基于DSSS技术的无线数据传送

基于DSSS技术的无线数据传送

安博文1，孟桂菊2
中国科学院上海技术物理研究所 上海 200083；2．湖北黄冈师范学院物理系 湖北黄冈 438000)

钢铁公司的转炉需要定期的检测炉壁厚度，当蚀耗达定程度时，必须对其进行维护。测量炉壁通常是在转炉倾倒钢水时进行的，要准确的测量出厚度，有一个重要的参数一一转炉的倾角，必须准确测量。由于转炉的温度高达1 700 C．采用有线方式很难传送测量的结果．采用无线传输时，电磁波干扰十分严重，容易出现数据差错。扩频通信，尤其是直扩通信，具有很强的抗干扰能力。设计本系统时．采用的就是这种方式。

直扩通信理论基础是香农(C．E.Shannon)信息容量 该公式表明：

在高斯信道中当传输系统的信噪比S／N下降时，可以增加系统传输带宽U／的方法来保持信道容量C不变。

系统组成

测量转炉倾角用到的传感器是德国Electronic公司的RN-6052，该模块用1 3b格雷码表示转轴转过的角度，其输出电平符合TTL逻辑要求。输出的数字信号通过单片机读出，送往通信模块，通信模块由两个部分构成：连接单片机并口到射频串口的D100和射频模块RFWl02。整体电路图如图1所示。

单片机采用低电压供电的P87C51，利用其串口读出13 b角度信息，串口工作在方式0，D100和RFWl02是通信模块，是本文介绍的重点。

3 通信模块介绍

RFWl02是以色列RFWaves公司开发的短距离超过100m)半双工无线通信模块，工作频段为开放的2．4GHzISM频段，数据传送速率高达1 Mb／s，具有一80dB的灵敏度，符合FCC通信标准，工作电压为2．7～3．6 V(典型值是3．3 V)，待机时电流消耗只有2．6 gA。RFWl02与外界是全数字接口，三只引脚为：

ACT(待机、工作控制引脚)、TxD／RxD(发射或接收数据引脚)、Tx／Dx(发射、接收状态控制引脚)。RFWl02采用的是直接系列扩展频谱技术，调制方式为二进制移相键控，每一位包含13 b巴克码系列。由于RFWl02工作数据速率高达1 Mb／s，直接用单片机对其读／写操作，速度难以跟上，RFWaves公司开发的D100模块很好地解决了单片机与RFWl02之间的接口问题。

D100给单片机和RFWl02提供了串／并转换接口，其内部有16 B的FIFO，相当于外接一个缓冲区，接收和发射的FIFO队列是共用一个地址的两个不同物理实体。单片机访问16B所需的开销与没有使用D100接收一个字节的开销相等。在实现无线通信时，D100辅助单片机执行MAC协议，所以D100还具有导频信号相关运算、CRC，CSMA、网络滤波等功能。

另外，中断驱动和看门狗定时器可以使系统工作在节能状态。D100的工作状态由单片机向其寄存器写入的控制字确定。表1是D100内部寄存器的映射图。

工作过程

从图1中可以看出，D100寄存器地址线只有5根，为简化电路，省掉地址锁存器，利用单片机的P2口对其进行寻址，P0口作为数据口，而片选、读／写、复位等通过P3口的复用功能和P1口完成，设置D100中断连接到单片机的外部中断o．而看门狗中断接到外部中断1。D100与RFWl02之间的连接非常简单，只要将相应的引脚相连即可；单片机与传感器之间仅有两根连接线，利用P3．o和P3，1完成读数任务。单片机和D100工作时钟都为6MHz。

D100对RFWl02的控制是通过改变寄存器内容实现的，表现为引脚电平发生变化。表2描述了RFWl02工作状态与控制电平之间的关系。

整个系统的工作过程：上电后，单片机完成对D100的初始化，通过串口读人角度传感器的信息，在确认信道空闲后向外发送采集到的信息。由于D100在发射状态时能耗大于接收状态，所以发送完毕后立即进入到接收状态。

以上介绍的是角度信息向外发射的情况，发射出的信息是通过RFWl02和D100构成的电路接收，在初始化接收电路时，有几点必须与发射相对应，否则无法接收：

(1)发射和接收方所使用的导频信号必须相同，由寄存器PRE_L和PRE_H确定。
(2)发射和接收所使用的网络滤波器内容必须相同，由NIR和BIR确定。
(3)收发两边的CRC格式必须相同，本系统中使用
16 bCRC，生成多项式为

(4)收发两边数据位格式必须相同，RFWaves公司研发的CSMA的算法规定每位数字包含固定数目的时钟周期，只有符合该格式的才能被接收。

5 软件实现

本系统在软件实现时，利用KeilC可以完成其功能，但由于涉及到硬件的直接读写，并且程序代码不是太长，利用汇编语言效率更高。

对于D100初始化时，电路没有使用地址锁存器，只用P2口对其寻址，根据表1中各寄存器的地址，改变单片机寄存器DPH的值便能实现，DPL可以设为任意值。

6 结 语
使用直扩模块RFWl02和D100构成的通信系统，由于具有超强的抗干扰能力，在通信应用中具有良好的稳健性。本系统在某大型钢铁公司投入使用半年来，工作稳定，满足了生产需要．完全达到了设计要求。

  

参考文献:

[1]. TTL datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/TTL_1174409.html.
[2]. D100 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/D100_2060604.html.
[3]. P87C51 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/P87C51_538547.html.
[4]. 16B datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/16B_2177774.html.