基于DSSS技術(shù)的無線數(shù)據(jù)傳送

安博文1，孟桂菊2
中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所 上海 200083；2．湖北黃岡師范學(xué)院物理系 湖北黃岡 438000)

鋼鐵公司的轉(zhuǎn)爐需要定期的檢測爐壁厚度，當(dāng)蝕耗達(dá)定程度時，必須對其進(jìn)行維護。測量爐壁通常是在轉(zhuǎn)爐傾倒鋼水時進(jìn)行的，要準(zhǔn)確的測量出厚度，有一個重要的參數(shù)一一轉(zhuǎn)爐的傾角，必須準(zhǔn)確測量。由于轉(zhuǎn)爐的溫度高達(dá)1 700 C．采用有線方式很難傳送測量的結(jié)果．采用無線傳輸時，電磁波干擾十分嚴(yán)重，容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)差錯。擴頻通信，尤其是直擴通信，具有很強的抗干擾能力。設(shè)計本系統(tǒng)時．采用的就是這種方式。

直擴通信理論基礎(chǔ)是香農(nóng)(C．E.Shannon)信息容量 該公式表明：

在高斯信道中當(dāng)傳輸系統(tǒng)的信噪比S／N下降時，可以增加系統(tǒng)傳輸帶寬U／的方法來保持信道容量C不變。

系統(tǒng)組成

測量轉(zhuǎn)爐傾角用到的傳感器是德國Electronic公司的RN-6052，該模塊用1 3b格雷碼表示轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過的角度，其輸出電平符合TTL邏輯要求。輸出的數(shù)字信號通過單片機讀出，送往通信模塊，通信模塊由兩個部分構(gòu)成：連接單片機并口到射頻串口的D100和射頻模塊RFWl02。整體電路圖如圖1所示。

單片機采用低電壓供電的P87C51，利用其串口讀出13 b角度信息，串口工作在方式0，D100和RFWl02是通信模塊，是本文介紹的重點。

3 通信模塊介紹

RFWl02是以色列RFWaves公司開發(fā)的短距離超過100m)半雙工無線通信模塊，工作頻段為開放的2．4GHzISM頻段，數(shù)據(jù)傳送速率高達(dá)1 Mb／s，具有一80dB的靈敏度，符合FCC通信標(biāo)準(zhǔn)，工作電壓為2．7～3．6 V(典型值是3．3 V)，待機時電流消耗只有2．6 gA。RFWl02與外界是全數(shù)字接口，三只引腳為：

ACT(待機、工作控制引腳)、TxD／RxD(發(fā)射或接收數(shù)據(jù)引腳)、Tx／Dx(發(fā)射、接收狀態(tài)控制引腳)。RFWl02采用的是直接系列擴展頻譜技術(shù)，調(diào)制方式為二進(jìn)制移相鍵控，每一位包含13 b巴克碼系列。由于RFWl02工作數(shù)據(jù)速率高達(dá)1 Mb／s，直接用單片機對其讀／寫操作，速度難以跟上，RFWaves公司開發(fā)的D100模塊很好地解決了單片機與RFWl02之間的接口問題。

D100給單片機和RFWl02提供了串／并轉(zhuǎn)換接口，其內(nèi)部有16 B的FIFO，相當(dāng)于外接一個緩沖區(qū)，接收和發(fā)射的FIFO隊列是共用一個地址的兩個不同物理實體。單片機訪問16B所需的開銷與沒有使用D100接收一個字節(jié)的開銷相等。在實現(xiàn)無線通信時，D100輔助單片機執(zhí)行MAC協(xié)議，所以D100還具有導(dǎo)頻信號相關(guān)運算、CRC，CSMA、網(wǎng)絡(luò)濾波等功能。

另外，中斷驅(qū)動和看門狗定時器可以使系統(tǒng)工作在節(jié)能狀態(tài)。D100的工作狀態(tài)由單片機向其寄存器寫入的控制字確定。表1是D100內(nèi)部寄存器的映射圖。

工作過程

從圖1中可以看出，D100寄存器地址線只有5根，為簡化電路，省掉地址鎖存器，利用單片機的P2口對其進(jìn)行尋址，P0口作為數(shù)據(jù)口，而片選、讀／寫、復(fù)位等通過P3口的復(fù)用功能和P1口完成，設(shè)置D100中斷連接到單片機的外部中斷o．而看門狗中斷接到外部中斷1。D100與RFWl02之間的連接非常簡單，只要將相應(yīng)的引腳相連即可；單片機與傳感器之間僅有兩根連接線，利用P3．o和P3，1完成讀數(shù)任務(wù)。單片機和D100工作時鐘都為6MHz。

D100對RFWl02的控制是通過改變寄存器內(nèi)容實現(xiàn)的，表現(xiàn)為引腳電平發(fā)生變化。表2描述了RFWl02工作狀態(tài)與控制電平之間的關(guān)系。

整個系統(tǒng)的工作過程：上電后，單片機完成對D100的初始化，通過串口讀人角度傳感器的信息，在確認(rèn)信道空閑后向外發(fā)送采集到的信息。由于D100在發(fā)射狀態(tài)時能耗大于接收狀態(tài)，所以發(fā)送完畢后立即進(jìn)入到接收狀態(tài)。

以上介紹的是角度信息向外發(fā)射的情況，發(fā)射出的信息是通過RFWl02和D100構(gòu)成的電路接收，在初始化接收電路時，有幾點必須與發(fā)射相對應(yīng)，否則無法接收：

(1)發(fā)射和接收方所使用的導(dǎo)頻信號必須相同，由寄存器PRE_L和PRE_H確定。
(2)發(fā)射和接收所使用的網(wǎng)絡(luò)濾波器內(nèi)容必須相同，由NIR和BIR確定。
(3)收發(fā)兩邊的CRC格式必須相同，本系統(tǒng)中使用
16 bCRC，生成多項式為

(4)收發(fā)兩邊數(shù)據(jù)位格式必須相同，RFWaves公司研發(fā)的CSMA的算法規(guī)定每位數(shù)字包含固定數(shù)目的時鐘周期，只有符合該格式的才能被接收。

5 軟件實現(xiàn)

本系統(tǒng)在軟件實現(xiàn)時，利用KeilC可以完成其功能，但由于涉及到硬件的直接讀寫，并且程序代碼不是太長，利用匯編語言效率更高。

對于D100初始化時，電路沒有使用地址鎖存器，只用P2口對其尋址，根據(jù)表1中各寄存器的地址，改變單片機寄存器DPH的值便能實現(xiàn)，DPL可以設(shè)為任意值。

6 結(jié) 語
使用直擴模塊RFWl02和D100構(gòu)成的通信系統(tǒng)，由于具有超強的抗干擾能力，在通信應(yīng)用中具有良好的穩(wěn)健性。本系統(tǒng)在某大型鋼鐵公司投入使用半年來，工作穩(wěn)定，滿足了生產(chǎn)需要．完全達(dá)到了設(shè)計要求。

  

參考文獻(xiàn):

[1]. TTL datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/TTL_1174409.html.
[2]. D100 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/D100_2060604.html.
[3]. P87C51 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/P87C51_538547.html.
[4]. 16B datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/16B_2177774.html.