工業(yè)遙控系統(tǒng)RF通信協(xié)議書范本

1、工業(yè)遙控系統(tǒng)RF通信協(xié)議i圍本協(xié)議約定工業(yè)遙控系統(tǒng)RF通信協(xié)議，本協(xié)議適用于工業(yè)遙控系統(tǒng)的射頻數(shù)據(jù)通信。2規(guī)性引用文件無。3術(shù)語與定義本標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語定義引用：無。4網(wǎng)絡(luò)物理描述本標(biāo)準(zhǔn)物理層描述引用：無。5符號縮寫的含義表1符號縮寫符號含義符號含義：2-FSK2進(jìn)制頻率轉(zhuǎn)換按鍵ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器AFC自動頻率補(bǔ)償AGC自動增益控制ber位誤差率PCCA清理信道評估CRC循環(huán)冗余檢查EIRP等價(jià)等方性的輻射功率ESR等價(jià)串聯(lián)阻抗FEC前向誤差校正FIFO先進(jìn)先出堆棧FSK頻移鍵控gfsk:局斯整形頻率轉(zhuǎn)換鍵控IF:中間頻率LBT:發(fā)送之前偵測LNA低噪聲放大器lor局部振蕩器LQI偵用于日示命MCU微控

2、制器單元MSK最小化轉(zhuǎn)換按鍵PA功率放大器PPCBr印制電路板PD功率降低PQI前導(dǎo)質(zhì)量指示器pqt，前導(dǎo)質(zhì)量門限RCOSCrrci蕩器RF電磁波頻率RSSI;接收信號長度指示器RX，接收，接收模式SAW接口水波SNR信噪比SPI連續(xù)外圍接口TBD寺定義TX發(fā)送，發(fā)送模式VCO電壓控制振蕩器WOR電磁波激活，低功率拉電路xosc石英晶體振蕩器XTAL石英晶體6物理層由于通信接口芯片采用TI公司的數(shù)字調(diào)制解調(diào)電路CC110Q調(diào)制方式為2-FSK,數(shù)據(jù)速率為38400bps。物理層的幀格式依據(jù)CC1100的技術(shù)特點(diǎn)而設(shè)計(jì)。<datawhitening%tQptiofiiryFECencDdf

3、tl-deccidedi6.1CC1100物理層基本幀結(jié)構(gòu)InsertedauttmancjKyinTXpioceskdjnidreirKwe<lmRX.Optkmaiuser-providEdfieldspnxessedlinTX.狙3為心butnotnemovedinRX_nproceseduserdataapartIrcimFECandi'orbvhiteninq)<9«JiWs15/32代*日xnbitsX-睥b*&->UPlJUlL3圖1基本幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用固定長度的報(bào)文，長度為21字節(jié)。并由CC1100硬件實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)的循環(huán)碼校驗(yàn)（CRC1

4、6、交織編碼（INTERLEAVING、前向糾錯（FEC、數(shù)據(jù)白化（WHITENING,并在白化數(shù)據(jù)發(fā)送前插入前導(dǎo)碼（我們編程為4字節(jié)），同步碼結(jié)構(gòu)（我們編程為4字節(jié)）。軟件通過編程CC1100©制寄存器，實(shí)現(xiàn)功能配置。表2CC1100調(diào)制碼參數(shù)配置項(xiàng)目數(shù)據(jù)容前導(dǎo)碼同步碼白化數(shù)據(jù)（CC1100生成）長度（字節(jié)）44M7鏈路層7.1通信匹配地址本系統(tǒng)采用點(diǎn)對點(diǎn)通信方式，只有通信地址匹配的報(bào)文才得到處理，通信地址不匹配的報(bào)文被丟棄，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)健可靠。對于港口起重等需要雙遙控器情況，通過功能碼擴(kuò)展主、從遙控器。系統(tǒng)采用16位二進(jìn)制匹配地址碼，理論上支持65535套遙控系統(tǒng)。7.2通信連

5、接通信狀態(tài)維護(hù)采用連接方式，除了信道管理相關(guān)的數(shù)據(jù)包外，其他遙控命令數(shù)據(jù)包的發(fā)送前均應(yīng)檢查無線信道連接狀態(tài)，只有在連接正常的情況下，才啟動數(shù)據(jù)包發(fā)送。數(shù)據(jù)包發(fā)送時間分析：4+4+（21+2）*2=54字節(jié)，54*8/38.400=11.25ms。再考慮通信的收發(fā)轉(zhuǎn)換、頻率校準(zhǔn)、接收機(jī)的數(shù)據(jù)處理周期等開銷，一問一答的開銷約25m&考慮到系統(tǒng)容余等因素，通信周期可設(shè)計(jì)為30ms7.2.1信道連接的建立遙控器開機(jī)后處在接收狀態(tài)，進(jìn)行信道統(tǒng)計(jì)。信道統(tǒng)計(jì)的方法為按信道表依次輪詢，讀取信道的RSSI值，統(tǒng)計(jì)出每個信道上的最大RSSI、最小RSSI，計(jì)算出每個信道的RSSI平均值。每個信道的統(tǒng)計(jì)時間

6、為T3（信道統(tǒng)計(jì)時間）。為確保該信道不被同類設(shè)備占用，T3必須大于心跳包發(fā)送周期T2。從統(tǒng)計(jì)的信道中選取最好的信道進(jìn)行連接。信道選取過程為：1,最大RSSI與平均RSSI差值不超過10dBm且平均RSSI小于-70dBm的信道作為可用信道；統(tǒng)計(jì)出可用信道的平均RSSI值作為噪聲參考值；2, 在可用信道中選取平均RSSI值最小的信道進(jìn)行連接；若沒有可用信道，則選取所有信道中平均RSSI值最小的信道進(jìn)行連接，所有信道的平均RSSI值作為噪聲參考值。信道選取完成后，固定在此信道，轉(zhuǎn)換成發(fā)送模式，開始發(fā)送連接請求，等待T4（等待應(yīng)答超時），若收到應(yīng)答數(shù)據(jù)包，建立連接，開始發(fā)送命令。若超時沒有收到數(shù)據(jù)包

7、，則重新發(fā)送連接請求。數(shù)據(jù)包發(fā)送采用CSMA/C制制。若等待信道clear時間超過T7（CCA等待超時），不使用CSMA/CAL制，強(qiáng)行發(fā)送。最長發(fā)送周期T9=T7+T1+T4。接收機(jī)開機(jī)后處于接收狀態(tài)，按信道表進(jìn)行周期性查詢。接收機(jī)信道查詢時間T5>3個最長發(fā)送周期T9。也就是，接收機(jī)輪詢到遙控器所在的頻率后，最多有3次接收連接請求的機(jī)會。若接收到地址碼匹配的數(shù)據(jù)包，建立連接，發(fā)送連接應(yīng)答數(shù)據(jù)包。連接過程如圖2。若遙控器在一個信道上等待的時間T10（信道等待時間）超過1個接收機(jī)輪詢周期T6,更換信道，在新的信道上等待接收機(jī)。各段時間表如表二。表3各段時間表1個數(shù)據(jù)包發(fā)送時間T111.2

8、5ms心跳包周期T2200ms信道統(tǒng)計(jì)時間T3210ms等待應(yīng)答超時T420ms接收機(jī)信道查詢時間T5230ms接收機(jī)輪詢周期T6230ms*總信道數(shù)16=3680CCA等待超時T740接收機(jī)超時等待時間T8530ms最長發(fā)送周期T971.25ms信道等待時間T103700ms圖2連接請求命令與應(yīng)答7.2.2信道連接的維護(hù)考慮到無線信道的特點(diǎn)，要求遙控器、接收機(jī)分別設(shè)置連接狀態(tài)寄存器及連接超時寄存器，并按如下狀態(tài)轉(zhuǎn)移模式進(jìn)行連接維護(hù)。連接成功后，遙控器開始發(fā)送命令數(shù)據(jù)包，若命令發(fā)出后經(jīng)過等待應(yīng)答超時T4沒收到應(yīng)答，則重發(fā)命令。重發(fā)命令模式與重發(fā)連接運(yùn)行模式類似。若一個命令數(shù)據(jù)包重復(fù)發(fā)送3次后仍

9、沒收到應(yīng)答包，則認(rèn)為連接丟失，更換信道，在新的信道等待接收機(jī)。接收機(jī)若超時沒收到遙控器的命令數(shù)據(jù)包，則認(rèn)為連接丟失，繼續(xù)按信道表查詢。超時等待時間T8>4*最長發(fā)送周期T9。信道維護(hù)流程圖如圖4。遙控器端接收機(jī)端7.2.3跳頻若遙控器在一個信道上的等待時間超過T10未收到應(yīng)答，或者連接上后重發(fā)次數(shù)已滿還未收到應(yīng)答，此時需要進(jìn)行跳頻。跳頻的過程為：1, 再次統(tǒng)計(jì)當(dāng)前信道的RSSI，若RSSI滿足可用信道條件，且平均RSSI小于RSSI參考值，則繼續(xù)停留在該信道發(fā)送連接報(bào)文，等待接收機(jī)如果當(dāng)前信道不滿足可用信道條件，則依次跳到下一個信道進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。直到找到一個滿足條件的信道。若沒有滿足條件的信

10、道，則使用所有信道中平均RSSI值最小的信道進(jìn)行通信7.3數(shù)據(jù)發(fā)送模式數(shù)據(jù)的發(fā)送采用CSMA/CS/1制和應(yīng)答機(jī)制。1,CSMA/CS機(jī)制考慮到在系統(tǒng)附近圍可能存在多個同類系統(tǒng)，并且與這些系統(tǒng)存在使用相同信道的可能，有必要采用CSMA/CA(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoidance)機(jī)制來防止沖突發(fā)生和解決沖突問題。在802.11(主要應(yīng)用于無線局域網(wǎng))和802.15.4(主要應(yīng)用于Zigbee)中，都采取了CSMA/CA機(jī)制。這種機(jī)制在一些點(diǎn)到點(diǎn)的無線通信中也比較常見。其過程是：(1) 數(shù)據(jù)發(fā)送就緒時，先檢查信道是否被占用。(2) 如果

11、信道被占用，則等到介質(zhì)空閑后，再隨機(jī)退避一段時間，重復(fù)(1)過程。(3) 發(fā)送數(shù)據(jù)。(4) 等待接收者應(yīng)答。如果等待應(yīng)答超時，則重復(fù)(1)過程。如果成功接收到應(yīng)答，則此次發(fā)送過程成功結(jié)束。下面這個圖示用來說明兩個遙控系統(tǒng)如何避讓:接收數(shù)據(jù)發(fā)送應(yīng)答/12.5接收到發(fā)送轉(zhuǎn)換+發(fā)送準(zhǔn)備載波監(jiān)聽n發(fā)送過程接收過程認(rèn)為信道clear的條件有兩個1,相對差值。當(dāng)前采集的RSSI值比上一次采集的RSSI值小10dBm2,絕對值。當(dāng)前采集的RSSI值小于-70dBm。為了防止無限制等待，當(dāng)?shù)却鼵CA時間超過了CC酣待超時T7,將強(qiáng)制發(fā)送。2,應(yīng)答機(jī)制遙控器端發(fā)送的任何消息都要求接收機(jī)立即應(yīng)答。如果超時未收到接

12、收機(jī)的應(yīng)答，則重發(fā)報(bào)文。重發(fā)次數(shù)為3次。只有遙控器端發(fā)送使用CSMA/C/M制，接收機(jī)應(yīng)答不使用CSMA/CAL制。下圖表示通信3種情況。無錯誤通信過程發(fā)送報(bào)文T1T2T3接收到應(yīng)答，通信成功接收到報(bào)文發(fā)送應(yīng)答T2-T1=11.25msT3-T2<5msT6-T5=11.25ms總開銷=27.25ms錯誤模式1接收機(jī)接收到錯誤請求數(shù)據(jù)包情況等待應(yīng)答超時,重發(fā)報(bào)文發(fā)送報(bào)文接收到應(yīng)答通信成功錯誤模式2遙控器接收到錯等待應(yīng)答超時,誤應(yīng)答情況重發(fā)報(bào)文錯誤數(shù)據(jù)應(yīng)答包等待應(yīng)答超時,重發(fā)報(bào)文接收到應(yīng)答，通信成功T1T2接收到錯誤包T3.T4T5接收到報(bào)文發(fā)送應(yīng)答T6T1一一_T2接收到報(bào)文發(fā)送連接應(yīng)答

13、，連接成功接收到報(bào)文發(fā)送應(yīng)答T2-T1=11.25msT3-T2=20msT4-T3=11.25msT5-T4<5msT6-T5=11.25ms總開銷=58.75msT2-T1=11.25msT3-T2<5msT4-T3=11.25msT5-T2=20msT6-T5=11.25msT7-T6<5msT8-T7=11.25ms總開銷=58.75ms接收機(jī)端遙控器端7.4通信包結(jié)構(gòu)設(shè)備鏈路層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包封裝與數(shù)據(jù)發(fā)送，我們定義CC110郵行CRC16十算前的數(shù)據(jù)為鏈路層數(shù)據(jù)，鏈路數(shù)據(jù)由應(yīng)用層數(shù)據(jù)打包得到。表4鏈路層幀結(jié)構(gòu)項(xiàng)目數(shù)據(jù)容地址碼功能碼報(bào)文長度叩令編虧應(yīng)用層數(shù)據(jù)XOR驗(yàn)數(shù)據(jù)長

14、度（字節(jié)）3111N=141地址碼：用于遙控器與接收機(jī)配對，配對碼錯誤，后續(xù)報(bào)文自動丟棄。功能碼：用來描述數(shù)據(jù)包的功能用途。報(bào)文長度：是指“應(yīng)用層數(shù)據(jù)”的長度，固定長度為14,小于255。保留該字節(jié)是為了鏈路層的媒介無關(guān)的特性。命令編號：為了防止遙控器重發(fā)命令時，接收機(jī)重復(fù)執(zhí)行命令。當(dāng)遙控器收到正確回應(yīng)命令編號加1,如果接收機(jī)收到命令編號與前一次的相同，則不執(zhí)行該命令。應(yīng)用層數(shù)據(jù)：等待輸?shù)膽?yīng)用層數(shù)據(jù)，直接表達(dá)應(yīng)用層的要求。XOR校驗(yàn)：“地址碼、功能碼、報(bào)文長度、應(yīng)用層數(shù)據(jù)”的所有字節(jié)的異或值，長度為1個字節(jié)。鏈路層的數(shù)據(jù)包總長度為21字節(jié)。8應(yīng)用層幀格式工業(yè)遙控系統(tǒng)支持報(bào)文類型參見下表。表5報(bào)

15、文類型表序號報(bào)文類型應(yīng)用層功能報(bào)文長度說明1A0遙控器發(fā)起：通信連接固定長度為142A1接收機(jī)應(yīng)答：通信連接固定長度為143A2遙控器發(fā)起：遙控命令固定長度為144A3接收機(jī)應(yīng)答：遙控命令固定長度為145A4遙控器發(fā)起：心跳包固定長度為146A5接收機(jī)應(yīng)答：心跳包固定長度為147A6遙控器發(fā)起：PWM電流調(diào)節(jié)固定長度為148A7接收機(jī)應(yīng)答：PWM電流調(diào)節(jié)固定長度為149保留不用10保留不用11AA保留不用12AB保留不用13AC遙控器請求：對時命令14AD接收機(jī)應(yīng)答：對時命令15AE保留不用16AF保留不用表6請求通信連接：A0字節(jié)序號報(bào)文容數(shù)據(jù)格式用途1T_CH遙控器的信道號2T_LINK_

16、ST遙控器連接狀態(tài)字節(jié)，待補(bǔ)充，默認(rèn)為0X00。3T_STATUS遙控器狀態(tài)字節(jié)，待補(bǔ)充，默認(rèn)為0X00。4Year時間5Month6Day7hour8Minute9Second1011121314T_VERSION遙控器系統(tǒng)版本號。默認(rèn)為0X01o表7應(yīng)答通信連接：A1序號報(bào)文容數(shù)據(jù)格式用途1R_CH接收機(jī)的信道號2R_LQI_AV信道質(zhì)量接收機(jī)通訊時LQI平均值3R_RSSI_MS信號強(qiáng)度接收機(jī)通訊時RSSI4R_RSSI_MIN接收機(jī)無通訊時RSSI最小值5PR_RSSI_MAX接收機(jī)無通訊時RSSI最大值H6R_RSSI_AV接收機(jī)無通訊時RSSI平均值7R_STATUSD7:D7:D

17、6:D6:D5:D5:D4:D4:D3:D3:D2:D2:D1:D1:D0:D0:1ARM自檢故障0ARM自檢正常1DSP自檢故障0DSP自檢正常1電源自檢故障0電源自檢正常1急停自檢故障0電源自檢正常10101010接收機(jī)狀態(tài)字節(jié)，待補(bǔ)充，默認(rèn)為0X00。891011121314R_VERSION接收機(jī)系統(tǒng)版本號。默認(rèn)為0X01o表8遙控命令A(yù)2序號報(bào)文容數(shù)據(jù)格式用途1ANALOG0搖桿0數(shù)據(jù)，用于控制臂架旋轉(zhuǎn)。2ANALOG1搖桿1數(shù)據(jù)，用于控制一節(jié)臂上下運(yùn)動。3ANALOG2搖桿2數(shù)據(jù)，用于控制二節(jié)臂上下運(yùn)動。4ANALOG3搖桿3數(shù)據(jù)，用于控制二T臂上下運(yùn)動。5ANALOG4搖桿4數(shù)據(jù)

18、，用于控制四下臂上下運(yùn)動。6ANALOG5搖桿5數(shù)據(jù)，用于控制五T臂上下運(yùn)動。7ANALOG6備用模擬量。8ANALOG7排量數(shù)據(jù)9ANA_DIR0D7D6D5D4D3D2D1D0搖桿7正向開關(guān)狀態(tài)。搖桿7反向開關(guān)狀態(tài)。搖桿6正向開關(guān)狀態(tài)。搖桿6反向開關(guān)狀態(tài)。搖桿5正向開關(guān)狀態(tài)。搖桿5反向開關(guān)狀態(tài)。搖桿4正向開關(guān)狀態(tài)。搖桿4反向開關(guān)狀態(tài)。搖桿方向信息字節(jié)0,用于控制臂架正反運(yùn)動方向。順時針方向?yàn)檎?；逆時針方向?yàn)榉聪?。向上為正向；向下為反向?,表示對應(yīng)位開關(guān)閉合。0,表示對應(yīng)位開關(guān)打開。10ANA_DIR1D7D6D5D4D3D2D1D0搖桿3正向開關(guān)狀態(tài)。搖桿3反向開關(guān)狀態(tài)。搖桿2正向開關(guān)

19、狀態(tài)。搖桿2反向開關(guān)狀態(tài)。搖桿1正向開關(guān)狀態(tài)。搖桿1反向開關(guān)狀態(tài)。搖桿0正向開關(guān)狀態(tài)。搖桿0反向開關(guān)狀態(tài)。搖桿方向信息字節(jié)1,用于控制臂架正反運(yùn)動方向。11SW_STATUS0D7D6D5D4D3D2D1D0泵送啟動開關(guān)泵送停止開關(guān)正泵開關(guān)。反泉升關(guān)快速泵送開關(guān)慢速泵送開關(guān)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速加發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速減開關(guān)量當(dāng)前狀態(tài)字節(jié)0。1,表示對應(yīng)位開關(guān)閉合。0,表示對應(yīng)位開關(guān)打開。12SW_STATUS1D7D6D5D4D3D2D1D0電笛開關(guān)發(fā)動機(jī)熄火開關(guān)遙控器電池狀態(tài)遙控器開關(guān)機(jī)開關(guān)量當(dāng)前狀態(tài)字節(jié)1D5=1,電池低電壓，遙控器即將進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，命令接收機(jī)關(guān)閉所有輸出；D5=0,電池正常。D4-1,遙控器已

20、關(guān)機(jī)，接收機(jī)斷開連接，關(guān)閉所有輸出；D4=0,遙控器開機(jī)13SW_CHG0D7D6D5D4D3D20搖桿5搖桿4搖桿3搖桿2搖桿1變位狀態(tài)字節(jié)1。值為1時表示該開關(guān)量或模擬量有變化。未定義數(shù)據(jù)位為備用數(shù)據(jù)，要求發(fā)送方強(qiáng)制設(shè)置為0。D1:搖桿0DO:排量14SW_CHG1D7:泵送開關(guān)開關(guān)量變位狀態(tài)字節(jié)0。值為1時表示該D6:止/反泉開關(guān)開關(guān)量有變化。D5:快/慢速泵送開關(guān)D4:發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速加/減D3:電笛開關(guān)D2:發(fā)動機(jī)熄火開關(guān)D1:遙控器電池狀態(tài)D0:急停表9應(yīng)答遙控命令A(yù)3序號報(bào)文容數(shù)據(jù)格式用途1R_CH接收機(jī)的信道號2R_LQI_AV接收機(jī)通訊時LQI平均值3R_RSSI_MS接收機(jī)通訊時RSSI4R_RSSI_MIN接收機(jī)無通訊時RSSI最小值5PR_RSSI_MAX接收機(jī)無