基于2．4G的智能家居控制系統(tǒng)設計
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3 無線通信協(xié)議
3．1 載波監(jiān)聽技術
為了實現(xiàn)在同一個范圍內多點間通信，需要考慮數(shù)據(jù)在大氣中傳輸時的相互碰撞問題。目前，為了建立可靠的無線傳輸通路，避免多節(jié)點無線通信沖突的常用方法有頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)、調頻(FHSS)、載波監(jiān)聽(CSMA)等技術。本系統(tǒng)根據(jù)芯片硬件技術，采用了CSMA技術。
nRF24LE1集成了載波檢測功能，可以準確地檢測當前工作是否有干擾，保證在W-LAN環(huán)境下可靠地工作。其SPI接口與外接微控制器的通信速率高達10 Mbps，具有切換高速、獨特的特點，減少了與跳頻系統(tǒng)出現(xiàn)碰撞的可能。
采用nRF24LE1的Enhanced ShockBurst模式進行通信。對于主機節(jié)點，主節(jié)點跳頻流程如圖5所示。主節(jié)點始終處于載波檢測狀態(tài)，當僅收到一次亂碼干擾的時候，可能是與藍牙系統(tǒng)發(fā)送沖突，主機不必改變信道；當持續(xù)收到當前頻率的亂碼干擾時，說明收到的不是脈沖干擾，而是穩(wěn)定的干擾。這時nRF24LE1需要按照已設定的信道列表跳轉到另一個信道。本文引用地址：http://2s4d.com/article/159659.htm
對于從節(jié)點，發(fā)送完數(shù)據(jù)后等待主機的ACK，如果沒有收到ACK，表示發(fā)送失敗，則在相同信道上重發(fā)3次。由于藍牙系統(tǒng)在每個信道上停留時間大約為650μs，而nRF24LE1發(fā)送數(shù)據(jù)并等待接收對方ACK的時間大約為1 ms。因此，如果第一次發(fā)送失敗是由于與藍牙系統(tǒng)發(fā)生沖突，那么第二次發(fā)送一般可以順利到達接收方。如果3次發(fā)送均失敗，說明受到的不是脈沖干擾，而是穩(wěn)定的干擾。因此，需要nRF24LE1按照已設定的信道列表跳轉到另一個信道。軟件編程時可以設置需要跳頻時查表即可，這也決定了一次只能對一個節(jié)點設備發(fā)出控制信號。從節(jié)點跳頻流程如圖6所示。
3．2 載荷的數(shù)據(jù)結構
載荷的數(shù)據(jù)結構如下：
幀頭：通過幀頭判斷數(shù)據(jù)類型，如主機申請數(shù)據(jù)、加入網(wǎng)絡、退出網(wǎng)絡、廣播信號等，根據(jù)幀頭的不同，對載荷采取不同處理方式。
類ID：通過類ID劃分不同類型設備。根據(jù)這個值的不同可以識別每個節(jié)點設備名稱。
設備ID：劃分同類型的設備。
數(shù)據(jù)長度：定義所要發(fā)送的數(shù)據(jù)長度。
數(shù)據(jù)：要發(fā)送的數(shù)據(jù)。
總幀數(shù)；一個數(shù)據(jù)包總幀的個數(shù)。
幀號：標記此刻傳輸?shù)牡趲讕瑪?shù)據(jù)。
幀頭、ID、數(shù)據(jù)長度和數(shù)據(jù)都是由PC通過USB接口傳輸?shù)?051．MCU部分，再通過SPI傳給RF部分，RF部分再自動把這些數(shù)據(jù)包組裝成無線傳輸?shù)母袷健Ｔ摲绞降膬?yōu)點是用總幀數(shù)和幀號保證斷點續(xù)傳。
結語
本文介紹了基于2．4G無線通信技術實現(xiàn)智能家居控制系統(tǒng)的設計方法，詳細闡述了創(chuàng)新部分的電路設計；同時系統(tǒng)地分析了無線傳輸協(xié)議的制定和載波監(jiān)聽技術在該系統(tǒng)的應用。該系統(tǒng)基于PC平臺，在以后的研究中，可以考慮使用基于ARM平臺的手持終端，實現(xiàn)更完善的智能家居一體化控制系統(tǒng)。
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