基于频率捷变的无线传输系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于频率捷变的无线传输系统及其方法，包括基于C8051F320的控制电路，基于nRF24L01+的射频电路，以及相应的嵌入式软件设计。本发明专利技术的优点在于利用C8051F320具有独立的片内时钟源，能耗低，速度快等优势，以及nRF24l01+具有中心通信频率易改变，传输速度快，能耗低等优势，采用频率捷变的方法，完成中心通信频率的切换，可以有效降低无线传输系统的能耗，更大限度地提高系统的工作时长，同时该设计方法还有抗干扰能力强，应用成本低等优点。

Wireless transmission system and method based on frequency agility

【技术实现步骤摘要】
基于频率捷变的无线传输系统及其方法
本专利技术属于电子
，更进一步涉及无线传感器网络
中的一种基于频率捷变的无线传输系统及其方法。本专利技术的无线传输系统可应用于军事侦察、智能农业和智能家居等领域，实现温度，湿度，气体浓度等环境的实时无人监测。
技术介绍
无线传感器网络(WirelessSensorNetwork,WSN)是一种全新的信息获取和处理技术，是集微机电技术、传感器技术和无线通信技术为一体的技术。无线传感器网络是由大量传感器节点按照自组织或者多跳的方式组成的无线网络，这些节点根据具体的应用散布在需要监测的区域。可以检测周围环境中的温度、湿度、光强度、声音、压力等。哈尔滨理工大学在其申请的专利文献“一种基于DSP的数据采集及无线传输系统”(申请号：201610612930.1申请公布号：CN106200476A)中公开了一种基于DSP的数据采集及无线传输系统。该系统包括传感器、监控对象、DSP控制器、电源模块和上位机。该采集系统仍然存在的不足之处是，DSP控制器工作电压高，导致系统功耗大且DSP内部资源丰富导致其价格昂贵。因此该系统无法应用在需要长时间的无人监测场合，也无法适应节点需要大量分布的要求。海信集团有限公司在其申请的专利文献“一种数据传输方法及无线终端设备”(申请号：201810010706.4申请公布号：CN108365923A)中公开了一种数据传输及无线终端设备。该设备包括传感器和无线模块，用于降低数据传输的错误率。该设备传输过程包括向无线模块发送第一数据，其第一数据就是传感器采集到的信息，基于所述第一数据反馈信息的接收情况，判断所述无线模块是否属于深度休眠状态，当所述无线模块处于深度休眠状态时，基于预设的重传时间间隔，再次向所述无线模块发送所述第一数据。该设备通过通信握手协议降低了数据传输的错误率。但是，该设备仍然存在的不足之处是，通信易受干扰。当无线通信所处波段有较多干扰时，将无法接收到第一数据的反馈信息，由此导致的结果是通信延迟长，稳定性差，无法适应复杂的电磁干扰环境。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种基于频率捷变的无线传输系统及其方法，以解决上述
技术介绍
中所提出的功耗大，抗干扰性差，以及产品成本过高等问题。实现本专利技术目的的思路是，利用集成了外部振荡器驱动电路、独立的片内时钟源和丰富的中断资源的C8051F320单片机芯片，以及拥有多样的工作状态和易改变中心通信频率的nRF24L01+无线射频芯片，使C8051F320空闲时在一个低频率外部时钟源上运行，当需要控制nRF24L01+无线射频芯片发送信息和读取传感器模块数据时，再切换到高速的内部时钟源，实现系统低功耗，延长系统工作时间。利用nRF24L01+无线射频芯片中心通信频率易改变的特性，使用频率捷变完成nRF24L01+无线射频芯片中心通信频率的自动改变，可以使系统在无线信道干扰源多的情况下，仍然能正常运行，提高系统抗干扰能力，增强系统稳定性。本专利技术的系统，包括第一单片机控制器，第二单片机控制器，第一无线收发模块,第二无线收发模块，第一电源模块，第二电源模块、传感器模块，所述的第一无线收发模块、第二无线收发模块采用可调节中心通信频率的无线射频芯片；第一单片机控制器，第二单片机控制器的下载口为C2接口，第一电源模块输出端经稳压器稳压后连接到第一单片机控制器，第一无线收发模块的电源输入端，第一单片机控制器通过单片机SPI端口与第一无线收发模块相连；第二电源模块输出端经稳压器稳压后连接到第二单片机控制器，第二无线收发模块，传感器模块的电源输入端，第二单片机控制器通过单片机SPI端口与第二无线收发模块相连；其中，所述第一无线收发模块、第二无线收发模块，用于从频率捷变表中随机选取中心通信频率；所述第二单片机控制器，用于读取传感器模块采集到的外界信息，通过单片机SPI端口控制第二无线收发模块发送数据；所述第一单片机控制器，用于在低速工作时钟状态下，控制第一无线收发模块从频率捷变表中随机选取一个未选取过的中心通信频率，在高速工作时钟状态下，控制第一无线收发模块发出握手包；所述感器模块，用于采集外界环境信息。本专利技术方法的步骤包括如下：(1)构建频率捷变表：在高频段【2.486，2.525】Ghz、中频段【2.443，2.485】Ghz、低频段【2.4，2.442】Ghz三个频道范围内，各随机选择3个中心通信频率，将每个中心通信频率按照高、中、低的频段依次存入频率捷变表中；(2)自动搜索可用通信信道：(2a)将16进制数0xE0写入单片机的寄存器中，将低速的外部时钟源作为第一单片机控制器、第二单片机控制器的低速工作时钟；(2b)第一单片机控制器在低速工作时钟状态下，控制第一无线收发模块从频率捷变表中随机选取一个未选取过的中心通信频率；(2c)第二单片机控制器在低速工作时钟状态下，控制第二无线收发模块从频率捷变表中随机选取一个未选取过的中心通信频率；(2d)将16进制数0xA0写入单片机的寄存器中，将高速的内部时钟源作为第一单片机控制器的高速工作时钟，第一单片机控制器在高速工作时钟状态下，控制第一无线收发模块发出握手包，等待第二无线接收模块的应答；(2e)判断3ms的等待时间内是否接收到应答，若是，则执行步骤(2f)；否则，执行步骤(2c)；(2f)将第一无线收发模块接收到应答时所用的中心通信频率作为可用通信信道；(3)获取数据：(3a)第一单片机控制器控制第一无线收发模块向第二无线收发模块发出索取数据指令，等待第二无线收发模块的回应数据；(3b)第二单片机控制器控制传感器模块采集外界环境信息；(3c)第二单片机控制器读取传感器模块采集到的外界信息，通过单片机SPI端口控制第二无线收发模块发送数据；(4)判断第一无线收发模块在可用通信信道上接收第二无线收发模块的回应数据中“1”的个数是否为偶数，若是，表明回应数据错误，则执行步骤(5)，否则，执行步骤(3)；(5)频率捷变：(5a)第一单片机控制器控制第一无线收发模块，从频率捷变表中选取一个未选过的中心通信频率，将所选取的中心通信频率值写入nRF24L01+射频芯片的RF寄存器中；(5b)第二单片机控制器控制第二无线收发模块，从频率捷变表中选取一个未选过的中心通信频率，将所选取的中心通信频率值写入nRF24L01+射频芯片的RF寄存器；(6)第一无线收发模块，第二无线收发模块在选取的中心通信频率上进行通信。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：第一，由于本专利技术系统中的单片机控制器采用微处理器MCU，微处理器MCU在一个高速的工作时钟状态下控制无线收发模块从频率捷变表中随机选取一个未选取过的中心通信频率，在高速的工作时钟状态下控制无线收发模块发出握手包，高速时钟和低速时钟的切换实现系统低功耗，克服了现有技术中DSP控制器功耗大且价格昂贵，无法在需要长时间的无人监测场合下应用的缺点，使得本专利技术具有成本低廉，低功耗的优点，并且可实现长时间对温度，湿度，气体浓度的实时无人监测等优点。第二，由于本专利技术的方法采用频率捷变方法，构建频率捷变表，在高频段【2.486，2.525】Ghz、中频段【2.443，2.485】Ghz、低频段【2.4，2.442】Ghz本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于频率捷变的无线传输系统，包括第一单片机控制器，第二单片机控制器，第一无线收发模块,第二无线收发模块，第一电源模块，第二电源模块，其特征在于，还包括传感器模块，所述第一单片机控制器，第二单片机控制器采用微处理器MCU；所述的第一无线收发模块、第二无线收发模块采用可调节中心通信频率的无线射频芯片；其中，所述第一无线收发模块、第二无线收发模块，用于从频率捷变表中随机选取中心通信频率；所述第二单片机控制器，用于读取传感器模块采集到的外界信息，通过单片机SPI端口控制第二无线收发模块发送数据；所述第一单片机控制器，用于控制第一无线收发模块向第二无线收发模块发出索取数据指令，等待第二无线收发模块的回应数据；所述感器模块，用于采集外界环境信息。

【技术特征摘要】
2018.11.29 CN 20181144594061.一种基于频率捷变的无线传输系统，包括第一单片机控制器，第二单片机控制器，第一无线收发模块,第二无线收发模块，第一电源模块，第二电源模块，其特征在于，还包括传感器模块，所述第一单片机控制器，第二单片机控制器采用微处理器MCU；所述的第一无线收发模块、第二无线收发模块采用可调节中心通信频率的无线射频芯片；其中，所述第一无线收发模块、第二无线收发模块，用于从频率捷变表中随机选取中心通信频率；所述第二单片机控制器，用于读取传感器模块采集到的外界信息，通过单片机SPI端口控制第二无线收发模块发送数据；所述第一单片机控制器，用于控制第一无线收发模块向第二无线收发模块发出索取数据指令，等待第二无线收发模块的回应数据；所述感器模块，用于采集外界环境信息。2.根据权利要求1所述的基于频率捷变的无线传输系统，其特征在于，所述第一单片机控制器的电源输入端和第一无线收发模块的电源输入端分别与第一电源模块的输出端相连，第一单片机控制器通过单片机SPI端口与第一无线收发模块相连；所述第二单片机控制器的电源输入端、第二无线收发模块的电源输入端和传感器模块电源输入端分别与第二电源模块的输出端相连，第二单片机控制器通过单片机SPI端口与第二无线收发模块相连。3.一种基于频率捷变的无线传输方法，其特征在于，构建频率捷变表，自动搜索可用通信信道，频率捷变，该方法的步骤包括如下(1)构建频率捷变表：在高频段【2.486，2.525】Ghz、中频段【2.443，2.485】Ghz、低频段【2.4，2.442】Ghz三个频道范围内，各随机选择3个中心通信频率，将每个中心通信频率按照...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁俊豪，曹长庆，冯喆珺，曾晓东，崔善波，张文静，刘宇韬，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61