基于MSP430的无线通信系统

科技信息　０科教前沿０　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　２０１２年第２３期　０引言　浅谈基于ＭＳＰ４３０和ｎＲＦ９０５的　无线传感器网络设计　邢唱白　（天津南环铁路电务有限责任公司　中国　天津３００３８１）　无线传感器网络已经成为国内外研究的热点，在军事、工农业、城　市管理、生物医疗、环境监测、抢险救灾、远程控制等许多领域都有着　广泛的应用前景。无线传感器网络的设计要遵循微型化、多功能化、智　能化、网络化、无线化，低功耗的原则。利用ＭＳＰ４３０微处理器功耗低　的优势和ｎＲＦ９０５无线收发芯片功耗低、控制简单的优点．ＭＳＰ４３０＋　ｎＲＦ９０５的组合特别适合于低功耗、短距离、小数据量的无线传感器网　络　１硬件设计　１．１网络结构　整个网络主要由一个ｓｉｎｋ（数据汇集点）节点和多个传感器节点　组成。大量的传感器节点分布于被测区域内，并由ｓｉｎｋ节点分配一定　的地址．各节点自行协调并迅速组建通信网络。各传感器节点具有两　个功能：一个是数据的监测、采集；一个是数据的转发。ｓｉｎｋ节点负责　接收传感器节点传来的信息并传送至相应的设备进行分析和处理。　１．２传感器节点设计　传感器节点主要由传感单元、微处理单元、无线传输单元和供电　单元四部分组成。传感单元负责进行监测区域内被测对象的信息采　集．微处理单元实现数据的分析、处理和存储等功能，无线传输单元负　责数据在节点之间的无线收发．供电单元负责为传感器节点提供能　量。　ＭＳＰ４３０的ＵＳＡＲＴ模块可通过寄存器配置为通用异步串行口或　ＳＰＩ模块功能，这里配置为ＳＰＩ模块。　（１）微处理单元　微处理单元采用Ⅱ公司新推出的ＭＳＰ４３０。ＭＳＰ４３０系列单片机　是一种集成度高、功能丰富、功耗极低的１６位单片机，超低功耗的混　合信号控制器、丰富的片内外设、节能考虑的多种工作模式和对Ｃ语　言程序设计的支持．使得ＭＳＰ４３０系列单片机非常适合于应用在嵌入　式系统。其工作电压在１．８～３．６Ｖ之间，正常工作时功耗可控制在２００　Ａ左右，低功耗模式时可实现２１ｘＡ甚至Ｏ．１　Ａ的低功耗，在电池供　电的低功耗应用中具有独特的优势。ＭＳＰ４３０具有非常高的集成度，通　常在单个芯片上集成有１２位的ＭＤ、比较器、多个定时器、片内　ＵＳＡＲＴ、看门狗、片内振荡器、大量的Ｉ／Ｏ端口及大容量的片内存储器，　一般单片就可以满足大多数的应用需要。　ＭＳＰ４３０实现功能如下：　操作无线收发芯片．为ｎＲＦ９０５提供工作状态控制线和两条单向　串行传输数据线　实现传感器的数据采集：　本地数据处理——易Ｉ除冗余数据，以减少网络传输的负载和对无　线传输数据的封装与验证：　应答远控中心查询．完成数据转发与存储；　区域内节点的路由维护功能：　节点电源管理．合理地设置待机状态，以节省能量消耗，延长节点　使用寿命。　（２）无线收发单元　无线收发单元选用挪威ＮｏＭｉｃ公司推出的ｎＲＦ９０５芯片。工作频　道覆盖４３３／８６８／９１５ＭＨｚ三个国际通用的ＩＳＭ（Ｔ业、科学和医学）频　段，具有多个频道（最多１７０个以上），可满足需要多信道工作的特殊　场合：它是ＧＭＳＫ调制，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合。采用　ＤＳＳ＋ＰＬＬ频率合成技术．频率稳定性极好；灵敏度高，达到一１００ｄＢｍ；　最大发射功率达＋１０ｄＢｍ．开阔地的使用距离最远可达１０００米。工作　电压低（１．９—３．６Ｖ），功耗小，待机状态仅为１　Ａ，以一１０ｄＢｍ的输出功　率发射时电流只有１ｌｍＡ。工作于接收模式时的电流为１２．５ｍＡ．并且　内建空闲模式与关机模式。易于实现节能。工作速率最高可达１００ｋｂ／ｓ。　外围元件少（仅１Ｏ个）．基本无需调试。ｎＲＦｇ０５具有ＳｈｏｅｋＢｕｒｓｔＴＭ工　作模式，自动处理字头和ＣＲＣ循环冗余码校验），使用ＳＰＩ接Ｉ＝Ｉ与微控　制器通信．配置非常方便。ｎＲＦ９０５适用于无线数据通信、无线报警及　安全系统、无线开锁、无线监测、家庭自动化和玩具等诸多领域。　微控制器对ｎＲＦ９０５的所有配置字及数据读取都是通过ＳＰＩ　（ｓｅｒｉａｌ　ｐｍｇｒａｍｍａｂｌｅ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）接口传送的。ＳＰＩ接Ｉ＝Ｉ的工作方式可通过　ＳＰＩ指令进行设置。ｎＲＦ９０５的ＳＰＩ总线包括４个引脚：ＣＳＮ（ＳＰＩ使能）、　ＳＣＫ（ＳＰＩ时钟）、ＭＩＳＯ（：Ｖ／ｋ从出）和ＭＯＳＩ（主出从人）。ＳＰＩ的时钟范围很　宽．可以从１Ｈｚ～ＩＯＭＨｚ．因此ＭＣＵ在写控制程序时不必苛求时间的　准确度。　ｎＲＦ９０５在正常工作前先由微控制器根据需要写好配置寄存器．　或是按照默认配置工作。其后的工作主要是发送数据和接收数据。　典型的ｎＲＦ９０５发送流程分以下几步：　①当微控制器有数据要发送时，按时序通过ＳＰＩ接口将接收机的　地址和数据送传给ｎＲＦ９０５：　②微控制器将ＴＲＸ—ＣＥ和ＴＸ—ＥＮ置高．激活ｎＲＦ９０５的　ＳｈｏｃｋＢｕｒｓｔＴＭ发送模式：　③ｎＲＦ９０５的ＳｈｏｅｋＢｕｒｓｔＴＭ发送，包括射频寄存器自动开启、数　据打包伪Ⅱ字头与ＣＲＣ校验码）发送、数据发送完毕，ＤＲ引脚被置高；　＠ＡＵＴＯ—ＲＥＴＲＡＮ被置高．ｎＲＦ９０５不断重发．直到ＴＲＸ—ＣＥ被　置低：　⑤当ＴＲＸ—ＣＥ被置低．ｎＲＦ９０５发送过程完成．自动进人空闲模　式。ＳｈｏｅｋＢｕｒｓｔＴＭ工作模式中，一旦发送数据的过程开始，无论ＴＲＸ—　ＥＮ和ＴＸ－ＥＮ引脚是高或低，发送过程都会被处理完。只有当前一个　数据包被发送完毕。ｎＲＦ９０５才能开始下一个工作模式。　ｎＲＦ９０５的接收流程如下：　①当ＴＲＸ—ＣＥ为高、ＴＸ—ＥＮ为低时，ｎＲＦ９０５进入ＳｈｏｃｋＢｕｒｓｔＴＭ　接收模式：　②６５Ｏ　ｓ后，ｎＲＦ９０５处于监测状态，等待接收数据；　③当ｎＲＦ９０５检测到同一频段的载波时，载波检测引脚被置高；　④当接收到一个相匹配的地址，地址匹配引脚被置高；　⑤当一个正确的数据包接收完毕，ｎＲＦ９０５自动移去字头、地址和　ＣＲＣ校验位．然后把数据准备好引脚置高；　⑥微控制器把ＴＲＸ—ＣＥ置低，ｎＲＦ９０５进入空闲模式；　⑦微控制器通过ＳＰＩ口。以一定的速率把数据移到微控制器内；　⑧当所有的数据接收完毕，ｎＲＦ９０５把数据准备好引脚和地址匹　配引脚置低：　⑨ｎＲＦｇ０５此时可以进入ＳｈｏｃｋＢｕｒｓｔＴＭ接收模式、ＳｈｏｅｋＢｕｒｓｔＴＭ　发送模式或关机模式　当正在接收一个数据包时．ＴＲＸ—ＣＥ或ＴＸ—ＥＮ引脚的状态发生　改变，ｎＲＦ９０５立即把其工作模式改变，数据包则丢失。当微处理器接　到地址匹配引脚的信号之后，其就知道ｎＲＦ９０５正在接收数据包。其　可以决定是让ｎＲＦ９０５继续接收该数据包还是进入另一个工作模式　（３）传感单元　传感单元的种类很多，可以对监测区域内温度、湿度、振动、声音　和光线等物理信号进行检测．设计时应该根据实际需要选择合适的传　感器。本设计主要是对温度进行监测。传感单元选择了Ｍａｘｉｍ公司的　ＤＳ１８Ｂ２０。ＤＳ１８Ｂ２０是一种数字温度传感器，其主要特点是：　ａ）测温范围一５５Ｔ：．．＋１２５％。在一ＩＯ￣Ｃ　８５℃测量准确度为－ｓＯ．５℃；　ｂ）独特的单线接口方式．ＤＳ１８Ｂ２０在与微处理器连接时仅需要一　条接口线即可实现微处理器与ＤＳ１８Ｂ２０的双向通讯：　ｃ）ＤＳ１８Ｂ２０在使用中不需要任何外围元件；　（下转第５６页）　

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基于QI协议的无线充电通信系统

作者：胡江浩 张中炜

来源：《中国新通信》2016年第03期

【摘要】 无线充电技术的学名又叫做无线电能传输，其原理非常类似于变压器，都是通过发射电路产生一个交变电流通过初级线圈，从而在初级线圈上感应出一个交变电磁场，次级线圈通过接收该交变电磁场从而产生感应电流，通过电磁感应实现能源的传输。该文主要介绍了一种无线充电领域中的基于QI协议的通信系统，该通信系统主要是通过ASK与FSK方式进行双向通信，并建立了一个完整的通信状态控制机制从而实现了运用在无线充电领域中的数字通信技术。

【关键词】 无线充电 QI协议 ASK FSK 双向通信

无线充电技术的学名又叫做无线电能传输，其原理是通过电磁波实现能量传输，本文主要介绍了一种在无线充电领域中的通信系统。

一、无线充电通信系统

在本文所介绍的无线充电通信系统中，在发射端与接收端之间有两种通信链路。其中从接收端（RX端）到发射端（TX）的通信为ASK方式，从TX到RX端的通信为FSK方式。

1.1 接收端到发射端通信

这一节主要是介绍从RX端到TX端的通信。包括RX端到TX端调制和RX端到TX端解调。

1、RX端到TX端调制。接收端通过发送通信包来与发射端进行通信，包括能量需求包、接收能量包、接收器ID号包以及版本包、接收器额定功率包、以及充电指令包等。 龙源期刊网

上图展示了RX端的负载调制技术。RX端通过开关调制电阻（Rm，交流侧或直流侧）或者调制电容（Cm，交流侧）来进行负载调制。对RX端线圈上的电压或电流的调制是通过连接与断开调制阻抗（电阻或电容）来实现的。接着TX端解调器解调在接收线圈上电压（>200mV）或电流（>15mA）的幅度变化。

2、RX端到TX端解调。随着RX端在能量信号上加载通信信号后，TX端必须从能量信号上解调通信信号以便完成后面的整体系统控制。下图显示了在TX端线圈上的能量信号与通信信号的相互耦合。

●研究与专论　１　

●研究与专论　

基于无线通信的母线测温系统　

Ａ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｆ　Ｂｕｓ—ｂａｒ　Ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｃｏｍｍｕｎｎｉｃａｔｉｏｎ　

广东电网公司高要供电局　黎卫文　

Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　ｐｏｗｅｒ　Ｇｒｉｄ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　Ｇａｏｙａｏ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｂｕｒｅａｕ　Ｌｉ　Ｗｅｉｗｅｎ　

摘　要：因开关柜母线连接处过热而产生的事故时有发生，故有必要对母线连接处进行温度监测。但由于母线运行处　于高电压状态，直接测量其温度是电力系统在线监测的难题。介绍了一款基于无线通信的母线测温系统，该系统采用锂电　池供电，通过频段为４３３Ｍ的电磁波进行数据传输。　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ａｃｃｉｄｅｎｔ　ｈａｐｐｅｎｓ　ｆｒｏｍ　ｔｉｍｅ　ｔｏ　ｔｉｍｅ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｈｉｇｈ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｆ　ｃｏｎｔａｃｔｓ　ｏｆ　ｂｕｓ—ｂａｒ　ｉｎ　ｓｗｉｔｃｈｇｅａｒ　ｃａｂｉｎｅｔ，ＳＯ　ｉｔ＇ｓ　ｎｅｃｅｓｓａｒｙ　ｔｏ　ｃｈｅｃｋ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｆ　ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ　ｏｆ　ｂｕｓ—ｂａｒ．Ｂｕｔ　ｉｔ　ｉｓ　ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ　ｉｓｓｕｅ　ｔｏ　ｍｏｎｉｔｏｒ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｄｉｒｅｃｔｌｙ　ｕｎｄｅｒ　ｈｉｇｈ　ｖｏｌｔａｇｅ．Ａ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｂｕｓ—ｂａｒ　ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｄｏｐｔｓ　Ｌｉ　ｂａｔｔｅｒｙ　ｆｏｒ　ｉｔｓ　ｐｏｗｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄａｔａ　ｉｓ　ｔｒａｎｓｍｉｔｅｄ　ｂｙ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｗａｖｅ　ｗｈｉｃｈ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｉｓ　４３３Ｍ　Ｈｚ．　关键词：母线测温　无线通信温度传感器　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｆｂｕｓ—ｂａｒ　Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｅｎｓｏｒ　

可编辑

---------------------------------------------------------- MSP430多处理器之间的通信方式及协议

[日期：2006-10-17] 来源：单片机及嵌入式系统应用 作者：中国石油大学 崔凤新 廖明燕

郑金吾 [字体：大 中 小]

摘 要：MSP430的功能已经非常强大，其片内外设丰富，适合众多的场合使用；但是在大型复杂的场合或者实时性要求较高的场合，使用一个处理器处理所有的业务，总是显得有些不足。引入多处理器协作工作的模式，可提高系统的实时性、可靠性和适用性；利用MSP430固有的特点，选择UART模式，采用．ModBus的通信协议，可进行不同处理器之间的数据交换。

关键词：多处理器 UART M0dBus MSP430

在单片机系统中，多处理器是指多个相同类型或者不同类型的单片机协作处理同一个系统的不同工作。它们之间必须具备一定的数据交换和协作处理能力，共同完成一个系统化的工作。不同处理器之间可以采用数据交换方式、并行总线方式、串行总线方式进行通信。其中，数据交换方式又可以称为共享内存交换方式；串行总线方式又可以分为单总线方式、集成电路之间的通信方式和UART方式。

1 MSP430多处理器

MSP430是一款超低功耗的混合信号控制器，具有1 6位RISC结构，有着丰富的片内外设，主要包括有看门狗、定时器、比较器、硬件乘法器、液晶驱动器、ADC、I／0端口、串口(USART)等等，还集成有64 KB的Flas’E-ROM和2 KB的RAM。其功能强大，应用场合广泛。但是在大型复杂的场合或者实时性要求较高的场合，使用一个处理器处理所有的业务，总是显得有些不足。引入多个MsP430处理器协作工作的模式，可以提高系统的实时性、可靠性和适用性。

在多数场合，MSP430无须为每个处理器扩展FlashROM，也无须扩展RAM，采用共享内存的数据交换方式组成多处理器系统并非最佳选择。此外，MSP430包括有两个串口(USART)，在MSP430的应用中，可以把两组串行端口中的一个供外部通信使用，另一个串行端口供内部通信使用。采用串行总线中的串行通信方式组成多处理器系统是比较理想的选择。