智能家居無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通訊協(xié)議設計方案

1.3 射頻通訊單元

　　接收部分采用無(wú)線(xiàn)射頻模塊nRF24l01,該模塊在2.4GHz 全球開(kāi)放ISM 頻段使用；最高工作速率2Mbps,高效GFSK 調制，抗干擾能力強；共有126個(gè)頻道，滿(mǎn)足多點(diǎn)通信和跳頻通信的需要；內置硬件CRC 校錯和點(diǎn)對多點(diǎn)通信地址控制[9].其中至少兩個(gè)模塊組成了通信系統，圖3 中，一個(gè)作為主控制器數據發(fā)送端；其它作為節點(diǎn)設備數據接收端。接收端完成命令數據接收，依據命令內容聯(lián)動(dòng)對應設備；完成命令后節點(diǎn)射頻模塊進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)，返回當前節點(diǎn)設備狀態(tài)。

圖3 無(wú)線(xiàn)通信系統。

　　2 軟件設計

　　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 寄存器配置內容決定。

　　在Enhanced ShockBurst TM 收發(fā)模式下，使用片內先入先出堆棧區，數據從微控制器低速送入，高速發(fā)射，速率為1Mbps,通過(guò)這種節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進(jìn)行，這樣有三大優(yōu)點(diǎn)：節能；系統費用低；數據空中停留時(shí)間短，抗干擾性高。同時(shí)也減小了整個(gè)系統的平均工作電流。

　　2.2 數據發(fā)送接收流程

　　2.2.1 主控制器射流程

　　本文設計的無(wú)線(xiàn)通信系統是在同一信道下，初始狀態(tài)下只有一個(gè)發(fā)射節點(diǎn)，多個(gè)接收節點(diǎn)，主控制器射頻流程如圖4.

　?。?） 等待網(wǎng)絡(luò )數據包的到來(lái)，nRF24l01 射頻模塊啟動(dòng)發(fā)送模式，在配置信道上通過(guò)廣播方式發(fā)送，延時(shí)50ms,保證每個(gè)從控制器都能接收數據包。

　?。?） 數據發(fā)送完成后射頻模塊立即配置為接收模式，接收從控制器設備的狀態(tài)數據幀，并定時(shí)2 秒，超時(shí)或成功接收從控制器設備應答數據則重新自動(dòng)配置成發(fā)送模式并返回第1 步，防止射頻模塊全部進(jìn)入接收模式出現互鎖"假死"狀態(tài)。

　?。?） 如果成功接收從控制器設備應答數據，射頻模塊進(jìn)入等待狀態(tài)。

　　2.2.2 從控制器射頻流程

　　所有接收節點(diǎn)接收該數據包，并對該數據包的驅動(dòng)接口數據進(jìn)行解析校對，比如接收地址匹配，命令碼，操作文件？有匹配節點(diǎn)則進(jìn)入驅動(dòng)應用程序并執行操作。該射頻模塊多數情況下處于接收模式，具體流程如圖4:

圖4 主控射頻流程

　?。?） 從控制器節點(diǎn)nRF24l01 射頻模塊配置成接收模式，直到接收數據包。

　?。?） 對數據包的驅動(dòng)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志，如出現非法操作碼或文件標志，則返回步驟（1），有對應驅動(dòng)接口則進(jìn)入驅動(dòng)應用程序。

　?。?） 根據輸入的應用數據（記錄控制數據和記錄數據），操作設備將設備狀態(tài)寫(xiě)入發(fā)送數據幀。完成后，射頻模塊配置進(jìn)入發(fā)送模式，將發(fā)送數據幀返回主控制器，并延時(shí)1 秒。

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

圖5 從機節點(diǎn)射頻流程圖。