專利名稱：一種短距離無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種短距離無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
短距離無線數(shù)據(jù)透明傳輸是一種線纜替代技術(shù)，在當(dāng)前很多領(lǐng)域如工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療 監(jiān)護(hù)、科學(xué)研究等都得到了廣泛的應(yīng)用，它的出現(xiàn)，解決了因環(huán)境和條件限制而不利于 有線布線的煩惱，同時(shí)具有低成本、方便攜帶等優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)有的短距離無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng) 由兩個(gè)部分組成發(fā)送終端和接收終端。發(fā)送終端PC通過串口給無線發(fā)送端送數(shù)據(jù)，無 線接收端再通過串口將接收的數(shù)據(jù)傳給接收端PC。發(fā)送終端和接收終端的硬件設(shè)計(jì)是一 樣的，只不過是在固件編程時(shí)有所不同。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖，如圖l所示，終端包括PC機(jī)、 微處理器(MCU)、無線收發(fā)接口芯片(RFW-D100)、無線收發(fā)芯片(RFW122-M)和無線收 發(fā)芯片外接的差分阻抗天線或帶有匹配電路的其它天線，電路原理圖如圖2所示。然而現(xiàn) 有的短距離無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)都存在著功耗大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較高的缺點(diǎn)，使得這技 術(shù)在很多供電受限的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用收到了很大的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供了一種超低功耗短距離無線數(shù)據(jù)傳 輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)在保證數(shù)據(jù)可靠性傳輸?shù)耐瑫r(shí)，也極大的降低了設(shè)備的功耗。
實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的的技術(shù)方案是 一種短距離無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，包括一個(gè)主設(shè)備 和若干從設(shè)備；所述主設(shè)備包括微處理器(MCU)單元、無線收發(fā)單元以及無線天線和匹 配電路，MCU單元與無線收發(fā)單元通過總線連接，二者構(gòu)成主設(shè)備無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，相 應(yīng)的通信協(xié)議與應(yīng)用程序都在MCU上實(shí)現(xiàn)，主設(shè)備無線數(shù)據(jù)傳輸模塊通過串口通信總線 與用戶主控機(jī)實(shí)現(xiàn)通信；所述從設(shè)備包括MCU單元、無線收發(fā)單元以及無線天線和匹配 電路，MCU單元與無線收發(fā)單元通過總線連接，二者構(gòu)成從設(shè)備無線數(shù)據(jù)傳輸模塊；用戶 主控機(jī)通過串口通信總線給主設(shè)備無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的MCU單元傳送數(shù)據(jù)，MCU單元將數(shù) 據(jù)進(jìn)行組包處理后再送給無線收發(fā)單元無線發(fā)送出去，從設(shè)備無線數(shù)據(jù)傳輸模塊將接收 到的數(shù)據(jù)包經(jīng)過解包后通過串口通信總線將數(shù)據(jù)傳給的用戶儀器儀表，主設(shè)備和從設(shè)備'之間,過無線方式相連；其特征在于，所述系統(tǒng)還包括將系統(tǒng)的一個(gè)時(shí)間周期分為通
信時(shí)間段和休眠時(shí)間段的裝置，在通信時(shí)間段，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊處于正常工作狀態(tài)， 在休眠時(shí)間段，微處理器處于低功率的模式，在低功率的模式下，主設(shè)備和從設(shè)備的微
處理器進(jìn)入休眠模式，處理器的CPU停止工作，只有微處理器的串口模塊仍然處于工作 狀態(tài)，這時(shí)候微處理器的電流小于550uA;而無線收發(fā)單元在該低功耗模式下將停止工作；
所述從設(shè)備中設(shè)有自動(dòng)跟蹤主設(shè)備同步裝置，該裝置用于根據(jù)主設(shè)備的對(duì)時(shí)幀來調(diào) 整從設(shè)備的時(shí)間，使之與主設(shè)備時(shí)鐘同步。
所述主設(shè)備的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊中包括
用于在通信時(shí)間段之初，無線廣播一條對(duì)時(shí)幀的裝置；
用于如果主設(shè)備的串口接收緩存中有從用戶主控機(jī)(如PC機(jī))發(fā)送出來的數(shù)據(jù)， 將對(duì)時(shí)幀幀頭的數(shù)據(jù)待發(fā)域置1的裝置；
用于如果主設(shè)備的串口接收緩存中沒有有從用戶主控機(jī)(如PC機(jī))發(fā)送出來的數(shù) 據(jù)，將對(duì)時(shí)幀幀頭的數(shù)據(jù)待發(fā)域置O的裝置；
用于發(fā)送對(duì)時(shí)幀，進(jìn)入接收狀態(tài)的裝置；
用于在對(duì)時(shí)幀發(fā)送完后緊接著將串口接收緩存中的數(shù)據(jù)打包廣播出去，除最后一個(gè) 數(shù)據(jù)幀外的其他數(shù)據(jù)幀的幀頭數(shù)據(jù)待發(fā)域都置1的裝置； 用于發(fā)送完最后一個(gè)數(shù)據(jù)幀后，進(jìn)入接收狀態(tài)的裝置；
用于在T1 (如4ms)內(nèi)沒有收到從設(shè)備發(fā)送過來的數(shù)據(jù)幀，關(guān)閉無線收發(fā)單元，同
時(shí)處理器進(jìn)入低功耗狀態(tài)，只讓串口正常工作的裝置；
用于在接收到從設(shè)備的數(shù)據(jù)幀后，向相應(yīng)的從設(shè)備發(fā)送一個(gè)確認(rèn)幀的裝置； 用于根據(jù)數(shù)據(jù)幀的幀頭數(shù)據(jù)待發(fā)域判斷是否繼續(xù)保持接收狀態(tài)還是進(jìn)入休眠時(shí)間段
的裝置；
用于在下一周期的通信時(shí)間到來時(shí)，將主設(shè)備喚醒的定時(shí)器。 所述從設(shè)備的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊中包括-
用于上電后無線數(shù)據(jù)傳輸模塊進(jìn)入接收狀態(tài)，偵聽主設(shè)備廣播的對(duì)時(shí)幀的裝置； 用于如果在T2段(T2 = N * T0， N = 1, 2， 3…)時(shí)間都沒有哞到對(duì)時(shí)幀，使從設(shè)備進(jìn) 入T4段(T4 = M * T0， M = 1,2，3…，且T4 > T2)時(shí)間的休眠的裝置；
用于接收到對(duì)時(shí)幀后，調(diào)整從設(shè)備定時(shí)器的時(shí)間，使之與主設(shè)備定時(shí)器同歩的裝置; 用于根據(jù)對(duì)時(shí)幀幀頭的數(shù)據(jù)待發(fā)域，決定是否需要繼續(xù)進(jìn)入接收狀態(tài)的裝置； 用于接收主設(shè)備的數(shù)據(jù)幀，并將之解包送到串口發(fā)送緩存的裝置； .，于再根據(jù)對(duì)時(shí)幀幀頭的數(shù)據(jù)待發(fā)域，決定是否需要繼續(xù)保持接收狀態(tài)的裝置；
用于判斷從設(shè)備的串口接收緩存中是否有待發(fā)送的數(shù)據(jù)的裝置；
用于如果串口接收緩存中有從用戶儀器儀表發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，競(jìng)爭(zhēng)信道的裝置；
用于信道競(jìng)爭(zhēng)成功后，將串口接收緩存里的數(shù)據(jù)打包發(fā)送給主設(shè)備，除最后一個(gè)數(shù)
據(jù)幀，其他的數(shù)據(jù)幀幀頭的數(shù)據(jù)待發(fā)域都置1
用于每發(fā)送完一個(gè)數(shù)據(jù)幀，就進(jìn)入接收狀態(tài)以接收主設(shè)備回復(fù)的確認(rèn)幀，并在成功
接收到確認(rèn)幀后，再進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)幀的裝置；
用于發(fā)送完最后一個(gè)數(shù)據(jù)幀，并成功接收到主設(shè)備的確認(rèn)幀后，進(jìn)入休眠時(shí)間段；用于在下一周期的通信時(shí)間到來時(shí)，將從設(shè)備喚醒的定時(shí)器。本發(fā)明中，休眠時(shí)間段的設(shè)定說明如下
1. 從設(shè)備上電后無線數(shù)據(jù)傳輸模塊進(jìn)入接收狀態(tài)，偵聽主設(shè)備廣播的對(duì)時(shí)幀；如果在T2段(T2 = N * TO, N = 1,2, 3…)時(shí)間都沒有收到對(duì)時(shí)幀，從設(shè)備就進(jìn)入T4段(T4 =M * TO, M = 1， 2， 3…，且T4 > T2)時(shí)間的休眠。休眠醒來后再次偵聽對(duì)時(shí)幀T0段(T0為系統(tǒng)的一個(gè)時(shí)間周期)時(shí)間，如果仍然沒有接收到對(duì)時(shí)幀，從設(shè)備再次進(jìn)入T4段的時(shí)間的休眠，直到偵聽到主設(shè)備的對(duì)時(shí)幀。
2. 在通信時(shí)間段中，主設(shè)備和從設(shè)備之間的任意一方，只要在接收狀態(tài)下超過設(shè)定時(shí)間Tl沒有收到對(duì)方的數(shù)據(jù)幀，就會(huì)進(jìn)入休眠時(shí)間段。
3. 在通信時(shí)間段中，主設(shè)備在接收到從設(shè)備的數(shù)據(jù)幀后，向相應(yīng)的從設(shè)備發(fā)送一個(gè)確認(rèn)幀，同時(shí)根據(jù)數(shù)據(jù)幀的幀頭數(shù)據(jù)待發(fā)域判斷是否繼續(xù)保持接收狀態(tài)還是進(jìn)入休眠時(shí)間段。
4. 在通信時(shí)間段中，從設(shè)備發(fā)送完一個(gè)數(shù)據(jù)幀后，就會(huì)等待主設(shè)備的確認(rèn)幀，如果在超過設(shè)定的時(shí)間T1內(nèi)沒有收到主設(shè)備的確認(rèn)幀，就會(huì)進(jìn)入休眠時(shí)間段，沒有成功等到確認(rèn)的數(shù)據(jù)和沒有發(fā)送完的數(shù)據(jù)留到下一個(gè)通信時(shí)間段重新通過競(jìng)爭(zhēng)信道發(fā)送。
5. 從設(shè)備發(fā)送完最后一個(gè)數(shù)據(jù)幀，并成功接收到主設(shè)備的確認(rèn)幀后，進(jìn)入休眠時(shí)間段。
6. 沒有成功競(jìng)爭(zhēng)到信道的從設(shè)備直接進(jìn)入休眠時(shí)間段，等到j(luò)下一周期的通信時(shí)間段再重新競(jìng)爭(zhēng)信道。
7. 從設(shè)備如果在下一個(gè)通信時(shí)間段到來之前數(shù)據(jù)還沒有發(fā)送完，就會(huì)停止發(fā)送，進(jìn)入接收狀態(tài)，等待主設(shè)備的對(duì)時(shí)幀。沒有成功等到確認(rèn)的數(shù)據(jù)和沒有發(fā)送完的數(shù)據(jù)留到下一個(gè)通信時(shí)間段重新通過競(jìng)爭(zhēng)信道發(fā)送。主設(shè)備如果在下一個(gè)通信時(shí)間段到來時(shí)，跟從設(shè)爭(zhēng)的通信還沒有結(jié)束，就會(huì)停止跟從設(shè)備的通信，并進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)，發(fā)送對(duì)時(shí)幀。
本發(fā)明將系統(tǒng)的一個(gè)時(shí)間周期劃分為休眠時(shí)間段和通信時(shí)間段，從設(shè)備通過接收主設(shè)備周期無線廣播的對(duì)時(shí)幀實(shí)現(xiàn)于主設(shè)備的時(shí)間同步。在休眠時(shí)間段里，主設(shè)備和從設(shè)備將關(guān)閉無線模塊，并且處理器進(jìn)入低功耗狀態(tài)。休眠時(shí)間段過后主設(shè)備和從設(shè)備都進(jìn)入通信時(shí)間段，在通信時(shí)間段主設(shè)備首先無線廣播一條對(duì)時(shí)幀，然后主、從設(shè)備之間開始數(shù)據(jù)傳輸。不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)備或數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后的設(shè)備就直接進(jìn)入休眠時(shí)間段。無線收發(fā)模塊同時(shí)采用直接序列擴(kuò)頻和0QPSK調(diào)制方式，提高了無線信號(hào)的抗干擾能力。
本發(fā)明通過采用時(shí)間同步技術(shù)，實(shí)現(xiàn)主設(shè)備和從設(shè)備之間的時(shí)間同步，并借助于時(shí)間同步，將主設(shè)備和從設(shè)備在沒有數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候進(jìn)入低功耗狀態(tài)，極大的降低了裝置的功耗。采用直接序列擴(kuò)頻和0"QPSK技術(shù)，提高了信號(hào)傳輸?shù)目垢蓴_能力；采用CSMA-CA機(jī)制和有數(shù)據(jù)幀確認(rèn)的通訊協(xié)議，提高了數(shù)據(jù)的傳輸可靠性。


圖1是本發(fā)明背景技術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明背景技術(shù)電路結(jié)構(gòu)3是本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
圖4是本發(fā)明實(shí)施例中主設(shè)備或從設(shè)備硬件組成示意圖
圖5是本發(fā)明實(shí)施例的485總線通信模塊電路
圖6是本發(fā)明實(shí)施例無線數(shù)據(jù)傳輸模塊電路圖
圖7本發(fā)明實(shí)施例的天線及匹配電路結(jié)構(gòu)圖
圖8是本發(fā)明主設(shè)備工作流程圖
圖9是本發(fā)明從設(shè)備工作流程圖
圖10是本發(fā)明系統(tǒng)時(shí)間周期圖
具體工作方式 ，
下面結(jié)合實(shí)施例，做進(jìn)一步說明。實(shí)施例1
如圖3所示， 一種短距離無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，包括一個(gè)主設(shè)備和若干從設(shè)備；主設(shè)備IO包括微處理器(MCU)單元、無線收發(fā)單元以及無線天線和匹配電路，MCU.單元與充線收莩單元通過總線連接，二者構(gòu)成主設(shè)備無線數(shù)據(jù)傳輸模塊ll，相應(yīng)的通信協(xié)議與應(yīng)用程序都在MCU上實(shí)現(xiàn)，從設(shè)備20包括MCU單元、無線收發(fā)單元以及無線天線和匹配電路，MCU單元與無線收發(fā)單元通過總線連接，二者構(gòu)成從設(shè)備無線數(shù)據(jù)傳輸模塊21;用戶主控機(jī)通過串口通信總線給主設(shè)備無線數(shù)據(jù)傳輸模塊11的MCU單元傳送數(shù)據(jù)，MCU單元將數(shù)據(jù)進(jìn)行組包處理后再送給無線收發(fā)單元通過無線發(fā)送出去，從設(shè)備無線數(shù)據(jù)傳輸模塊21將接收到的數(shù)據(jù)包經(jīng)過解包后通過串口通信總線將數(shù)據(jù)傳給的用戶儀器儀表，主設(shè)備和從設(shè)備之間通過無線方式相連。
系統(tǒng)中還包括將系統(tǒng)的一個(gè)時(shí)間周期分為通信時(shí)間段和休眠時(shí)間段的裝置，在通信時(shí)間段，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊處于正常工作狀態(tài)，在休眠時(shí)間段，微處理器處于低功率的模式，在低功率的模式下，主設(shè)備和從設(shè)備的微處理器進(jìn)入休眠模式，處理器的CPU停止工作，只有微處理器的串口模塊仍然處于工作狀態(tài)，這時(shí)候微處理器的電流小于550uA;而無線收發(fā)單元在該低功耗模式下將停止工作；
從設(shè)備中設(shè)有自動(dòng)跟蹤主設(shè)備同步裝置，該裝置用于根據(jù)主設(shè)備的對(duì)時(shí)幀來調(diào)整從設(shè)備的時(shí)間，使之與主設(shè)備時(shí)鐘同步。
如圖4所示，以主設(shè)備為例(主設(shè)備和從設(shè)備的硬件設(shè)置相同)，MCU單元與無線收發(fā)單元通過總線連接，二者構(gòu)成無線數(shù)據(jù)傳輸模塊ll，如圖6所示，本實(shí)施例采用了由飛思卡爾提供的一款SoC芯片MC13213，該芯片集成了 MCU微處理器單元和2. 4GHz的無線收發(fā)單元。MCU微處理器單元和2. 4GHz的無線收發(fā)單元之間通過SPI串口總線相連接。MCU微處理器單元是一個(gè)8位的HCS08內(nèi)核的處理器，其集成了通用串口和定時(shí)/計(jì)時(shí)器等一系列功能。無線收發(fā)單元的頻段選擇的是2.4GHz的ISM頻段，其物理層是按照IEEE802. 15. 4的標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)的，它的數(shù)據(jù)傳輸速率為250kbps，該頻帶劃分為16個(gè)信道，每個(gè)信道占5MHz的帶寬。采用直接序列擴(kuò)頻(DSSS)和O—QPSK的調(diào)試方式，提高了無線信號(hào)的抗干擾能力。用戶主控機(jī)通過485通用串口通信總線電路30，該電路如圖5所示，給主設(shè)備無線數(shù)據(jù)傳輸模塊11的MCU單元傳送數(shù)據(jù)，MCU單元將數(shù)據(jù)進(jìn)行組包處理后再送給無線收發(fā)單元通過無線天線和匹配電路12，該電路的具體結(jié)構(gòu)如圖7所示，發(fā)送出去，從設(shè)備無線數(shù)據(jù)傳輸模塊將接收到的數(shù)據(jù)包經(jīng)過解包后通鴻串口通信總線將數(shù)據(jù)傳給的用戶儀器儀表。
如圖8所示，主設(shè)備上電后每隔TO (如100ras)就向外廣播對(duì)時(shí)幀，如果主設(shè)備的串口接收緩存中有從用戶主控端(如PC機(jī))發(fā)送出來的數(shù)據(jù)，那么對(duì)時(shí)幀幀頭的數(shù)據(jù)待發(fā)域就會(huì)置1，同時(shí)在對(duì)時(shí)幀發(fā)送完后緊接著將串口接收緩存中的數(shù)據(jù)打包廣播出丟。'如果串口接收緩存里的數(shù)據(jù)太長，主設(shè)備就會(huì)將之分包發(fā)送，并且除最后一個(gè)數(shù)據(jù)幀外的其他數(shù)據(jù)幀的幀頭數(shù)據(jù)待發(fā)域都置1 。主設(shè)備發(fā)送完最后一個(gè)數(shù)據(jù)幀后，進(jìn)入接收狀態(tài)。主設(shè)備在接收到從設(shè)備的數(shù)據(jù)幀后，進(jìn)行解包，并送到主設(shè)備串口發(fā)送緩存，同時(shí)向相應(yīng)的從設(shè)備發(fā)送一個(gè)確認(rèn)幀，并根據(jù)數(shù)據(jù)幀的幀頭數(shù)據(jù)待發(fā)域判斷是否繼續(xù)保持接收狀態(tài)還是進(jìn)入休眠時(shí)間段。如果主設(shè)備在T1 (如4ms)內(nèi)沒有收到從設(shè)備發(fā)送過來的數(shù)據(jù)幀，就進(jìn)入休眠時(shí)間段。在休眠時(shí)間段里，主設(shè)備關(guān)閉無線收發(fā)單元，同時(shí)處理器進(jìn)入低功耗狀態(tài)，只有串口正常工作。定時(shí)器在下一周期的通信時(shí)間到來時(shí)將主設(shè)備喚醒，主設(shè)備打開無線收發(fā)單元，開始發(fā)送對(duì)時(shí)幀。
如圖9所示，從設(shè)備上電后無線數(shù)據(jù)傳輸模塊進(jìn)入接收狀態(tài)，偵聽主設(shè)備廣播的對(duì)時(shí)幀。如果在T2 (如300ms)時(shí)間內(nèi)都沒有收到對(duì)時(shí)幀，從設(shè)備就進(jìn)入T4 (如5s)時(shí)間的休眠。休眠醒來后再次進(jìn)行TO時(shí)間的對(duì)時(shí)幀偵聽，如果仍然沒有接收到對(duì)時(shí)幀，從設(shè)備再次進(jìn)入T4時(shí)間的休眠。直到偵聽到主設(shè)備的對(duì)時(shí)幀。
從設(shè)備接收到對(duì)時(shí)幀后，首先修正自己的時(shí)間，使之與主設(shè)備同步，然后將數(shù)據(jù)幀解包并送往串口發(fā)送緩存，并根據(jù)對(duì)時(shí)幀幀頭的數(shù)據(jù)待發(fā)域決定是否需要進(jìn)入接收狀態(tài)。從設(shè)備順利接收完主設(shè)備的數(shù)據(jù)幀后，開始判斷自己的串口接收緩存中是否有用戶儀器儀表設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)，如果串口接&緩存中有數(shù)據(jù)，從設(shè)備通過CSMA/CA機(jī)制競(jìng)爭(zhēng)信道，只有競(jìng)爭(zhēng)成功后，才開始將串口接收緩存里的數(shù)據(jù)打包發(fā)送給主設(shè)備。如果串口接收緩存里的數(shù)據(jù)太長，從設(shè)備會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分包發(fā)送，并且除最后一個(gè)數(shù)據(jù)幀，其他的數(shù)據(jù)幀幀頭的數(shù)據(jù)待發(fā)域都置1。從設(shè)備發(fā)送完最后一個(gè)數(shù)據(jù)幀，并成功接收到主設(shè)備的確認(rèn)幀后，進(jìn)入休眠時(shí)間段。在休眠時(shí)間段里，從設(shè)備關(guān)閉無線收發(fā)單元，同時(shí)處理器進(jìn)入低功耗狀態(tài)，只有串口正常工作。
沒有成功競(jìng)爭(zhēng)到信道的其他從設(shè)備直接進(jìn)入休眠時(shí)間段，等到下一周期的通信時(shí)間段再重新競(jìng)爭(zhēng)信道。
在通信時(shí)間段中，主設(shè)備和從設(shè)備之間的任意一方只要在T1的接收狀態(tài)下沒有收到對(duì)方的數(shù)據(jù)幀，就會(huì)進(jìn)入休眠時(shí)間段。從設(shè)備未發(fā)送完的數(shù)據(jù)(包括未確認(rèn)的數(shù)據(jù)幀)會(huì)在下一個(gè)通信周期重新競(jìng)爭(zhēng)信道并發(fā)送。 ，
如圖10所示，在第一個(gè)時(shí)間周期，主設(shè)備發(fā)送完對(duì)時(shí)幀后，緊接著發(fā)送數(shù)據(jù)幀，第一從設(shè)備和第二從設(shè)備處于接收狀態(tài)，第一從設(shè)備和第二從設(shè)備接收完主設(shè)備的最后一個(gè)數(shù)據(jù)幀，并解包送到串口發(fā)送緩存后，由于自己的串口接收緩存中沒有數(shù)據(jù)需要發(fā)送，所以直接進(jìn)入休眠時(shí)間段，而主設(shè)備發(fā)送完最有一個(gè)數(shù)據(jù)幀后，等待T1超時(shí)后沒有收到'任何f設(shè)備的數(shù)據(jù)幀，所以就進(jìn)入休眠時(shí)間段。
在第二個(gè)時(shí)間周期，主設(shè)備發(fā)送完對(duì)時(shí)幀后，由于串口接收緩存中沒有數(shù)據(jù)待發(fā)送，所以直接進(jìn)入接收狀態(tài)，而第一從設(shè)備和第二從設(shè)備的串口接收緩存中都有數(shù)據(jù)等待發(fā)送，所以在收到對(duì)時(shí)幀后開始CSMA/CA競(jìng)爭(zhēng)信道。第二從設(shè)備在信道競(jìng)爭(zhēng)中失敗，就進(jìn)入休眠時(shí)間段，而第一從設(shè)備成功競(jìng)爭(zhēng)到信道，開始與主設(shè)備進(jìn)行通信。主設(shè)備收到第一從設(shè)備的最后一個(gè)數(shù)據(jù)幀并發(fā)送完確認(rèn)幀后進(jìn)入休眠時(shí)間段，而第一從設(shè)備在收到主設(shè)備發(fā)來的最后一個(gè)數(shù)據(jù)幀的確認(rèn)幀后也進(jìn)入休眠時(shí)間段。
在第三個(gè)時(shí)間周期，主設(shè)備發(fā)送完對(duì)時(shí)幀后，進(jìn)入接收狀態(tài)。第一從設(shè)備由于串口接收緩存中沒有數(shù)據(jù)待發(fā)送，所以直接進(jìn)入休眠時(shí)間段。第二從設(shè)備獲得信道和主設(shè)備進(jìn)行通信。通信結(jié)束后主設(shè)備和第二從設(shè)備都進(jìn)入休眠時(shí)間段。
權(quán)利要求
1、一種短距離無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，包括一個(gè)主設(shè)備和若干從設(shè)備；所述主設(shè)備包括微處理器單元、無線收發(fā)單元以及無線天線和匹配電路，MCU單元與無線收發(fā)單元通過總線連接，二者構(gòu)成主設(shè)備無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，相應(yīng)的通信協(xié)議與應(yīng)用程序都在MCU上實(shí)現(xiàn)，主設(shè)備無線數(shù)據(jù)傳輸模塊通過串口通信總線與用戶主控機(jī)實(shí)現(xiàn)通信；所述從設(shè)備包括MCU單元、無線收發(fā)單元以及無線天線和匹配電路，MCU單元與無線收發(fā)單元通過總線連接，二者構(gòu)成從設(shè)備無線數(shù)據(jù)傳輸模塊；用戶主控機(jī)通過串口通信總線給主設(shè)備無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的MCU單元傳送數(shù)據(jù)，MCU單元將數(shù)據(jù)進(jìn)行組包處理后再送給無線收發(fā)單元通過無線天線和匹配電路發(fā)送出去，從設(shè)備無線數(shù)據(jù)傳輸模塊將接收到的數(shù)據(jù)包經(jīng)過解包后通過串口通信總線將數(shù)據(jù)傳給的用戶儀器儀表，主設(shè)備和從設(shè)備之間通過無線方式相連；其特征在于，所述系統(tǒng)還包括將系統(tǒng)的一個(gè)時(shí)間周期分為通信時(shí)間段和休眠時(shí)間段的裝置，在通信時(shí)間段，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊處于正常工作狀態(tài)，在休眠時(shí)間段，微處理器處于低功率的模式，在低功率的模式下，主設(shè)備和從設(shè)備的微處理器進(jìn)入休眠模式，處理器的CPU停止工作，只有微處理器的串口模塊仍然處于工作狀態(tài)，這時(shí)候微處理器的電流小于550uA；而無線收發(fā)單元停止工作；所述從設(shè)備中設(shè)有自動(dòng)跟蹤主設(shè)備同步裝置，該裝置用于根據(jù)主設(shè)備的對(duì)時(shí)幀來調(diào)整從設(shè)備的時(shí)間，使之與主設(shè)備時(shí)鐘同步。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的所述的傳輸系統(tǒng)，其特征是，所述主設(shè)備的無線數(shù)據(jù)傳輸 模塊中包括-用于在通信時(shí)間段之初，無線廣播一條對(duì)時(shí)幀的裝置；用于如果主設(shè)備的串口接收緩存中有從用戶主控機(jī)發(fā)送出來的數(shù)據(jù)，將對(duì)時(shí)幀幀頭 的數(shù)據(jù)待發(fā)域置1的裝置；用于如果主設(shè)備的串口接收緩存中沒有從用戶主控機(jī)發(fā)送出來的數(shù)據(jù)，將對(duì)時(shí)幀幀 頭的數(shù)據(jù)待發(fā)域置O的裝置；用于發(fā)送對(duì)時(shí)幀，進(jìn)入接收狀態(tài)的裝置；用于在對(duì)時(shí)幀發(fā)送完后緊接著將串口接收緩存中的數(shù)據(jù)打包廣播出去，除最后一個(gè) 數(shù)據(jù)幀外的其他數(shù)據(jù)幀的幀頭數(shù)據(jù)待發(fā)域都置1的裝置； 用于發(fā)送完最后一個(gè)數(shù)據(jù)幀后，進(jìn)入接收狀態(tài)的裝置；用于在T1內(nèi)沒有收到從設(shè)備發(fā)送過來的數(shù)據(jù)幀，關(guān)閉無線收發(fā)單元，同時(shí)處理器進(jìn)入低功耗狀態(tài)，只讓串口正常工作的裝置；用于在接收到從設(shè)備的數(shù)據(jù)幀后，向相應(yīng)的從設(shè)備發(fā)送一個(gè)確認(rèn)幀的裝置； 用于根據(jù)數(shù)據(jù)幀的幀頭數(shù)據(jù)待發(fā)域判斷是否繼續(xù)保持接收狀態(tài)還是進(jìn)入休眠時(shí)間段的裝置；用于在下一周期的通信時(shí)間到來時(shí)，將主設(shè)備喚醒的定時(shí)器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的所述的傳輸系統(tǒng)，其特征是，所述從設(shè)備的無線數(shù)據(jù)傳輸 模塊中包括用于上電后無線數(shù)據(jù)傳輸模塊進(jìn)入接收狀態(tài)，偵聽主設(shè)備廣播的對(duì)時(shí)幀的裝置； 用于如果在T2段時(shí)間都沒有收到對(duì)時(shí)幀，使從設(shè)備進(jìn)入T4段時(shí)間的休眠的裝置，其中，T2 = N * T0， N = 1，2'3…，T4 = M * TO, M = 1，2，3…，且T4 > T2;用于接收到對(duì)時(shí)幀后，調(diào)整從設(shè)備定時(shí)器的時(shí)間，使之與主設(shè)備定時(shí)器同步的裝置；用于根據(jù)對(duì)時(shí)幀幀頭的數(shù)據(jù)待發(fā)域，決定是否需要繼續(xù)進(jìn)入接收狀態(tài)的裝置；用于接收主設(shè)備的數(shù)據(jù)幀，并將之解包送到串口發(fā)送緩存的裝置；用于再根據(jù)對(duì)時(shí)幀幀頭的數(shù)據(jù)待發(fā)域，決定是否需要繼續(xù)保持接收狀態(tài)的裝置；用于判斷從設(shè)備的串口接收緩存中是否有待發(fā)送的數(shù)據(jù)的裝置；用于如果串口接收緩存中有從用戶儀器儀表發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，競(jìng)爭(zhēng)信道的裝置；用于信道競(jìng)爭(zhēng)成功后，將串口接收緩存里的數(shù)據(jù)打包發(fā)送給主設(shè)備，除最后一個(gè)數(shù)據(jù)幀，其他的數(shù)據(jù)幀幀頭的數(shù)據(jù)待發(fā)域都置l;用于每發(fā)送完一個(gè)數(shù)據(jù)幀，就進(jìn)入接收狀態(tài)以接收主設(shè)備回復(fù)的確認(rèn)幀，并在成功接收到確認(rèn)幀后，再進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)幀的裝置；用于發(fā)送完最后一個(gè)數(shù)據(jù)幀，并成功接收到主設(shè)備的確認(rèn)幀后，進(jìn)入休眠時(shí)間段； 用于在下一周期的通信時(shí)間到來時(shí)，將從設(shè)備喚醒的定時(shí)器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的所述的傳輸系統(tǒng)，其特征是，所述MCU單元與無線收發(fā)單 元集成為一體。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的所述的傳輸系統(tǒng)，其特征是，所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊采用 MC13213芯片。 ，
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的所述的傳輸系統(tǒng)，其特征是，所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊包括 直接序列擴(kuò)頻裝置。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的所述的傳輸系統(tǒng)，其特征是，所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊0— QPSK的調(diào)制裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超低功耗短距離無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)在保證數(shù)據(jù)可靠性傳輸?shù)耐瑫r(shí)，也極大的降低了設(shè)備的功耗。該系統(tǒng)包括一個(gè)主設(shè)備和若干從設(shè)備，還包括將系統(tǒng)的一個(gè)時(shí)間周期分為通信時(shí)間段和休眠時(shí)間段的裝置，在通信時(shí)間段，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊處于正常工作狀態(tài)，在休眠時(shí)間段，微處理器處于低功率的模式，在低功率的模式下，主設(shè)備和從設(shè)備的微處理器進(jìn)入休眠模式，處理器的CPU停止工作，只有微處理器的串口模塊仍然處于工作狀態(tài)，這時(shí)候微處理器的電流小于550μA；而無線收發(fā)單元在該低功耗模式下將停止工作；所述從設(shè)備中設(shè)有自動(dòng)跟蹤主設(shè)備同步裝置，該裝置用于根據(jù)主設(shè)備的對(duì)時(shí)幀來調(diào)整從設(shè)備的時(shí)間，使之與主設(shè)備時(shí)鐘同步。
文檔編號(hào)H04B5/00GK101662312SQ200810244020
公開日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2009年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月3日
發(fā)明者昊 劉, 軒 張, 晨 方, 時(shí)龍興, 王琢玉, 陸生禮 申請(qǐng)人:東南大學(xué)