专利名称：无线多信道数据收发器的制作方法
技术领域：
本发明涉及了一种无线多信道数据收发器，属于无线通信技术领域。
背景技术：
目前，无线传感网发展迅速，已经广泛应用于工业、农业、环境科学等领域。随着智能家居和物联网技术的兴起，将会有越来越多的人员加入到无线传感网开发的领域。在无线传感网络系统开发过程中，各个设备的信息是以射频信号的方式相互传送的，调试者不能直观的观察调试结果，增加了调试难度和开发周期。现有的无线数据监听器大多数是针对单一信道的情况，在调试大规模无线网络的时候，需要多次更换不同信道的监听器，或者摆放多个监听器，操作复杂，布置麻烦。特别是现在越来越多的无线设备使用了跳频技术，这就需要同时观测多个频段的数据情况，且要求各个频段保持严格的时间同步性，单一信道的监听器无法满足这样的调试条件。虽然目前已有可以同时监听多个信道的设备，但仍有如下不足:1.不具备发送数据的功能。而一般在网络调试过程中，一个可以多信道同时发送数据的信号源也是必要的。
2.现有无线数据监听器与上位机的通信接口比较单一，通用性不强，灵活性不高。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明设计一种无线多信道数据收发器，能够多个信道实时同步收发数据，并且可以通过方便灵活的通信接口与上位机交互，加速设计的调试和测试，缩短开发周期。本发明为实现上述目的所采用的技术方案是:(定稿后拷贝权利要求)本发明具有以下优点:1.多信道实时同步收发数据。本发明采用现场可编程门阵列芯片来实现各个信道的独立操作，充分利用其可以并行执行程序的特点，使得多个信道之间互不干扰，各自完成数据的收发工作，各个信道之间的同步关系可以达到微秒级。2.通用性。本发明不但能够实现多信道数据的实时同步监听，而且还能够由上位机选择发送数据模式，可以实现单一信道或者多信道同时发送数据，还可以选择为发送信道与接收信道并存的模式。此外，本发明带有WIFI无线通信接口，支持多个区域无线传感网络同时调试或者联调，所以本发明适用更多的无线传感网调试场合，通用性强。3.灵活性。本发明支持三种与上位机的通信接口，既有有线方式(串口、USB)，又有无线方式(WIFI)，因此上位机选择灵活，可以使用台式机、笔记本电脑或者平板电脑与之通信，应用更广泛。4.便携性。本发明把N个信道的无线射频模块整合到一块电路板上，体积小，便于携带。可以结合便携式电脑完成现场调试。
图1是本发明设计的无线多信道数据收发器结构框图；图2是本发明实施例的硬件组成框图；图3是本发明实施例中现场可编程门阵列芯片内部的电路框图；图4是本发明设计的无线多信道数据收发器工作原理示意图；图5是多个无线多信道数据收发器分布式调试原理示意图；图6是本发明实施例中现场可编程门阵列的软件流程图；图7是本发明实施例中微处理器的软件流程图。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。如图1所示，本发明由N个无线射频模块、现场可编程门阵列模块、通信模块、微处理器模块以及电源模块共五部分组成。图2给出了本发明实施例中各个模块的具体硬件组成:所述N个无线射频模块，每个模块均由射频调制解调芯片Si4432及其外围电路组成。Si4432通过SPI接口与现场可编程门阵列模块通信，当接收到无线射频信号时，通过解调得到接收数据，然后由中断引脚通知现场可编程门阵列模块进行处理；发送数据时，先把待发送的数据缓存到Si4432中，然后使能发送，这样Si4432就会把数据调制成射频信号发射出去。所述现场可编程门阵列模块中，FPGA芯片采用Altera公司Cyclone II系列的EP2C8Q208C，配置芯片采用16Mbit容量的EPCS16来存储配置信息，时钟电路采用一个20MHz的有源晶振为FPGA提供全局时钟。图3所示为现场可编程门阵列芯片的内部组成框图，包括:控制模块，用于接收微处理器的控制指令，根据指令控制其余的模块，完成相应的操作；SPI接口模块，用于和无线射频模块之间的通信；发送接收控制模块，用于使能发送模块或者接收模块，进行数据发送和接收的转换；发送模块和接收模块，由发送接收控制模块控制，用于数据的发送和接收；计数器，为接收到的数据提供时间信息；数据处理模块，用于给接收到的数据添加时间信息、信道号和信号强度；数据缓存模块，用于把处理后的数据暂存起来，等待微处理器的读取。所述通信模块由串口电路、USB通信接口电路和WIFI通信接口电路三部分组成，串口电路由Maxim公司的一款RS-232收发器芯片MAX3221及其外围电路组成，用于与上位机实现标准RS-232接口通信；USB通信接口电路由Cypress公司的一款带USB2.0内核的芯片CY7C68013A及其外围电路组成，用于与上位机实现高速USB通信；WIFI通信接口电路采用MXCHIP公司的一款SPI接口的WIFI通信模块实现与上位机的WIFI通信功能。所述微处理器模块，由MSP430F1611单片机、时钟电路以及复位电路组成，由于射频芯片Si4432的配置复杂，用FPGA实现困难，所以本发明采用单片机和FPGA相结合的方式，在配置射频模块的时候，FPGA会把其内部的SPI接口模块的控制权移交给单片机，由单片机来完成复杂的配置工作，微处理器模块还负责向FPGA转发上位机的控制指令，控制通信模块与上位机通信。
所述电源模块，要能够产生3.3V、2.5V和1.2V电压，供系统中各个模块使用。3.3V电源由低压差线性稳压器芯片AMSl117-3.3V将系统提供的5V电源转换而成，2.5V电源由AMSl117-2.5V芯片转换而成，1.2V电源由LM317芯片转换而成。图4所示为无线多信道数据收发器的工作原理示意图，在网络调试现场，首先需要将收发器放入被调试的无线传感网络中，然后把收发器通过通信接口与上位机相连，系统上电后，便可以进行网络调试。调试前，需要先根据实际情况配置各个无线射频模块，确立信道的个数和各个信道的中心频率，这些配置通过上位机软件完成；调试时，根据调试内容通过上位机软件还可以选择各种调试模式，例如:监听模式、单信道发送数据模式、多信道发送数据模式以及收发并存的模式。每种模式下，都可以通过上位机软件观察接收和发送的报文信息，例如:能够直观的显示各信道的报文同步关系和信号强度等，调试结果一目了然。此外，本发明设计的无线多信道数据收发器带有WIFI通信接口，能够实现多个区域网同时调试或者联调。如图5所示，在多个小区域无线传感网需要联合调试的场合，只要在每个区域网内放置一个无线多信道数据收发器，就可以通过每个收发器的WIFI无线通信接口把调试信息传送到一个上位机上，实现多个收发器分布式调试的功能。图6所示为本发明实施例中现场可编程门阵列的软件流程图，上电后，FPGA会一直等待微处理器的指令，指令共有三种，当接收到配置指令后，FPGA进入配置程序，释放SPI总线控制权给微处理器，直到所有无线射频模块都配置完成后，重新获得SPI总线的控制权；当接收到监听指令时，FPGA进入监听程序，使能各个无线射频模块为接收数据模式，开始接收数据，并把接收到的数据添加时间信息、信号强度和信道号，缓存到FIFO中，等待微处理器读取，各个信道独立完成整个接收数据过程，互不干扰；当接收到发送数据指令时，FPGA进入发送数据程序，根据指令中提供的信道信息，选择发送信道，然后接收微处理器发来的数据，将其装入发送缓冲区中，使能发送。图7所示为本发明实施例中微处理器的软件流程图，上电后，微处理器首先要向FPGA发送配置指令，以获得SPI总线控制权，然后根据上位机的配置信息，配置各个无线射频模块，配置完成后再将SPI总线控制权交给FPGA，配置过程在系统上电之后完成，并且只需配置一次。接着，微处理器会一直等待上位机的指令，当接收到监听指令时，微处理器会向FPGA发送监听指令，当检测到FPGA中有数据到来时，读取数据并控制通信模块把数据上传给上位机；当接收到发送数据指令时，微处理器会把发送数据指令、信道信息和待发送数据一起发送给向FPGA，完成数据发送。
权利要求
1.一种无线多信道数据收发器，其特征在于，包括 N个无线射频模块，分别负责N个信道射频信号的收发； 现场可编程门阵列模块，配合微处理器模块完成N个无线射频模块的配置，既可实现多信道按特定模式发送，也可实时多信道同步接收，并将收到的数据附加特定标识信息后缓存； 通信模块，负责与上位机的通信，接收上位机所选择的收发器工作模式； 微处理器模块，与现场可编程门阵列模块、通信模块连接，通过发送指令给现场可编程门阵列模块，操作现场可编程门阵列模块配置各个无线射频模块、接收和发送数据，控制通信模块与上位机的信息交互； 电源模块，负责给各个模块提供工作电源。
2.根据权利要求1所述的无线多信道数据收发器，其特征在于，所述N个无线射频模块整合到一块电路板上。
3.根据权利要求1所述的无线多信道数据收发器，其特征在于，所述现场可编程门阵列模块由现场可编程门阵列芯片、配置芯片和时钟组成。
4.根据权利要求3所述的无线多信道数据收发器，其特征在于，所述现场可编程门阵列芯片包括: 控制模块，用于接收微处理器的控制指令，根据该指令控制现场可编程门阵列芯片中的其他模块； 发送接收控制模块，用于使能发送模块和接收模块； 发送模块，用于数据发送给SPI接口模块； 接收模块，用于数据接收给SPI接口模块； SPI接口模块，用于与无线射频模块通信； 计数器，根据所述时钟为接收到的数据提供时间信息； 数据处理模块，用于为接收模块传送的数据添加时间信息、信道号和信号强度； 数据缓存模块，用于暂存经数据处理模块处理后的数据，等待所述微处理器的读取。
5.根据权利要求1所述的无线多信道数据收发器，其特征在于，所述通信模块支持有线的串口通信、USB通信及WIFI无线通信三种通信方式。
6.根据权利要求1所述的无线多信道数据收发器，其特征在于，所述微处理器模块由单片机、复位电路和时钟电路组成。
7.根据权利要求1所述的无线多信道数据收发器，其特征在于，所述收发器工作模式包括监听模式、单信道发送数据模式、多信道发送数据模式或者收发并存的模式。
全文摘要
本发明涉及了一种无线多信道数据收发器，属于无线通信领域。本发明包括N个无线射频模块，分别负责N个信道射频信号的收发；现场可编程门阵列模块，负责配合微处理器模块完成N个无线射频模块的配置，既可实现多信道按特定模式发送，也可实时多信道同步接收，并将收到的数据附加特定标识信息后缓存；通信模块，负责与上位机的通信，支持有线的串口、USB通信方式及WIFI无线通信；微处理器模块，负责向现场可编程门阵列模块发送指令，配置各无线射频模块的工作模式，控制通信模块与上位机的信息交互过程；电源模块，负责给整个工作装置提供工作电源。本发明的特点在于其网络调试功能，能够实现无线多信道实时同步收发数据，具有通用性强，携带方便，使用灵活的优点。
文档编号H04W84/18GK103209431SQ20121000793
公开日2013年7月17日 申请日期2012年1月11日 优先权日2012年1月11日
发明者尚志军, 崔世界, 曾鹏, 于海斌 申请人:中国科学院沈阳自动化研究所