1 MCl3213芯片及通信小系統(tǒng)

      MCl3213集成了1個符合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(jī)核心,，并帶有嵌入式閃存,、UART接口、低壓中斷和鍵盤中斷等功能,。MCl3213支持專用點到點,、簡單星形和MUSH網(wǎng)絡(luò),，以及采用Figure 8 Wireless Z-stack的符合ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)。

      本設(shè)計只使用了MCl3213的1個串口,，連接電腦或者傳感器,，用于從電腦接收需要通過無線發(fā)送的數(shù)據(jù)，并把無線接收到的數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)到電腦,。

      (1)數(shù)據(jù)發(fā)送

      數(shù)據(jù)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)的實現(xiàn)

      流程如圖2所示。

      (3)無線接收數(shù)據(jù)至串口的實現(xiàn)

      流程如圖3所示,。

      2無線狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

      程序上電初始化后,，第一次的無線狀態(tài)為INITIAL_STATE初始化狀態(tài)。初始化狀態(tài)后,，無線模塊進(jìn)入RX_STATE接收狀態(tài),，將模塊的接收天線打開。而后進(jìn)入WAITING_FOR_ACK等待狀態(tài),，等待接收無線數(shù)據(jù),。當(dāng)接收到無線數(shù)據(jù)時，根據(jù)WT_Txbuffer0_Flag來判斷此時接收到的數(shù)據(jù)幀為ACK還是數(shù)據(jù)幀：如果WT_Txbuffer0_Flag=0xff,，則說明此時接收到的數(shù)據(jù)幀為ACK,，進(jìn)入WAITING_ACK處理，處理完畢,，無線模塊重新進(jìn)入RX_STATE接收狀態(tài),；如果WT_Txbuffer0_Flag=0x00，則說明此時接收到的數(shù)據(jù)為無線發(fā)送來的數(shù)據(jù)幀,，進(jìn)入GOOD_PACKET好包狀態(tài),，處理完畢，無線模塊重新進(jìn)入RX_STATE接收狀態(tài),。

      無線狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖4所示,。

      3實現(xiàn)協(xié)議的關(guān)鍵

      ①串口數(shù)據(jù)幀的拷貝。為保存串口接收到的數(shù)據(jù)幀,，并為以后能區(qū)分緩存不同的數(shù)據(jù)幀,，設(shè)計了能緩存4個數(shù)據(jù)幀的緩存空間。在接收到串口的數(shù)據(jù)幀時,，跟原來直接處理數(shù)據(jù)的做法不同,，新的程序中，首先將數(shù)據(jù)存在緩存區(qū)中,，如果緩存區(qū)滿,，則不再保存新的數(shù)據(jù)幀。

      ②串口緩存區(qū)數(shù)據(jù)幀的處理順序。按照接收到數(shù)據(jù)的先后順序進(jìn)行處理,。

      ③隨機(jī)退避的處理,。由于MCl3213不僅需要發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)，還需要與串口進(jìn)行通信,，此處隨機(jī)退避采用中斷方式,，當(dāng)退避時間到時，置退避時間完成標(biāo)志位,，而后進(jìn)入隨機(jī)退避完成的處理過程,。

      ④無線數(shù)據(jù)幀3次重發(fā)的實現(xiàn)。DATA類型的數(shù)據(jù)如果發(fā)送不成功,，需要有3次重傳機(jī)制,，實現(xiàn)過程與之前有很大不同。當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送成功后,，在一定的時間內(nèi)等待ACK,，如果沒有接收到ACK，則判斷是否重傳3次,。

      若未到3次,，置重傳標(biāo)志位，重傳數(shù)據(jù)幀,，否則丟棄此幀,。隨機(jī)退避次數(shù)大于最大退避次數(shù)時，同樣判斷是否重傳3次：若未到3次,，置重傳標(biāo)志位,，重傳數(shù)據(jù)幀，否則丟棄此幀,。在此幀數(shù)據(jù)沒有發(fā)送成功,，并且重傳次數(shù)未到時，不處理之后的數(shù)據(jù)幀,，保證重傳的數(shù)據(jù)幀是需要重傳的數(shù)據(jù)幀,。

      ⑤無線模塊的狀態(tài)切換。為了保證無線模塊狀態(tài)切換的時序沒有錯誤,，防止由于無線模塊狀態(tài)切換而導(dǎo)致的嚴(yán)重問題,，在CSMA_MAC協(xié)議實現(xiàn)過程中，無論對無線模塊進(jìn)行了什么操作,，最終都需要把無線模塊的狀態(tài)置為RX_STATE,，打開無線模塊的接收天線。

      ⑥串口數(shù)據(jù)幀3次重發(fā)的實現(xiàn),。DATA類型的數(shù)據(jù)幀發(fā)送完成后,，如果在一定的時間內(nèi)未收到ACK，將對數(shù)據(jù)進(jìn)行重發(fā),，直至收到ACK,；或者重發(fā)超過3次，丟棄此幀,。

      4  測試結(jié)果

      在我們搭建的一個無線定位小系統(tǒng)測試中,，定位節(jié)點與定位卡通信，工作正常,；兩個定位節(jié)點之間的通信,，定位節(jié)點收發(fā)狀態(tài)正常，工作正常,；定位節(jié)點將接收到的定位卡的數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)至PC上,，經(jīng)過定位算法處理后，定位誤差在2 m范圍之內(nèi),。

      結(jié)  語

      本文基于ZigBee基帶芯片實現(xiàn)了簡單的CSMA／CA協(xié)議,，同時也適用于其他短距離無線通信系統(tǒng)。筆者已經(jīng)在1套433 MHz定位系統(tǒng)中使用了同一協(xié)議,，收到了良好的效果,。本文介紹實現(xiàn)的只是基本的CSMA／CA協(xié)議，在應(yīng)用于不同的無線通信系統(tǒng)中時,，可以根據(jù)系統(tǒng)的特點再加以改進(jìn),，就可以達(dá)到更好的無線通信效果。