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本文中CSMA／CA協(xié)議的實(shí)現基于MCl3213芯片。構建了1個(gè)小型ZigBee通信系統，僅使用了MCl3213的物理層無(wú)線(xiàn)收發(fā)功能和內嵌單片機，所以本算法實(shí)現也可以移植到433 MHz通信等其他短距離無(wú)線(xiàn)通信系統中。 1 MCl3213芯片及通信小系統 MCl3213集成了1個(gè)符合IEEE 807.15.4協(xié)議的2.4 GHz收發(fā)器和飛思卡爾公司的低電壓低功耗HCS08單片機核心，并帶有嵌入式閃存、UART接口、低壓中斷和鍵盤(pán)中斷等功能。MCl3213支持專(zhuān)用點(diǎn)到點(diǎn)、簡(jiǎn)單星形和MUSH網(wǎng)絡(luò )，以及采用Figure 8 Wireless Z-stack的符合ZigBee標準的網(wǎng)絡(luò )。 本設計只使用了MCl3213的1個(gè)串口，連接電腦或者傳感器，用于從電腦接收需要通過(guò)無(wú)線(xiàn)發(fā)送的數據，并把無(wú)線(xiàn)接收到的數轉發(fā)到電腦。 (1)數據發(fā)送 數據發(fā)送主程序的流程如圖1所示。 (2)CSMA_MAC協(xié)議及3次重發(fā)的實(shí)現 流程如圖2所示。 (3)無(wú)線(xiàn)接收數據至串口的實(shí)現 流程如圖3所示。 2無(wú)線(xiàn)狀態(tài)轉換圖 程序上電初始化后，第一次的無(wú)線(xiàn)狀態(tài)為INITIAL_STATE初始化狀態(tài)。初始化狀態(tài)后，無(wú)線(xiàn)模塊進(jìn)入RX_STATE接收狀態(tài)，將模塊的接收天線(xiàn)打開(kāi)。而后進(jìn)入WAITING_FOR_ACK等待狀態(tài)，等待接收無(wú)線(xiàn)數據。當接收到無(wú)線(xiàn)數據時(shí)，根據WT_Txbuffer0_Flag來(lái)判斷此時(shí)接收到的數據幀為ACK還是數據幀：如果WT_Txbuffer0_Flag=0xff，則說(shuō)明此時(shí)接收到的數據幀為ACK，進(jìn)入WAITING_ACK處理，處理完畢，無(wú)線(xiàn)模塊重新進(jìn)入RX_STATE接收狀態(tài)；如果WT_Txbuffer0_Flag=0x00，則說(shuō)明此時(shí)接收到的數據為無(wú)線(xiàn)發(fā)送來(lái)的數據幀，進(jìn)入GOOD_PACKET好包狀態(tài)，處理完畢，無(wú)線(xiàn)模塊重新進(jìn)入RX_STATE接收狀態(tài)。 無(wú)線(xiàn)狀態(tài)轉換圖如圖4所示。 3實(shí)現協(xié)議的關(guān)鍵 ①串口數據幀的拷貝。為保存串口接收到的數據幀，并為以后能區分緩存不同的數據幀，設計了能緩存4個(gè)數據幀的緩存空間。在接收到串口的數據幀時(shí)，跟原來(lái)直接處理數據的做法不同，新的程序中，首先將數據存在緩存區中，如果緩存區滿(mǎn)，則不再保存新的數據幀。 ②串口緩存區數據幀的處理順序。按照接收到數據的先后順序進(jìn)行處理。 ③隨機退避的處理。由于MCl3213不僅需要發(fā)送數據和接收數據，還需要與串口進(jìn)行通信，此處隨機退避采用中斷方式，當退避時(shí)間到時(shí)，置退避時(shí)間完成標志位，而后進(jìn)入隨機退避完成的處理過(guò)程。 ④無(wú)線(xiàn)數據幀3次重發(fā)的實(shí)現。DATA類(lèi)型的數據如果發(fā)送不成功，需要有3次重傳機制，實(shí)現過(guò)程與之前有很大不同。當數據發(fā)送成功后，在一定的時(shí)間內等待ACK，如果沒(méi)有接收到ACK，則判斷是否重傳3次。 若未到3次，置重傳標志位，重傳數據幀，否則丟棄此幀。隨機退避次數大于最大退避次數時(shí)，同樣判斷是否重傳3次：若未到3次，置重傳標志位，重傳數據幀，否則丟棄此幀。在此幀數據沒(méi)有發(fā)送成功，并且重傳次數未到時(shí)，不處理之后的數據幀，保證重傳的數據幀是需要重傳的數據幀。 ⑤無(wú)線(xiàn)模塊的狀態(tài)切換。為了保證無(wú)線(xiàn)模塊狀態(tài)切換的時(shí)序沒(méi)有錯誤，防止由于無(wú)線(xiàn)模塊狀態(tài)切換而導致的嚴重問(wèn)題，在CSMA_MAC協(xié)議實(shí)現過(guò)程中，無(wú)論對無(wú)線(xiàn)模塊進(jìn)行了什么操作，最終都需要把無(wú)線(xiàn)模塊的狀態(tài)置為RX_STATE，打開(kāi)無(wú)線(xiàn)模塊的接收天線(xiàn)。 ⑥串口數據幀3次重發(fā)的實(shí)現。DATA類(lèi)型的數據幀發(fā)送完成后，如果在一定的時(shí)間內未收到ACK，將對數據進(jìn)行重發(fā)，直至收到ACK；或者重發(fā)超過(guò)3次，丟棄此幀。 4 測試結果 在我們搭建的一個(gè)無(wú)線(xiàn)定位小系統測試中，定位節點(diǎn)與定位卡通信，工作正常；兩個(gè)定位節點(diǎn)之間的通信，定位節點(diǎn)收發(fā)狀態(tài)正常，工作正常；定位節點(diǎn)將接收到的定位卡的數據幀轉發(fā)至PC上，經(jīng)過(guò)定位算法處理后，定位誤差在2 m范圍之內。 結 語(yǔ) 本文基于ZigBee基帶芯片實(shí)現了簡(jiǎn)單的CSMA／CA協(xié)議，同時(shí)也適用于其他短距離無(wú)線(xiàn)通信系統。筆者已經(jīng)在1套433 MHz定位系統中使用了同一協(xié)議，收到了良好的效果。本文介紹實(shí)現的只是基本的CSMA／CA協(xié)議，在應用于不同的無(wú)線(xiàn)通信系統中時(shí)，可以根據系統的特點(diǎn)再加以改進(jìn)，就可以達到更好的無(wú)線(xiàn)通信效果。 |
