基于CyFi的無線傳感器網絡組建與通信設計

實現無線傳感器網絡的相關協議層出不窮，如紅外、藍牙、ZigBee、Wi-Fi等。但是目前這些協議都存在種種問題，例如紅外技術遇到障礙物就失靈，藍牙比較耗電，ZigBee協議比較復雜等等。針對這些問題，Cypress公司推出了CyFi低功耗無線解決方案，同時還推出了針對新手的PSoC FirstTouch入門套件CY3271以及其他擴展套件。本文使用此套件組建CyFi無線傳感器網絡，并在PC機上通過USB接口實現節點的綁定及數據的采集。

1 CyFi簡介

Cypress公司先前推出的WirelessUSB技術已被廣泛應用于無線鼠標、鍵盤、游戲手柄等產品中。在此基礎之上，Cypress公司又推出了針對嵌入式控制領域的一款低成本、低功耗、高可靠性的無線射頻解決方案――CyFi。CyFi的市場定位使其具有可靠、簡化、低功耗、多信道等特點。

①可靠。通過使用直接序列擴頻(DSSS)調制技術，CyFi能夠使傳輸的數據從可能的錯誤中恢復回來，從而提供出色的連接可靠性。對于來自同樣工作在非常擁擠的2．4 GHz頻段的Wi―Fi、藍牙、ZigBee等其他無線技術的干擾，CyFi的跳頻技術能以預設的頻段間隔自動搜索干凈的信道進行通信，如圖1所示。同時，CyFi的鏈接管理功能可以根據網絡環境將發射功率、傳輸速率自動調整到保證可靠鏈接的最優配置上。DSSS調制、跳頻技術和成熟的鏈接管理算法使得CyFi成為2．4 GHz頻段的高可靠性無線解決方案。

②簡化。CyFi提供的輕量級星型協議棧CYFISNP尺寸非常小，應用于Hub僅占用8 KB，而應用于節點僅為6 KB，如圖2所示。CYFISNP協議棧可直接在PSoCDesigner中使用，其所提供的用戶模塊使開發者只需簡單的拖放即可實現創新的無線設計，用戶無需自行編寫任何通信協議或編碼，與PSoC可編程片上系統的結合使其在研發過程的任何階段都可進行重新編程。

③低功耗。為了實現低功耗，CyFi盡量工作在睡眠模式。這意味著在干擾較弱的情況下，CyFi將以盡可能快的速度(1 Mbps)傳輸，以縮短傳輸時間；而在干擾較強的情況下，將啟用DSSS調制技術并提高RF發射功率以250 kbps的速率傳輸，從而減少重傳的可能。當節點與Hub的距離較近時，節點也能降低發射功率從而減小功耗。這種有效的電源管理機制使得采用CyFi的典型傳感器應用只靠2節AA電池就可使用4年之久。

④多信道。由于CyFi僅占用1 MHz的帶寬，故可用信道多達80個，而ZigBee等僅能使用16個5 MHz的信道。

2 CY3271簡介

CY3271是Cypress公司針對新手推出的一款帶CyFi的低成本USB接口套件，包括PSoC集成開發環境PSoCDesigner、用于數據采集的感應控制軟件SCD、帶RF功能的PC橋FTPC、多功能板FTMF、支持長距離無線應用并帶功率放大器的RF擴展板FTRF，以及2個電池板。其中，PC橋FTPC作為CyFi的Hub設備使用；RF擴展板FTRF作為CyFi的節點設備使用，同時帶有一個超低功耗的溫度傳感器；而多功能板FTMF中帶有CapSense觸摸傳感器、接近式傳感器、溫度傳感器、光傳感器和紅、黃、藍3個LED燈。本文中僅以CapSense觸摸傳感器為例。