基于WIA-PA的HSE系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

作者：時(shí)間：2012-11-21 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

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2．2 無(wú)線通信模塊
無(wú)線通信模塊主要包含一個(gè)16位的MSP430F1611單片機(jī)和一個(gè)符合2．4 GHz IEEE 802. 15．4的CC2420無(wú)線射頻芯片。MSP430F1611是16位超低功耗單片機(jī)，擁有48 KB的Flash存儲(chǔ)器，可支持在線編程和仿真；2個(gè)16位定時(shí)器Timer_A和Timer_B，具有捕獲／比較功能的寄存器；12位A／D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換速率高達(dá)200 ksps，能夠滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集的要求；多功能串口模塊，兼容多種串行協(xié)議，方便外設(shè)與電腦通信。 CC2420是一款低功耗、短距離的工業(yè)級(jí)射頻收發(fā)芯片，可確保短距離通信的有效性和可靠性，工作于2．4 GHz免授權(quán)頻段，支持16個(gè)最大傳輸速率為250 kbps的信道。CC2420功耗低，相應(yīng)的傳輸距離短，接收靈敏度也低，所以在射頻前段分別增加PA和LNA，以提高發(fā)射功率和接收靈敏度，在室外可視通信距離能達(dá)到1000 m以上。雖然增加了PA和LNA，但是在典型的Mesh網(wǎng)絡(luò)中最小工作電流也僅為30μA。MCU通過(guò)SPI總線訪問(wèn)CC2420，MSP430F1611和CC2420的硬件接口電路如圖5所示。

本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/153721.htm

MCU通過(guò)FIFO、FIFOP、SFD引腳查詢CC2420數(shù)據(jù)收發(fā)狀態(tài)，通過(guò)I／O引腳與其相連，起到查詢狀態(tài)的作用。CCA為空閑信道檢測(cè)引腳，VR EG_EN是CC2420的電壓調(diào)整器引腳。CC2420和MCU的數(shù)據(jù)、命令交換主要通過(guò)SPI串行接口完成，MSP430F1611單片機(jī)設(shè)置為主機(jī)模式，通過(guò)SPI接口訪問(wèn)CC2420內(nèi)部寄存器和存儲(chǔ)器；作為從設(shè)備的CC2420接收來(lái)自MSP430F1611的時(shí)鐘信號(hào)和片選信號(hào)，并在其控制下執(zhí)行輸入／輸出操作。
2．3 電源模塊
供電是電路設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，節(jié)點(diǎn)采用穩(wěn)壓5 V供電，通過(guò)一個(gè)SPX1117M3低壓差電壓調(diào)節(jié)芯片輸出3．3 V為元器件供電。SPX1117M3的輸出電壓誤差在±1％以內(nèi)，同時(shí)芯片還提供電流限制和熱保護(hù)功能。

3 軟件設(shè)計(jì)
WIA-PA協(xié)議層次結(jié)構(gòu)遵循ISO／OSI層次結(jié)構(gòu)，WIA-PA網(wǎng)絡(luò)協(xié)議只涉及物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。物理層基于IEEE802．1 5．4，MAC層基于IEEE802．15．4并進(jìn)行了擴(kuò)展。數(shù)據(jù)鏈路層為網(wǎng)絡(luò)層和MAC層提供接口，包括用于收發(fā)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)實(shí)體和配置維護(hù)數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)鏈路管理實(shí)體。網(wǎng)絡(luò)層則主要為應(yīng)用層提供接口，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)層的管理配置控制功能。應(yīng)用層是WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的最高層，定義了與工業(yè)過(guò)程進(jìn)行交互的軟件對(duì)象，用戶可以直接調(diào)用服務(wù)對(duì)象實(shí)現(xiàn)通信。
WIA-PA網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在入網(wǎng)前需設(shè)置傳感器標(biāo)簽，每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備唯一，取值范圍是1～255。如不初始化將從Flash中讀取初始設(shè)定值，主動(dòng)重啟后會(huì)將當(dāng)前設(shè)定值寫入Flash。每個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送周期不得少于1 s，每次發(fā)送的信息量應(yīng)少于25字節(jié)。一切準(zhǔn)備就緒后打開(kāi)帶有無(wú)線模塊的節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)設(shè)備會(huì)自動(dòng)搜尋WIA-PA網(wǎng)絡(luò)超幀并加入網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)所需要的時(shí)間，一般是同時(shí)打開(kāi)的點(diǎn)數(shù)、環(huán)境信號(hào)情況而定，一般為1～5 min。
接入網(wǎng)絡(luò)后，節(jié)點(diǎn)就通過(guò)串口與網(wǎng)關(guān)交互信息，串口波特率為115 200 bps。串口報(bào)文帶有CRC，CRC算法為IBM算法，代碼如下：

WIA-PA網(wǎng)絡(luò)報(bào)文有一定的格式，網(wǎng)關(guān)的報(bào)文末尾必須帶有2字節(jié)的CRC校驗(yàn)碼。網(wǎng)絡(luò)報(bào)文封裝以7E開(kāi)頭、7E結(jié)尾，若報(bào)文里含有7E和7D字節(jié)，規(guī)定都轉(zhuǎn)換為7D 5E和7D 5D。用戶通過(guò)串口傳給網(wǎng)關(guān)，進(jìn)而傳給節(jié)點(diǎn)透?jìng)鲌?bào)文，報(bào)文內(nèi)容的第一個(gè)字節(jié)要求必須是設(shè)備節(jié)點(diǎn)傳感器標(biāo)簽，報(bào)文末尾是CRC校驗(yàn)碼，以7E開(kāi)頭、7E結(jié)尾來(lái)封裝；封裝后通過(guò)串口傳遞給網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)進(jìn)行CRC校驗(yàn)，通過(guò)后再傳遞給目的節(jié)點(diǎn)。收到串口報(bào)文后，先將接收到的報(bào)文按照串口協(xié)議解碼，判斷CRC校驗(yàn)是否正確；正確繼續(xù)處理，否則丟棄。對(duì)于需要回復(fù)ACK的報(bào)文回復(fù)ACK，然后對(duì)報(bào)文進(jìn)行解析；是本地的報(bào)文則進(jìn)行處理，否則經(jīng)過(guò)無(wú)線通信模塊轉(zhuǎn)發(fā)。

結(jié)語(yǔ)
WIA-PA目前已經(jīng)正式成為IEC的工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，本文實(shí)現(xiàn)了基于WIA-PA的工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備?；赪IA-PA的HSE無(wú)線工業(yè)設(shè)備不僅具有傳統(tǒng)設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)，而且沒(méi)有現(xiàn)場(chǎng)布線的成本花費(fèi)，安裝靈活，功耗低，數(shù)據(jù)通信安全性及可靠性較高，還具有良好的開(kāi)放性，勢(shì)必將成為工業(yè)應(yīng)用的主流。