1 引言

　　裝甲車輛狀態(tài)信息采集系統(tǒng)的信息采集單元通常采用can總線連接，某些情況下，車輛上裝和下裝之間的旋轉(zhuǎn)連接器由于沒有連線空間，需要無線通信模塊為上裝和下裝的can總線提供一個透明的無線通道。

　　本文基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)給出一種無線通道的設(shè)計，主要包括can總線無線接入控制模塊電路設(shè)計以及無線傳感器節(jié)點的通信協(xié)議設(shè)計等內(nèi)容。

　　2 電路設(shè)計

　　以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的can總線擴展系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，其主要由兩塊can總線無線接入控制模塊構(gòu)成，每個模塊的組成及各部分的作用是：無線傳感器節(jié)點的微控制器及存儲器模塊，接收對端無線接人控制模塊傳來的數(shù)據(jù)并存儲，然后將數(shù)據(jù)交can控制器待發(fā)，同時接收can控制器傳來的數(shù)據(jù)并通過傳感器網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送到對端無線接入控制模塊；can控制器采用sja1000，運行can協(xié)議，為傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)點提供can總線服務(wù)；收發(fā)器采用tja1050作為can控制器與物理媒體的物理接口，為can控制器提供比特流服務(wù)。

　　3 無線傳感器節(jié)點

　　3.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點硬件結(jié)構(gòu)

　　為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的硬件，包括傳感器模塊、微處理器模塊和無線通信模塊等三個功能部分。gaints系列節(jié)點使用at-mega128單片機作為控制器和處理核心，無線通信模塊核心采用工作在433 mhz的單芯片低電壓cc1000收發(fā)器，該射頻芯片具有工作電壓低(2.1～3.6v均可工作)、能耗低、體積小等非常適合于集成的特點。它采用fsk調(diào)制方式，外部采用spi的接口，可以和微控制器直接相聯(lián)。cc1000使用頻率為14.745 mhz的晶振作為驅(qū)動，在該驅(qū)動下面cc1000可以提供的最大數(shù)據(jù)傳輸率為19.2kb／s，也就是說每ms不到3個字節(jié)，這個數(shù)據(jù)對mac層的協(xié)議是很有用的，在設(shè)置ack等待時間和rts-cts等待時間的時候需要考慮這些參數(shù)。

　　2 通信協(xié)議設(shè)計

　　本文基于tinyos底層通信接口進行通信協(xié)議設(shè)計。對tinyos編程采用的是nesc語言，這是一種類似c的語言，是對c的擴展，也是結(jié)構(gòu)化的語言，是基于組件式的編程，模塊化的設(shè)計。nesc組件有兩種：module(模塊)和configuration(連接配置文件)。module在模塊中主要實現(xiàn)代碼的編制，可以使用和提供接口，在它的實現(xiàn)部分必須對提供接口里的command和使用接口里的event進行實現(xiàn)。

　　tinyos是基于一種組件架構(gòu)方式的開源的嵌入式操作系統(tǒng)，一個應(yīng)用程序可以通過連接配置文件(a wiring specification)將各種組件連接起來，以完成它所需要的功能。tinyos的應(yīng)用程序都是基于事件驅(qū)動模式的，采用事件觸發(fā)去喚醒傳感器工作。tasks一般用在對于時間要求不是很高的應(yīng)用中，且tasks之間是平等的，即在執(zhí)行時是按先后順序，一般為了減少tasks的運行時間，要求每一個task都很短小，能夠使系統(tǒng)的負擔(dān)較輕；events一般用在對于時間要求很嚴格的應(yīng)用中，而且它可以優(yōu)先于tasks和其他events執(zhí)行，可以被一個操作完成或是來自外部環(huán)境的事件觸發(fā)，在tinyos中一般由硬件中斷處理來驅(qū)動事件。

在tinyos中由于tasks之間不能互相占先執(zhí)行，所以tinyos沒有提供任何阻塞操作，為了讓一個耗時較長的操作盡快完成，一般都是將對這個操作的需求及其完成分開來實現(xiàn)，以便獲得較高的執(zhí)行效率。由于在tiny-os中沒有進程管理的概念，它對任務(wù)是按簡單的fifo隊列進行處理的，對資源采取預(yù)先分配，且這個隊列里最多只能有7個未解決的任務(wù)。我們設(shè)計時，主要處理三類事件，即串口接收數(shù)據(jù)事件、無線接收數(shù)據(jù)事件和定時器事件。

　�、俅诮邮諗�(shù)據(jù)事件。每次節(jié)點從串口接收到一個字節(jié)的數(shù)據(jù)將觸發(fā)該事件。對于信息采集任務(wù)來說，其信息是定時采集的。同時，can總線的速率遠遠大于無線傳輸?shù)乃俾�。因此，在�?jié)點開辟了一段較大的緩存區(qū)，對can總線傳過來的數(shù)據(jù)進行緩存。該緩存區(qū)的大小取決于無線傳輸?shù)乃俾室约癱an總線在一個定時采集周期的數(shù)據(jù)量大小。假設(shè)無線傳輸?shù)乃俾蕿関、緩存區(qū)大小為mem、采集周期為t、每個采集周期的數(shù)據(jù)量為data，注意v為傳輸有效數(shù)據(jù)的速率，即要去掉協(xié)議開銷以及管理和控制開銷，則至少滿足v×t≥data，mem≥data。為提高無線傳輸?shù)男�，不是每次從串口接受到一個字節(jié)就從無線接口發(fā)走，而是每次緩存的字節(jié)數(shù)達到無線傳輸一個數(shù)據(jù)包的大小時，啟動任務(wù)一uartrcvdtask。這種采用任務(wù)的方式進行實際的無線數(shù)據(jù)傳輸可以避免阻塞其他event事件。

　　②無線接受數(shù)據(jù)事件。每次節(jié)點從無線接口接受到一個數(shù)據(jù)包將觸發(fā)該事件。事件處理程序主要從協(xié)議數(shù)據(jù)包中獲取傳輸數(shù)據(jù)，并且緩存于接受緩存區(qū)，具體地怎么處理無線接受的數(shù)據(jù)的工作，通過啟動任務(wù)——radiorcvdtask來完成，以避免阻塞其他event事件。

　　③定時器事件。該事件定時觸發(fā)。該事件處理程序主要定時判斷串口接受數(shù)據(jù)緩存區(qū)是否有數(shù)據(jù)，如果有的話，則啟動任務(wù)——uartrcvdtask，以避免到串口收到的數(shù)據(jù)不足一個協(xié)議數(shù)據(jù)包時，會長期滯留在串口接受數(shù)據(jù)