工业遥控系统RF通信协议书范本.docx
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工业遥控系统RF通信协议书范本.docx
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工业遥控系统RF通信协议书范本
工业遥控系统RF通信协议
i围
本协议约定工业遥控系统RF通信协议,本协议适用于工业遥控系统的射频数据通信。
2规性引用文件
无。
3术语与定义
本标准术语定义引用:
无。
4网络物理描述
本标准物理层描述引用:
无。
5符号缩写的含义
表1符号缩写
符号
含义
符号
含义
:
2-FSK
:
2进制频率转换按键
「ADC
r模数转换器
AFC
自动频率补偿
AGC
自动增益控制
:
BER
位误差率
rcca
r清理信道评估
CRC
循环冗余检查
EIRP
等价等方性的辐射功率
ESR
:
等价串联阻抗
「FEC
前向误差校正
FIFO
先进先出堆栈
FSK
频移键控
[gfsk
:
咼斯整形频率转换键控
IF
:
中间频率
LBT
:
发送之前侦测
LNA
低噪声放大器
[lo
:
局部振荡器
「LQI
PP曰.丰/—\耳口质量指示器
MCU
微控制器单元
MSK
最小化转换按键
[PA
:
功率放大器
rpcb
:
印制电路板
PD
功率降低
PQI
前导质量指示器
[PQT
:
前导质量门限
「RCOSC
:
RC振荡器
RF
电磁波频率
RSSI
接收信号长度指示器
RX
:
接收,接收模式
SAW
:
接口水波
SNR
信噪比
SPI
连续外围接口
TBD
:
待定义
TX
:
发送,发送模式
VCO
电压控制振荡器
WOR
:
电磁波激活,低功率拉电路
[xosc
:
石英晶体振荡器
XTAL
r石英晶体
6物理层
由于通信接口芯片采用TI公司的数字调制解调电路CC110Q调制方式为2-FSK,数据速率为
38400bps。
物理层的帧格式依据CC1100的技术特点而设计。
6.1CC1100物理层基本帧结构
tQptiofi^iryFECencDdftl-deccidedi
InsertedauttmancjKyinTX.piocesscdjhidremoldmRX.
Preamble四启ftinieioi
Optkmaiuser-providEdfieldspiric:
ESEe □nproce^seduserdata宙partIrcimFECandi'or■bvhiteninq) <—0JCJ1brt3―X15/32bitsX点屛&xnbits.”一悔血T 图1基本帧结构 设计采用固定长度的报文,长度为21字节。 并由CC1100硬件实现用户数据的循环码校验 (CRC16、交织编码(INTERLEAVING、前向纠错(FEC、数据白化(WHITENING,并在白化数据发送前插入前导码(我们编程为4字节),同步码结构(我们编程为4字节)。 软件通过编程CC1100控制寄存器,实现功能配置。 表2CC1100调制码参数配置 项目 数据 容 前导码 同步码 白化数据(CC1100生成) 长度(字节) \4 4 M 7链路层 7.1通信匹配地址 本系统采用点对点通信方式,只有通信地址匹配的报文才得到处理,通信地址不匹配的报文被丢弃,以确保系统的稳健可靠。 对于港口起重等需要双遥控器情况,通过功能码扩展主、从遥控器。 系统采用16位二进制匹配地址码,理论上支持65535套遥控系统。 7.2通信连接 通信状态维护采用连接方式,除了信道管理相关的数据包外,其他遥控命令数据包的发送前均应检查无线信道连接状态,只有在连接正常的情况下,才启动数据包发送。 数据包发送时间分析: 4+4+(21+2)*2=54字节,54*8/38.400=11.25ms。 再考虑通信的收发转换、频率校准、接收机的数据处理周期等开销,一问一答的开销约25mso考虑到系统容余等因素,通信周期可设计为30ms 7.2.1信道连接的建立 遥控器开机后处在接收状态,进行信道统计。 信道统计的方法为按信道表依次轮询,读取信道的RSSI值,统计出每个信道上的最大RSSI、最小RSSI,计算出每个信道的RSSI平均值。 每个信道 的统计时间为T3(信道统计时间)。 为确保该信道不被同类设备占用,T3必须大于心跳包发送周期 T2o从统计的信道中选取最好的信道进行连接。 信道选取过程为: 1,最大RSSI与平均RSSI差值不超过10dBm且平均RSSI小于-70dBm的信道作为可用信道; 统计出可用信道的平均RSSI值作为噪声参考值; 2,在可用信道中选取平均RSSI值最小的信道进行连接; 3,若没有可用信道,则选取所有信道中平均RSSI值最小的信道进行连接,所有信道的平均RSSI值作为噪声参考值。 信道选取完成后,固定在此信道,转换成发送模式,开始发送连接请求,等待T4(等待应答超 时),若收到应答数据包,建立连接,开始发送命令。 若超时没有收到数据包,则重新发送连接请求。 数据包发送采用CSMA/CA机制。 若等待信道clear时间超过T7(CCA等待超时),不使用CSMA/CA机制,强行发送。 最长发送周期T9=T7+T1+T4。 接收机开机后处于接收状态,按信道表进行周期性查询。 接收机信道查询时间T5>3个最长发送周期T9。 也就是,接收机轮询到遥控器所在的频率后,最多有3次接收连接请求的机会。 若接收到 地址码匹配的数据包,建立连接,发送连接应答数据包。 连接过程如图2。 若遥控器在一个信道上等待的时间T10(信道等待时间)超过1个接收机轮询周期T6,更换信 道,在新的信道上等待接收机。 各段时间表如表二。 表3各段时间表 1个数据包发送时间T1 11.25ms 心跳包周期T2 200ms 信道统计时间T3 210ms 等待应答超时T4 20ms 接收机信道查询时间T5 230ms 接收机轮询周期T6 230ms*总信道数 16=3680 CCA等待超时T7 40 接收机超时等待时间T8 530ms 最长发送周期T9 71.25ms 信道等待时间T10 3700ms 图2连接请求命令与应答 7.2.2信道连接的维护 考虑到无线信道的特点,要求遥控器、接收机分别设置连接状态寄存器及连接超时寄存器,并按如下状态转移模式进行连接维护。 连接成功后,遥控器开始发送命令数据包,若命令发出后经过等待应答超时T4没收到应答,则 重发命令。 重发命令模式与重发连接运行模式类似。 若一个命令数据包重复发送3次后仍没收到应 答包,则认为连接丢失,更换信道,在新的信道等待接收机。 接收机若超时没收到遥控器的命令数据包,则认为连接丢失,继续按信道表查询。 超时等待时间T8>4*最长发送周期T9。 信道维护流程 图如图4。 图3连接后的信道维护 7.2.3跳频 若遥控器在一个信道上的等待时间超过T10未收到应答,或者连接上后重发次数已满还未收到 应答,此时需要进行跳频。 跳频的过程为: 1,再次统计当前信道的RSSI,若RSSI满足可用信道条件,且平均RSSI小于RSSI参考 值,则继续停留在该信道发送连接报文,等待接收机 2,如果当前信道不满足可用信道条件,则依次跳到下一个信道进行统计。 直到找到一个 满足条件的信道。 3,若没有满足条件的信道,则使用所有信道中平均RSSI值最小的信道进行通信 7.3数据发送模式 数据的发送采用CSMA/C軌制和应答机制。 1,CSMA/CS机制 考虑到在系统附近围可能存在多个同类系统,并且与这些系统存在使用相同信道的可能, 有必要采用CSMA/CA(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoidanee)机制来 防止冲突发生和解决冲突问题。 在802.11(主要应用于无线局域网)和802.15.4(主要应用于Zigbee)中,都采取了CSMA/CA 机制。 这种机制在一些点到点的无线通信中也比较常见。 其过程是: (1)数据发送就绪时,先检查信道是否被占用。 (2)如果信道被占用,则等到介质空闲后,再随机退避一段时间,重复 (1)过程。 (3)发送数据。 (4)等待接收者应答。 如果等待应答超时,则重复 (1)过程。 如果成功接收到应答,则此次 发送过程成功结束。 下面这个图示用来说明两个遥控系统如何避让: 接收数据 发送应答/12.5 接收到发送转换+发送准备 载波监听 发送过程 接收过程 认为信道clear的条件有两个 1,相对差值。 当前采集的RSSI值比上一次采集的RSSI值小10dBm 2,绝对值。 当前采集的RSSI值小于-70dBm。 为了防止无限制等待,当等待CCA时间超过了CCA等待超时T7,将强制发送。 2,应答机制 遥控器端发送的任何消息都要求接收机立即应答。 如果超时未收到接收机的应答,则重发报 文。 重发次数为3次。 只有遥控器端发送使用CSMA/CA机制,接收机应答不使用CSMA/CA机制。 F图表示通信3种情况。 7.4通信包结构 设备链路层实现数据包封装与数据发送,我们定义CC11O0进行CRC16计算前的数据为链路层数 据,链路数据由应用层数据打包得到。 表4链路层帧结构 项目 数据 容 地址码 功能码 报文长度 叩令编号 应用层数据 XOF校验数据 长度(字节) : 3 1 1 1 N=14 1 地址码: 用于遥控器与接收机配对,配对码错误,后续报文自动丢弃。 功能码: 用来描述数据包的功能用途。 报文长度: 是指“应用层数据”的长度,固定长度为14,小于255。 保留该字节是为了链路层 的媒介无关的特性。 命令编号: 为了防止遥控器重发命令时,接收机重复执行命令。 当遥控器收到正确回应命令编号加1,如果接收机收到命令编号与前一次的相同,则不执行该命令。 应用层数据: 等待输的应用层数据,直接表达应用层的要求。 XOR校验: “地址码、功能码、报文长度、应用层数据”的所有字节的异或值,长度为1个字节。 链路层的数据包总长度为21字节。 8应用层帧格式 工业遥控系统支持报文类型参见下表。 表5报文类型表 序号 报文类型 应用层功能 报文长度 说明 1 A0 遥控器发起: 通信连接 固定长度为14 2 A1 接收机应答: 通信连接 固定长度为 14 3 A2 遥控器发起: 遥控命令 固定长度为 14 4 A3 接收机应答: 遥控命令 固定长度为 14 5 A4 遥控器发起: 心跳包 固定长度为 14 6 A5 接收机应答: 心跳包 固定长度为 14 7 A6 遥控器发起: PWM电流调节 固定长度为14 8 A7 接收机应答: PWM电流调节 固定长度为14 9 保留不用 10 保留不用 11 AA 保留不用 12 AB 保留不用 13 AC 遥控器请求: 对时命令 14 AD 接收机应答: 对时命令 15 AE 保留不用 16 AF 保留不用 表6请求通信连接: A0 字节 报文容 数据格式 用途 序号 1 T_CH 遥控器的信道号 2 T_LINK_ST 遥控器连接状态字节,待补充,默认为0X00。 3 T_STATUS 遥控器状态字节,待补充,默认为0X00。 4 Year 时间 5 Month 6 Day 7 hour 8 Minute 9 Second 10 11 12 13 14 : TVERSION 遥控器系统版本号。 默认为0X01。 表7应答通信连接: A1 字节 报文容 数据格式 「用途 序号 1 RCH 接收机的信道号 2 RLQIAV 信道质量 接收机通讯时LQI平均值 3 RRSSIMS 信号强度 接收机通讯时RSSI 4 RRSSIMIN 接收机无通讯时RSSI最小值 5 PRRSSIMAX 接收机无通讯时RSSI最大值H 6 RRSSIAV 接收机无通讯时RSSI平均值 7 PRSTATUS D7: 1ARM自检故障 接收机状态字节,待补充,默认为0X00。 n D7: 0ARM自检正常 D6: 1DSP自检故障 D6: 0DSP自检正常 D5: 1电源自检故障 D5: 0电源自检正常 D4: 1急停自检故障 D4: 0电源自检正常 D3: 1 D3: 0 D2: 1 D2: 0 D1: 1 D1: 0 D0: 1 D0: 0 8 9 10 11 12 13 14 RVERSION 接收机系统版本号。 默认为0X01。 表8遥控命令A2 字节序号 报文容 数据格式 用途 1 ANALOGO 摇杆0数据,用于控制臂架旋转。 2 ANAL0G1 摇杆1数据,用于控制一节臂上下运动。 3 ANAL0G2 摇杆2数据,用于控制二节臂上下运动。 4 ANAL0G3 摇杆3数据,用于控制二节臂上下运动。 5 : ANAL0G4 摇杆4数据,用于控制四节臂上下运动。 彳 6 ANAL0G5 摇杆5数据,用于控制五节臂上下运动。 7 ANAL0G6 备用模拟量。 8 ANAL0G7 排量数据 9 ANA_DIRO D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 摇杆7正向开关状态。 摇杆7反向开关状态。 摇杆6正向开关状态。 摇杆6反向开关状态。 摇杆5正向开关状态。 摇杆5反向开关状态。 摇杆4正向开关状态。 摇杆4反向开关状态。 摇杆方向信息字节0,用于控制臂架正反运动方向。 顺时针方向为正向;逆时针方向为反向。 向上为正向;向下为反向。 1,表示对应位开关闭合。 0,表示对应位开关打开。 10 ANA_DIR1 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 摇杆3正向开关状态。 摇杆3反向开关状态。 摇杆2正向开关状态。 摇杆2反向开关状态。 摇杆1正向开关状态。 摇杆1反向开关状态。 摇杆0正向开关状态。 摇杆0反向开关状态。 摇杆方向信息字节1,用于控制臂架正反运动方向。 11 SW_STATUSO D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 泵送启动开关泵送停止开关正泵开关。 反泵开关快速泵送开关慢速泵送开关发动机转速加发动机转速减 开关量当前状态字节0。 1,表示对应位开关闭合。 0,表示对应位开关打开。 12 SW_STATUS1 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 电笛开关 发动机熄火开关遥控器电池状态遥控器开关机 开关量当前状态字节1 D5=1,电池低电压,遥控器即将进入待机状态,命令接收机关闭所有输出;D5=0, 电池正常。 D4-1,遥控器已关机,接收机断开连接,关闭所有输出;D4=0,遥控器开机 13 SW_CHGO D7 D6 D5 D4 D3 D2 0 摇杆5摇杆4摇杆3摇杆2摇杆1 变位状态字节1。 值为1时表示该开关量或模拟量有变化。 未定义数据位为备用数据,要求发送方强制设置为0。 D1 D0 摇杆0 排量 14 SW_CHG1 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 泵送开关正/反泵开关快/慢速泵送开关发动机转速加/减电笛开关发动机熄火开关遥控器电池状态急停 开关量变位状态字节0。 值为1时表示该开关量有变化。 表9应答遥控命令A3 字节 「报文容 数据格式 用途 序号 1 RCH 接收机的信道号 2 RLQIAV 接收机通讯时LQI平均值 3 RRSSIMS 接收机通讯时RSSI 4 RRSSIMIN 接收机无通讯时RSSI最小值 5 : RRSSIMAX 接收机无通讯时RSSI最大值— 6 RRSSIAV 接收机无通讯时RSSI平均值 7 : RSTATUS D7: 1ARM自检故障 接收机状态字节,待补充,默认为oxoo。 n D7: 0ARM自检正常 D6: 1DSP自检故障 D6: 0DSP自检正常 D5: 1电源自检故障 D5: 0电源自检正常 D4: 1急停自检故障 D4: 0电源自检正常 D3: 1 D3: 0 D2: 1 D2: 0 D1: 1 D1: 0 D0: 1 D0: 0 8 9 10 11 12 13 14 RVERSION 遥控器系统版本号。 默认为0X01。 表10心跳: A4 字节序号 报文容 数据格式 用途 1 T_CH 遥控器当前通信的信道号。 2 备用报文填0XOO 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 表11应答心跳: A5 字节序号 报文容 数据格式 用途 1 RCH 接收机当前通信的信道号 2 备用报文填0XOO 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 表12PWM电流调节: A6 字节序号 报文容 数据格式 用途 1 RESET D7: 恢复出厂设置 D6-D0: 保留,填0 恢复出厂设置命令。 若为0,取PWM_FAST和PWM_SLO进行设定,若为1,恢复出厂设定值。 2 PWM_FAST 快速时的PWh最大值。 其值为实际PWM电流/4 3 PWM_SLOW 慢速时的PWh最大值。 其值为实际PWM电流/4 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 表13应答PWMfe流调节: A7 字节序号 报文容 数据格式 用途 1 全部填0x00 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 9通信报文数据流 下图给出了无线通信的数据流。 说明: —正确包 A0 A1 A0 A1 建立连接 1 建立连接2 A4 A5 A4 A5 停机命令 1 A6 A7 A6 A7 控制命令1 控制命令2 停机命令2 错误包 A0 A4 A6 A1 A5 A7 建立连接 3 控制命令3 停机命令3 图4无线通信数据流图格
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