAD_MAX]=DEV_ID_RX；
對于Hub使用的RF_HUB樣例，首先需要將用戶(hù)模塊CYFISNP的Device ID assignment屬性設置為Preas-signed Device ID，以便節點(diǎn)A、B使用指定的ID綁定成功。重新編譯后，在ServeSNPPackets()函數中接收到CYFISNP_API_TYPE_CONF_BCDR類(lèi)型的消息之后，添加如下代碼：