|
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )是由大量傳感器節點(diǎn)通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信自組織構成的網(wǎng)絡(luò )，被認為是將對21世紀產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一。在分布式測試中使用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )，不受通信電纜的限制、組態(tài)靈活、重構性強，可以在較惡劣的測試環(huán)境中使用。由無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )組成的分布式測試系統已應用于水中爆炸測試系統。在一些分布場(chǎng)測試系統中，被測量種類(lèi)繁雜，為完成測試任務(wù)，節點(diǎn)采用模塊化設計，SPI接口電路簡(jiǎn)單、傳輸速度快，各模塊通過(guò)SPI總線(xiàn)通信協(xié)同完成測試任務(wù)。但在實(shí)際開(kāi)發(fā)應用中，由于系統要求，使某些模塊與多個(gè)模塊鏈接，且接口工作在不同的模式下，如果完成通信需要功能模塊的SPI接口主從切換，致使通信速度與靈活性降低。CPLD具有可編程性特點(diǎn)，可根據需要擴展專(zhuān)用SPI接口電路，提高系統通信速度與靈活性，方便系統擴展功能模塊，提高系統整體性能。 1 節點(diǎn)的模塊化設計及其接口電路 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)采用模塊化的設計方法，每個(gè)節點(diǎn)包括無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊、核心主控模塊和功能模塊。系統通過(guò)無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊接收主站發(fā)送的命令碼，核心主控模塊對命令解碼，完成對各功能模塊的控制(開(kāi)啟采集、時(shí)統清零等)。系統要完成多次重復性試驗，因此每次試驗完畢要把實(shí)驗數據(沖擊波數據、環(huán)境變量信息、時(shí)統跟定位信息等)存儲到數據存儲管理模塊統一管理，同時(shí)準備下次試驗。系統工作時(shí)，數據儲存管理模塊SPI接口一方面工作在從模式，接收主控模塊發(fā)送的命令；另一方面工作在主模式，轉發(fā)控制其他功能模塊的命令碼并讀取試驗數據進(jìn)行統一管理，圖1為在其內擴展專(zhuān)用工作在主模式下的SPI接口的模塊問(wèn)鏈接圖。專(zhuān)用工作在主模式下的SPI接口電路，具有提高模塊間數據傳輸速度與靈活性等特點(diǎn)。 
2 SPI接口電路設計 數據存儲管理系統以單片機和可編程邏輯器件組成核心控制器�？删幊踢壿嬈骷﨏PLD依據其編程靈活、易修改的特點(diǎn)，配合單片機在其內部擴展SPI接口電路，不僅簡(jiǎn)化了接口和控制，且提高了系統的整體性能及系統擴展性。 SPI接口電路設計分兩部分： (1)硬件部分：CPLD內擴展SPI接口框圖如圖2。在CPLD內部編寫(xiě)雙向IO總線(xiàn)、地址鎖存譯碼電路、時(shí)鐘發(fā)生器、接收和發(fā)送數據移位寄存器、傳輸結束標志SPIF產(chǎn)生器等電路完成SPI接口電路設計。READY1為與從機(沖擊波模塊等)通信時(shí)狀態(tài)標志位，用于當主機與從機通信時(shí)查詢(xún)使用，READY1為1時(shí)，可讀取沖擊波數據。
當單片機發(fā)送數據時(shí)，IO總線(xiàn)首先發(fā)送地址碼，地址鎖存譯碼電路生成數據裝載使能片選信號，之后IO總線(xiàn)待發(fā)送字節鎖存到數據寄存器SPDR，同時(shí)Sek時(shí)鐘發(fā)生器產(chǎn)生8個(gè)Sek時(shí)鐘，SPDR移位寄存器在Sek的時(shí)鐘沿把待發(fā)送字節從MOSI順序移出，同時(shí)把MISO引腳數據移入SPDR寄存器，Sek計數器計數到8個(gè)Sek時(shí)鐘后，產(chǎn)生SPIF傳輸結束標志，單片機讀取SPIF標志是否為1，判斷一字節時(shí)候傳輸完畢。 (2)軟件部分：?jiǎn)纹瑱C為主控制器，首先查詢(xún)從機狀態(tài)標志位READY是否為1，判斷是否可以與從機通信。從機準備就緒時(shí)，單片機可裝載1字節發(fā)送數據，啟動(dòng)CPLD內部SPI接口電路，查詢(xún)并等待SPI傳輸結束標志位SPIF為1，完成一字節數據傳輸，如此重復。圖3、圖4為主機發(fā)送與接收1字節流程圖。
3 試驗結果與分析 圖5為邏輯分析儀捕獲CPLD擴展SPI接口電路讀取沖擊波模塊數據時(shí)波形。
bit8：READY信號，從機高電平時(shí)主機讀取數據；bit9：Sck時(shí)鐘信號，主機查詢(xún)READY為高時(shí)裝載發(fā)送字節，并產(chǎn)生8個(gè)Sek時(shí)鐘，啟動(dòng)SPI傳輸；bit10：MOSI，主機輸出端口；bit11：MISO，主機輸入端口，Sek上升沿讀取數據，連續兩個(gè)周期讀取的數據分別為0x07(000001 11)，0Xb0(10110000)，兩周期時(shí)間間隔為20.400us，傳輸速度可達4×105bps，滿(mǎn)足系統要求。 結束語(yǔ) 為了滿(mǎn)足系統測試任務(wù)，無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)采用模塊化設計，各功能模塊通過(guò)SPI接口鏈接。由于系統功能要求，使一個(gè)模塊與多個(gè)模塊鏈接通信，其接口電路SPI工作在不同的主從機模式，使用單一SPI接口主從切換，勢必降低模塊間通信速度與靈活性。依據可編程邏輯器件CPLD有其編程靈活、易擴展性，在模塊內部擴展專(zhuān)用SPI接口，試驗證明SPI接口電路設計，有簡(jiǎn)化模塊間連接、提高通信速度、系統擴展性強，以及提高系統整體性能的特點(diǎn)。 |
