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BEERU简化短距离无线应用

发布时间:2018-09-23 06:17:36  来源:大电流电感厂家   查看:

对于短距离无线应用来说,网络架构包括一对一的网络、星型或树型或网状网络等复杂网络。不过,大部分应用只需一对一的系统就已足够,其次是一对多的星型网络。至于树型或网状等复杂网络,则是大型系统的应用,需求上偏少。使用无线传输对于工程师而言,有几个技术问题需要解决,即如何避免数据传送错误,如何抗干扰,以及传输距离远近和传输带宽等相关问题。

如果环境中只有一对一传输,则是很简单的系统,但当环境中出现多组一对一传输时,就必须有传输错误与干扰的处理机制。要避免数据传送错误,就需要使用配对机制,将发射器与接收器配成一对,发射器和接收器均以ID或地址的方式编号,让双方都只认识对方,使用这种方式沟通就可避免传输错误。而发射器和接收器侧就必须有ID或地址的过滤器(可由固件或硬件实现),只接收正确的设备进入系统。如将系统扩充为一对多的星型网络,则必须加入群组的概念:同一群组有相同的组ID,在群组中要有一个主控端和多数的从属端。主控端为群组的管理者,并拥有组ID;加入群组的从属端必须与主控端配对,主控端应将组ID传给从属端。由于每一组的组ID不同,它就不会与其它组发生传输错误的情形,让通信以群组的方式沟通。

如有干扰发生时,可以使用下列几种方式来抗干扰。使用跳频扩频(FHSS)或直接序列扩频(DSSS)这两种方法,均可以增加抗干扰能力;在系统可允许的延迟内,加入应答与重传的机制,可以让传输的质量更好,增加系统的抗干扰能力;另外,也可选择适当的频率,较少干扰源的频率可以降低干扰发生的机率。

射频芯片设计公司笙科电子(AMICCOM),为了缩短工程师开发无线应用项目的时间,在近期推出了2.4GHz DSSS通信应用的平台,该平台称为BEERU(ZigBEE Radio Unit)。该平台为使用者提供了固件通信协议,该协议符合Zigbee/RF4CE标准。使用者可以利用BEERU提供的简易函数库,完成无线应用产品开发。这样,工程师仅需专注于应用层的开发。BEERU提供的简单C语言函数库,包含了配对、解除配对、数据传送与数据接收4个主要函数。这样,利用该函数库便可完成整个无线通信协议(此协议就是RF4CE协议,并已包含NWK层、MAC层和PHY层)。

BEERU套件为一对一的展示,包含卧式电感一个遥控器、一个接收器(可以使用UART串口或USB虚拟COM口与PC连接)以及PC端的应用程序(图1)。虽然BEERU套件为一对一的展示,但范例程序无需任何修改,便可直接使用一对五的星型网络。使用者可将自行设计的遥控器与接收器配对,并可将5个遥控器加入网络中。在接收器端也支持大电流电感厂家UART串口。在验证初期,使用者可以连接自己的系统,在UART串口上解读数据,完成遥控的系统。笙科亦提供了BEERU模块与参考设计,使用者可以直接连接自己的系统上使用。


图1:BEERU套件。

BEERU平台协议是使用Zigbee/RF4CE的标准,故节点都是采用64位长度的IEEE地址(或称为长地址)。接收器为主控端,遥控器位从属端。每个群组ID长度为16位,称为PAN ID。当接收器执行冷启动时,会经由内部的随机数产生器与函数产生。故每个接收器拥有不同的PAN ID。当遥控器与接收器配对时,双方使用长地址进行配对。接收器接收配对时,会产生一组短地址(16位),并将PAN ID与短地址传给遥控器,尔后,接收器与遥控器都使用PAN ID与短地址通信。


图2:A7153内部方框图。

BEERU平台使用了笙科电子的A7153芯片(图2)。A7153是2.4GHz的射频收发芯片,支持IEEE802.15.4标准定义的PHY层与MAC层。IEEE802.15.4的PHY层是使用DSSS的调制方式,所以BEERU本质上就具有良好的抗干扰能力。A7153内置硬件地址过滤器,可减少固件的执行负荷。BEERU所使用的频率是2425/2450/2475MHz(IEEE802.15.4通道15,20,25),这三个频率是挑选过的适当频率,可以减少WIFI干扰的机会(图3)。


图3:IEEE802.15.4(Zigbee)与IEEE802.11(WIFI)使用的频率与占用带宽。

如果干扰真的发生,BEERU内置的载波侦听多路访问/冲突避免(CSMA/CA)机制的沟通方式,可实现自动应答与自动重传。BEERU在发射前会先确认通道是否被占用,如被占用就随机等待一段时间后再发射。如发射后遇到干扰,遥控器没有收到接收器的响应,会在同一频率再发射1次(最多发射4次),直到接收到

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