短距离无线数据低功耗传输协议相关研究

　　短距离无线数据传输是一种线缆替代技术，在当前很多领域(如工业生产、医疗监护、科学研究等)都得到了广泛的应用。它的出现，解决了因环境和条件限制而不利于有线布线的问题，同时具有低成本、方便携带等优点。然而由于存在高功耗的缺点，使得这技术在很多供电受限的工业现场应用中受到了很大的限制。本文基于 Freescale公司的MC13213硬件平台对短距离无线数据的低功耗传输协议进行了研究，在保证数据可靠传输的同时，极大地降低了设备的功耗。

　　1 主要芯片介绍

　　MC13213是Freescale公司推出的一款SoC芯片，它主要由微处理器和射频模块两部分组成。微处理器采用8位的HCS08内核，集成了1个 SPI(Serial Peripheral Interface)接口、1个8路的8/10位A/D转换器、2个TPM(Timer/PWM)模块、2个SCI(Serial Communication Interface)接口、2个I2C和1个8路的KBI(Keyboard Interrupt)接口。射频模块的工作频段是2.4 GHz，通过SPI总线与处理器通信。其主要特点有：

　　◆ 拥有0～15(共16)个可选工作信道;

　　◆ 采用2.4 GHz频段，其设计构架符合IEEE 802.15.4协议;

　　◆ 接收灵敏度<-92 dBm,发送功率为-28.7~+3.4 dBm可调;

　　◆ 采用OQPSK数字相移键控调制技术，大大降低了数据传输的误码率;

　　◆ 采用直接序列扩频(direct sequence spread spectrum)的二进制编码方式，增强了抗干扰能力;

　　◆ 采用免冲突的载波检测多址接入(CSMACA)机制，避免了数据传输过程中的冲突。

　　2 硬件系统设计

　　如图1所示，整个系统硬件结构由4部分组成：RS232/485总线接口单元、数据处理单元、射频收发单元和电源管理单元。

　　图1 短距离无线数据传输模块硬件结构图

　　一方面，PC/仪器仪表通过RS232/485总线将数据传送给MCU处理器，处理器将数据包进行适当处理后送给射频模块发送出去;另一方面，射频模块将接收到的数据送给MCU处理器，处理器经过解包处理后再通过RS232/485总线将数据送给PC/仪器仪表。

　　工业中的仪器仪表大多都采用RS485总线通信方式，因此无线数据传输设备提供RS232/485可选通信接口，既方便连接PC机，又满足了一般仪器仪表的要求，串口波特率为1 200～115 200 bps可调。

　　3 软件设计和低功耗通信协议研究

　　无线数据传输设备的一般工作流程如图2所示。在进行相关初始化之后就进入主循环，对射频模块和串口进行轮询：当射频模块接收到数据包时就进行解包，然后送到RS232/485总线;当串口接收到从RS232/485总线上发来的数据时，就进行相关处理并送入射频模块发送出去。这种轮询的方式结构简单，实现方便。