基于CyFi的無線傳感器網(wǎng)絡組建與通信設計

實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡的相關協(xié)議層出不窮，如紅外、藍牙、ZigBee、Wi-Fi等。但是目前這些協(xié)議都存在種種問題，例如紅外技術遇到障礙物就失靈，藍牙比較耗電，ZigBee協(xié)議比較復雜等等。針對這些問題，Cypress公司推出了CyFi低功耗無線解決方案，同時還推出了針對新手的PSoC FirstTouch入門套件CY3271以及其他擴展套件。本文使用此套件組建CyFi無線傳感器網(wǎng)絡，并在PC機上通過USB接口實現(xiàn)節(jié)點的綁定及數(shù)據(jù)的采集。

1 CyFi簡介

Cypress公司先前推出的WirelessUSB技術已被廣泛應用于無線鼠標、鍵盤、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域的一款低成本、低功耗、高可靠性的無線射頻解決方案――CyFi。CyFi的市場定位使其具有可靠、簡化、低功耗、多信道等特點。

①可靠。通過使用直接序列擴頻(DSSS)調制技術，CyFi能夠使傳輸?shù)臄?shù)據(jù)從可能的錯誤中恢復回來，從而提供出色的連接可靠性。對于來自同樣工作在非常擁擠的2．4 GHz頻段的Wi―Fi、藍牙、ZigBee等其他無線技術的干擾，CyFi的跳頻技術能以預設的頻段間隔自動搜索干凈的信道進行通信，如圖1所示。同時，CyFi的鏈接管理功能可以根據(jù)網(wǎng)絡環(huán)境將發(fā)射功率、傳輸速率自動調整到保證可靠鏈接的最優(yōu)配置上。DSSS調制、跳頻技術和成熟的鏈接管理算法使得CyFi成為2．4 GHz頻段的高可靠性無線解決方案。

②簡化。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(jié)點僅為6 KB，如圖2所示。CYFISNP協(xié)議棧可直接在PSoCDesigner中使用，其所提供的用戶模塊使開發(fā)者只需簡單的拖放即可實現(xiàn)創(chuàng)新的無線設計，用戶無需自行編寫任何通信協(xié)議或編碼，與PSoC可編程片上系統(tǒng)的結合使其在研發(fā)過程的任何階段都可進行重新編程。

③低功耗。為了實現(xiàn)低功耗，CyFi盡量工作在睡眠模式。這意味著在干擾較弱的情況下，CyFi將以盡可能快的速度(1 Mbps)傳輸，以縮短傳輸時間；而在干擾較強的情況下，將啟用DSSS調制技術并提高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(jié)點與Hub的距離較近時，節(jié)點也能降低發(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(jié)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，而ZigBee等僅能使用16個5 MHz的信道。

2 CY3271簡介

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集成開發(fā)環(huán)境PSoCDesigner、用于數(shù)據(jù)采集的感應控制軟件SCD、帶RF功能的PC橋FTPC、多功能板FTMF、支持長距離無線應用并帶功率放大器的RF擴展板FTRF，以及2個電池板。其中，PC橋FTPC作為CyFi的Hub設備使用；RF擴展板FTRF作為CyFi的節(jié)點設備使用，同時帶有一個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LED燈。本文中僅以CapSense觸摸傳感器為例。