基於射頻遙控晶片的無線通信裝置和無線通信方法與流程
2023-06-13 01:58:01
本發明涉及無線通信技術領域，具體涉及一種基於2.4ghz遙控晶片的無線通信方法。
背景技術：
所謂2.4ghz無線技術，其頻段處於2.405ghz～2.485ghz之間，所以簡稱為2.4g無線技術。這個頻段裡是國際規定的免費頻段，是不需要向國際相關組織繳納任何費用的，這就為2.4g無線技術可發展性提供了必要的有利條件。而且2.4g無線技術不同於之前的27mhz無線技術，它的工作方式是全雙工模式傳輸，在抗幹擾性能上要比27mhz有著絕對的優勢，這個優勢決定了它的超強抗幹擾性以及更遠的傳輸距離。此外，2.4g無線技術還擁有理論上2m的數據傳輸速率，比藍牙的1m理論傳輸速率提高了一倍，這就為以後的應用層提高了可靠的保障。綜合2.4ghz、藍牙以及27mhz這三種常用的無線傳輸技術，2.4ghz有著自己獨到的優勢所在：相比藍牙，它的產品製造成本更低，提供的數據傳輸速率更高；相比同樣免費的27mhz無線技術，它的抗幹擾性、最大傳輸距離以及功耗都遠遠超出。
但射頻遙控晶片還存在一個關鍵性的問題就是要求數據收發具備很高的響應時效性，即當被操控時，遙控器按鍵被按下並發送相應指令，被控設備要實時響應，若頻道被幹擾亦或同步時間過長將失去實時性的特點，從而給人以延遲感使操控體驗很差。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服現有技術中存在的不足，提供一種基於射頻遙控晶片的無線通信裝置，以及一種基於射頻遙控晶片的無線通信方法，能使遙控設備信號收發具備響應時效性。本發明採用的技術方案是：
一種基於射頻遙控晶片的無線通信方法，包括：
在發射端，
按鍵處理模塊接收到按鍵信號啟動第一時鐘管理模塊，並使第一狀態機進入正常工作模式；
第一數據分包分組模塊接收按鍵信號並進行組包，每個數據包包括同步頭、載荷數據、以及校驗碼；並對數據包進行編碼；
載荷數據的前m比特作為一個定時計數器；在每個發射周期內，發送端依次發送多個數據包，數據包在發射周期內的位置由載荷數據前m比特的值決定；載荷數據的第m+1比特開始為按鍵直接映射值；
第一數據分包組包模塊每間隔1/2m發射周期發送一個數據包給數字調製模塊，數字調製模塊每發射周期跳頻一次；依次在多個頻點中跳轉；該多個頻點分屬於不同的多個信道；將調製後的信號發送給rf發射模塊進行發射。
進一步地，若按鍵失效或無按鍵操作，發射端在一個設定的延時時間內持續發射數據包，然後控制關閉第一時鐘管理模塊，進入睡眠狀態。
進一步地，載荷數據的前兩比特作為一個定時計數器；在每個發射周期內，發射端發送第一個數據包時載荷數據的前兩比特為2'b00，發送第二個數據包時載荷數據的前兩比特為2'b01，發送第三個數據包時載荷數據的前兩比特為2'b10，發送第四個數據包時載荷數據的前兩比特為2'b11；
第一數據分包組包模塊每間隔1/4發射周期發送一個數據包給數字調製模塊。
在發射端，第一數據分包分組模塊將數據包用16倍擴頻碼編碼。
一種基於射頻遙控晶片的無線通信方法，包括：
在接收端，
啟動第二時鐘管理模塊，rf接收模塊接收信號，將信號發送給數字解調模塊進行解調；
解調後的信號發送給第二分包組包模塊，第二分包組包模塊先進行數據包解碼；
第二分包組包模塊在默認頻點搜索同步頭，如果同步頭搜索成功後分析收到的載荷數據的前m比特來判斷這個數據包處於目前頻點內的位置；並根據該數據包的位置來調整接收端的定時計數器，使得接收端定時計數器和發射端定時計數器同步，達到和發送端同步跳頻的目的；
接收端在正常通行模式下，按照與發射周期相同的接收周期，依次在與發射端對應的多個頻點中跳轉。
進一步地，經過分析處理後的數據包通過第二狀態機發給顯示模塊顯示。
進一步地，接收端異常處理：
接收端之前已經接收到正確的數據包，如果在隨後的3～4個接收周期內沒有正確接收到數據包，則接收端從正常的跳頻工作模式跳轉到默認頻點繼續搜索同步頭；但是如果再隨後的3～4個接收周期內沒有正確接收到數據包，則以6～8個接收周期為間隔，開啟3～4個接收周期長度的搜索窗；搜索窗內在默認頻點搜索同步頭；
接收端之前沒有接收到正確的數據包，如果隨後的3～4個接收周期內沒有正確接收到數據包，則以6～8個接收周期為間隔，開啟3～4個接收周期長度的搜索窗；搜索窗內在默認頻點搜索同步頭。
一種基於射頻遙控晶片的無線通信裝置，包括發射端和接收端；
發射端包括：按鍵處理模塊、第一狀態機、第一時鐘管理模塊、第一數據分包組包模塊、數字調製模塊、rf發射模塊；
接收端包括：rf接收模塊、第二狀態機、數字解調模塊、第二時鐘管理模塊、第二數據分包組包模塊、顯示模塊；
發射端和接收端依上述的基於射頻遙控晶片的無線通信方法，而相互通信。
本發明的優點在於：採用本發明的通信方法能使遙控設備信號收發具備響應時效性。本發明的無線通信方法使的傳輸距離更遠，抗幹擾能力更強，並且相比帶mcu的方案功耗更低，體積更小，價格更便宜也更可靠。
附圖說明
圖1為本發明的結構組成示意圖。
圖2a和圖2b為本發明的接收端數據包接收異常時的處理示意圖。
具體實施方式
下面結合具體附圖和實施例對本發明作進一步說明。
如圖1所示，基於射頻遙控晶片的無線通信裝置，包括發射端和接收端；
發射端包括：按鍵處理模塊、第一狀態機、第一時鐘管理模塊、第一數據分包組包模塊、數字調製模塊、rf發射模塊；
接收端包括：rf接收模塊、第二狀態機、數字解調模塊、第二時鐘管理模塊、第二數據分包組包模塊、顯示模塊；
上述發射端設置於遙控器上，接收端設置於被遙控設備上，比如遙控車；
發射端功能：
s101，發射端上電後，按下按鍵處理模塊外接的按鍵(向前鍵/向後鍵/向左鍵/向右鍵/加速鍵/備選鍵)，按鍵處理模塊接收到按鍵信號啟動第一時鐘管理模塊，並使第一狀態機進入正常工作模式；
s102，第一數據分包分組模塊接收按鍵信號並進行組包，每個數據包包括同步頭、載荷數據、以及校驗碼；將數據包用16倍擴頻碼編碼；
同步頭長度為32比特；
載荷數據的前兩比特作為一個定時計數器；在每8毫秒的發射周期內，發射端發送第一個數據包時載荷數據的前兩比特為2'b00，發送第二個數據包時載荷數據的前兩比特為2'b01，發送第三個數據包時載荷數據的前兩比特為2'b10，發送第四個數據包時載荷數據的前兩比特為2'b11；2'b表示二進位；
載荷數據的第三比特開始為按鍵直接映射值，比如某個按鍵被按下則對應該按鍵比特位的值為1，沒有按下則為0；一個簡單的例子是載荷數據為八位，則後六比特位按鍵直接映射值；當然載荷數據長度也可以更長，比如16位，則可以把前3或4比特作為定時計數器，其餘比特為按鍵直接映射值；
s103，第一數據分包組包模塊每間隔1/4發射周期(2ms)發送一個數據包給數字調製模塊，數字調製模塊每發射周期(8ms)跳頻一次；依次在第一頻點2420mhz、第二頻點2445mhz、第三頻點2460mhz中跳轉；第一頻點、第二頻點、第三頻點分別屬於第一信道2405～2425mhz，第二信道2426～2445mhz，第三信道2446～2480mhz中的一個頻點；將調製後的信號發送給rf發射模塊進行發射；
跳頻順序有六種，如下表所示：
s104，若按鍵失效或無按鍵操作，發射端持續發射數據包1秒鐘，然後控制關閉第一時鐘管理模塊，進入睡眠狀態。
接收端功能：
s201，接收端上電後，啟動第二時鐘管理模塊，rf接收模塊接收信號，將信號發送給數字解調模塊進行解調；
s202，解調後的信號發送給第二分包組包模塊，第二分包組包模塊先進行數據包解碼，即進行十六分之一冗餘解碼；
第二分包組包模塊在默認頻點搜索同步頭，本例中默認頻點為2420mhz；如果同步頭搜索成功後分析收到的載荷數據的前兩比特來判斷這個數據包處於目前頻點內的第幾個數據包；並根據該數據包的位置來調整接收端的定時計數器，使得接收端定時計數器和發射端定時計數器同步，達到和發送端同步跳頻的目的；接收端在正常通信模式下，每8毫秒做為一個周期(接收周期同發射周期)，在第一頻點2420mhz、第二頻點2445mhz、第三頻點2460mhz中跳轉；
接收端異常處理：
s301，接收端之前已經接收到正確的數據包，如果在隨後的3～4個接收周期內沒有正確接收到數據包，則接收端從正常的跳頻工作模式跳轉到默認頻點2420mhz繼續搜索同步頭；但是如果再隨後的3～4個接收周期內沒有正確接收到數據包，則以6～8個接收周期為間隔，開啟3～4個接收周期長度的搜索窗；搜索窗內在默認頻點搜索同步頭；
一個實例如圖2a所示，接收端之前已經接收到正確的數據包，如果在隨後的32ms內沒有正確接收到數據包，則接收端從正常的跳頻工作模式跳轉到默認頻點2420mhz繼續搜索同步頭；但是如果再隨後的32ms內沒有正確接收到數據包，則以64ms為間隔，開啟32ms的搜索窗；搜索窗內在默認頻點搜索同步頭；
接收端之前沒有接收到正確的數據包，如果隨後的3～4個接收周期內沒有正確接收到數據包，則以6～8個接收周期為間隔，開啟3～4個接收周期長度的搜索窗；搜索窗內在默認頻點搜索同步頭；
一個實例如圖2b所示，接收端之前沒有接收到正確的數據包，如果隨後的32ms內沒有正確接收到數據包，則以64ms為間隔，開啟32ms的搜索窗；搜索窗內在默認頻點搜索同步頭；
s204，經過分析處理後的數據包通過第二狀態機發給顯示模塊顯示。
上述第一時鐘管理模塊、第二時鐘管理模塊為12mhz晶振時鐘電路。