摘 要：将嵌入式系统应用到局域网无线通信传输系统中，对嵌入式无线网络节点进行了设计，给出了节点的设计方案；在此基础上，对局域网无线通信体系进行了设计，分析了无线通信过程的实现，并据此设计了无线通信协议。对于进一步提高局域网无线通信系统的设计应用及嵌入式系统的开发均具有一定借鉴意义。
关键词：无线传输 局域网通信 嵌入式系统
引 言
近年来无线通信技术得到了蓬勃发展。基于无线传输的网络系统其性能指标，如传输速率、误码率、传输距离等，都有了很大的提高。将无线通信技术应用于网络控制系统，可以使得网络控制系统延伸至光缆或电缆铺设不便的特殊地理环境，还适用于对控制网络中的节点有移动性要求的场合，同時无线网络系统也可作为有线网络控制系统的备份和补充。本论文将嵌入式系统应用于无线局域网通信传输，主要探讨嵌入式系统在局域网无线通信中的具体应用，以期从中找到可靠有效的无线通信传输方式与工作模式，并以此和广大同行分享。
1 嵌入式网络传输节点的设计
本文以局域网为实验场景，实验平台由若干个通用的网络节点组成，节点间采取无线方式进行通信，而这些网络节点就采用嵌入式系统进行设计，并且这些节点在硬件结构上是相同的，可以根据需要通过软件编程而设计成传感器节点、控制器节点和执行器节点，从通信机制上来说，可以分为通信主机和通信端机，属于主从通信方式。通用网络节点的解决方案采取了嵌入式微控制器+通用无线收发模块的架构。
通用网络节点采用 5V 直流电源供电。5V 的直流电压经滤波和稳压后被送入低压差稳压电路，通过该电路得到嵌入式微控制器所需的 3.3V 和 1.8V 直流电压；9 针串行接口用来实现微控制器与PC机的通信；JTAG 接口用于应用软件的 调 试；ADC 模数转换模块和 PWM 电路模块作为系统的输入和输出；无线收发模块负责各个节点间的数据传输。
（1）主控制器的选择。
嵌入式主控制器选取了荷兰飞利浦公司的 LPC2119 嵌入式微控制器芯片。 该芯片是基于一个支持实时仿真和跟踪的16 / 32 位 ARM7TDMI-S CPU 的 微 控 制器，并带有 128K 字节的高速 Flash 存储器。128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使 32 位代码能够在最大时钟频率下运行。对代码规模有严格控制的应用可使用 16 位 Thumb 模式将代码规模降低超过 30%，而性能的损失却很小。
（2）无线通信模块的选择。
通用无线收发模块选用了挪威Nordic 公司的 n RF905 单片无线收发芯片 。 n RF905 可工作于433 / 868 / 915MHz ISM （ 工 业 、 科 学 、 医 疗 ） 频 段， 采用 32 引 脚QFN 封装 ，GFSK 调制，工作电压1.9-3.6V，最大发射功率为10d Bm，广泛应用于无线数据通信等领域。该收发芯片由频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器和调制器组成，片内自动完成曼彻斯特编码和解码n RF905 通过 SPI （Serial Peripheral Interface，串行外设接口） 与微控制器进行通信， 可以自动处理字头和 CRC（CyclicRedundancy Code，循环冗余码）。发送数据时，微控制器只需将配置寄存器信息、所要发送的数据和接收地址通过SPI传送给n RF905， 它就会自动完成数据的打包和发送。
2 局域网无线通信传输设计
2.1 无线通信过程的实现
在应用系统中各模块具有各自的功能，这里，本文采用主从式通信方式，其中系统中的主机与端机均采用嵌入式开发系统构造，二者之间采用轮询通信方式，即主机在一定时间间隔内呼叫各端机，收集所需的传感器信息，并对端机发送命令，控制其工作状态。
（1）主机通信的实现过程。①初始化，默认工作频道 1C（S=0，频率 433.92Mhz），并且为发送模式（TXEN=1）；②监测当前状态，等待系统稳定后，向端机发送地址帧，以迅速有效的和某个端机建立连接；③转入接收模式，等待接收端机发送过来的确认信息表示终端系统已经准备好转入③， 否则转入发送模式，继续向某端机发送地址帧建立连接，转入③；④发送控制命令帧，若请求端机向主机发送数据，则进入接收模式，准备接收端机数据。若是请求端机接收主机发送的数据，则处于发射模式，注意在等待接收端机信息过程中需要向端机发送系统关键字以保持无线链路连接；⑤以轮询方式呼叫下一个端机，发送地址帧建立连接，转入③。
（2）端机通信的实现过程。①当端机接收到主机发送来的地址帧或者数据帧以后，进入中断服务子程序，默认工作频道 l（CS=0，频率 433.92MHz），并且为接收模式 （RXEN=1）；② 每一个从处理器都会读取 URD 寄存器的内容对比毛机发送过来的地址帧是否和本身地址一致，确定是否被选中。如果选中，就清零 UCSRA 的 MCPM 位，并且转入发送模式，向主机发送终端己经准备好的数据信息，转入③。若未被选中，则它将等待下一个地址字节的到来，并保持 MPCM 为 1；③终端机接收主机发送来的控制命令字，若是主机请求端机发送数据，则发送模式，准备发送传感器传来的数据。
2.2 无线通信协议的设计
无线通信的实质是通过无线数传模块在嵌入式单片机多机通信，在此多机通信中，要保证主机和从机之间的可靠通信，必须保证通信接口具有识别功能， 而串行口控制寄存器 UC-SAR 中的控制位 MCPM 就是为了满足这一要求而设置的 ，设置此位将启动多处理器通信模式。 MCPM 置位后，USART 接收器接收到的那些不包含地址信息的输入帧都将被忽略，发送器不受 MPCM 设置的影响。置位 UCSAR 的多处理器通信模式位（MPCM）可以对 US-ART 接收器接收到的数据帧进行过滤 ， 如果接收器所接收的数据帧长度为 5 到 8 位，那么第一个停止位表示这一帧包含的是数据还是地址信息。
3 结束语
网络无线通信控制已经取代了传统的控制方式，成为了目前工业领域的主要控制方式。现有的网络控制系统通常是基于有线传输介质的，在网络节点的移动性和组网的方便性上仍有很多不足，无线控制网络能克服有线工业控制网络中的上述缺点，在工业控制中有着良好的应用前景。
参考文献
[1] 孙宇.工业控制中可靠的专用无线数据传输的研究[J]. 信息技术，2004（1）.
作者简介：张亮（1983.011—），男，长期从事网络安全方向的研究与实践。
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