CN106604366A - 一种无线网卡 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种无线网卡，包括：带通滤波器、RF收发模块、CPU、自适应滤波器、时钟模块、天线和用于电力供应的电源管理模块；RF收发模块通过天线收发数据后，通过所述带通滤波器过滤杂波后发送至CPU，并通过自适应滤波器进行信号过滤并读取无线信号强度值，当无线网卡接收到睡眠定时命令时，CPU对其所含的寄存器配置为休眠模式，并对时钟模块的休眠时间进行配置。通过自适应滤波器使得数据在无线传输过程中的丢包率大大降低，提高了组网的利用率；同时，通过时钟模块使睡眠定时从毫秒级降低至微秒级，增加了系统的容量，并显著地降低了该无线网卡的睡眠功耗。

Description

一种无线网卡
技术领域
本发明涉及无线通讯设备领域，尤其涉及一种无线网卡。
背景技术
ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、高速率、低成本的双向双向无线通讯技术，主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用，并广泛应用于工业监测中。
ZigBee技术基于IEEE802.15.4通讯协议。由于IEEE802.15.4通信协议的限制，基于这个协议上开发的无线通信协议或硬件平台，都是通过时序的方式来实现系统的定时睡眠双向通信等功能。因此，在复杂环境下，无线电波的反射、衍射等都会影响到数据通信的时间和通信速率的快慢。
另外，工业无线监测环境大多是在偏远的野外或者是难以经常监测的地方，这就对无线网卡的功耗和体积有了苛刻的要求。既要体积小，又要功耗低。IEEE802.15.4是一种用时序来定时睡眠从而达到节约功耗的通信协议，对定时器的精度有较高的要求。
但目前由于功耗和无线传感卡本身的限制，基于ZigBee技术的无线网卡大都使用的是32.768K晶振定时。由于这种电路的精度只能达到10-20ppm，因此极大地降低了时序的利用率。因为现有技术中的时钟精度不高，所以在无线支点数目较少的情况下，只有增加无线网卡工作时间才能保证数据的完整性，但这识别要增加整个儿系统的功耗。
同时，当无线网卡的数目达到一定的数量级且通信频率增大时，网卡所传输或者发送数据的完整性就不能得到有效保障。
有鉴于此，有必要对现有技术中对基于ZigBee技术的无线网卡予以改进，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于公开一种无线网卡，用以解决现有技术中时序利用率低，提高数据传输速率及完整性，并减低无线网卡的功耗。
为实现上述目的，本发明提供了一种无线网卡，包括：带通滤波器、RF收发模块、CPU、自适应滤波器、时钟模块、天线和用于电力供应的电源管理模块；其中，
所述RF收发模块通过天线收发数据后，通过所述带通滤波器过滤杂波后发送至CPU，并通过自适应滤波器进行信号过滤并读取无线信号强度值，
当无线网卡接收到睡眠定时命令时，CPU对其所含的寄存器配置为休眠模式，并对时钟模块的休眠时间进行配置。
作为本发明的进一步改进，该无线网卡还包括分别连接CPU与时钟模块的锁相环反馈电路。
作为本发明的进一步改进，时钟模块与CPU之间，以及CPU与RF收发模块之间的总线形式为I2C。
作为本发明的进一步改进，带通滤波器的过滤带宽为10MHz。
作为本发明的进一步改进，时钟模块为RX8801时钟芯片。
本发明的有益效果是：通过自适应滤波器使得数据在无线传输过程中的丢包率大大降低，提高了组网的利用率；同时，通过时钟模块使睡眠定时从毫秒级降低至微秒级，增加了系统的容量，并显著地降低了该无线网卡的睡眠功耗。
附图说明
图1为本发明一种无线网卡的结构框图；
图2为自适应滤波器对无线信号进行滤波的算法图。
具体实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
请参图1与图2所示出的本发明一种无线网卡的一种具体实施方式。
在本实施方式中，该无线网卡的物理层协议基于Zigbee协议(IEEE802.15.4)，并可广泛应用于工业监测、自动化系统以及物联网设备的接入。
该无线网卡，包括：带通滤波器1、RF收发模块2、CPU3、自适应滤波器4、时钟模块5、天线6和用于电力供应的电源管理模块7。具体的，电源管理模块6通过JTAG接口为RF收发模块2、CPU3、自适应滤波器4、时钟模块5提供电力供应。
RF收发模块2通过天线6收发数据后，通过所述带通滤波器1过滤杂波后发送至CPU3，并通过自适应滤波器4进行信号过滤并读取无线信号强度值，当无线网卡接收到睡眠定时命令时，CPU3对其所含的寄存器配置为休眠模式，并对时钟模块5的休眠时间进行配置。其中，该时钟模块5与CPU3之间的总线形式为I2C，CPU3与RF收发模块2之间的总线形式也可为I2C。
带通滤波器1的过滤带宽为10MHz，并主要用于过滤其所设定的带宽范围之外的杂波，如果带宽太窄则会影响到无线信号的接收灵敏度。过滤后的无线信号通过RF收发模块2发送至CPU3，CPU3通过其所旁路连接的自适应滤波器4对该无线信号进行进一步的数字滤波处理，并主要去除相同波段的其他无线信号的干扰，例如：WiFi信号、无线网卡自身所反射或者迭加锁形成的干扰波，从而提取出准确的功率值。
参图2所示，在本实施方式中，通过IEEE802.15.4自带的信号强度监测的功能，使用其自带的软件对无线信号进行滤波处理计算。其中，X(j)表示j时刻的参考输入；y(j)表示j时刻的输出响应；d(j)表示j时刻的原始输入信号，即所期望的输出响应；e(j)为误差信号＝d(j)-y(j)。
自适应滤波器4的原理为：
根据e(j)的值而自动调节，使之适合下一时刻(j+1)的输入x(j+1)，以使输出y(j+1)更接近于所期望的响应d(j+1)，直至均方误差E[e2(j)]达到最小值。y(j)最佳地逼近d(j)，系统完全适应了所加入的两个外来信号，即外界环境。
为保证信号传输可靠，在收取到远处某个RF无线模块所发送的数据后，通过本实施方式中的自适应滤波器4对该无线信号进行过滤，以提取有用的值；并在过滤时读取无线信号强度值，对使用该方式定位的系统提供更准确的位置。在本实施方式中，该无线网卡还包括分别连接CPU3与时钟模块5的锁相环反馈电路8。优选的，该锁相环反馈电路8为数模混合结构的电荷泵锁相环反馈电路。通过该锁相环反馈电路8提高了时钟模块5获得了更高精度的振荡频率。
具体的，在本实施方式中，该时钟模块5为RX8801时钟芯片或者其他具有中断输出功能的高精度时钟芯片。以RX8801为主的高精度时钟解决方案，更加完美的支持了这种低速率低功耗的无线传感网系统。时钟模块5主要应用于系统睡眠时的定时功能。在系统工作时可以通过CPU3配置本身的寄存器关闭睡眠定时模块，进入工作状态(具体以所使用的CPU内部的寄存器为准)，进行无线网卡与无线网卡之间的通信。当该无线网卡收到睡眠定时命令时，CPU3配置寄存器为休眠模式，以I2C总线形式配置启动该时钟模块5，CPU3通过I/O引脚控制系统其它所有功能都可以完全关闭，因为本发明设计了更低功耗、更准确的定时模块。这样大大降低了无线模块睡眠时的功耗。当设定的时间到达后时钟模块5的定时中断功能将启动，主动唤醒无线网卡的其它部分，例如：RF收发模块1。
在本实施方式中，通过增加自适应滤波器4，可使这种基于IEEE802.15.4的无线网卡在数据传输系统的丢包率大大降低，具体控制在2％以内，并且提高了组网的效率。无线信号通过自适应滤波器4，使得输出信号更加逼近于期望的响应信号，因此系统完全适应了所加入的两个外来信号，即外界环境，通过判断信号强度的方式，最终使得在无线定位方面可以使定位精度控制在2-3米以内。通过时钟模块5及锁相环反馈电路8，可以使无线通信协议从原来的以毫秒级为单位的睡眠定时方式缩短为微秒级，大大提高了无线协议的时序利用率，增加了系统的容量，并且可使无线网卡的睡眠功耗降低到现有技术中的基于ZigBee协议的无线网卡的睡眠功耗的1/3。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种无线网卡，其特征在于，包括：带通滤波器(1)、RF收发模块(2)、CPU(3)、自适应滤波器(4)、时钟模块(5)、天线(6)和用于电力供应的电源管理模块(7)；其中，
所述RF收发模块(2)通过天线(6)收发数据后，通过所述带通滤波器(1)过滤杂波后发送至CPU(3)，并通过自适应滤波器(4)进行信号过滤并读取无线信号强度值，
当无线网卡接收到睡眠定时命令时，CPU(3)对其所含的寄存器配置为休眠模式，并对时钟模块(5)的休眠时间进行配置。
2.根据权利要求1所述的无线网卡，其特征在于，所述无线网卡还包括分别连接CPU(3)与时钟模块(5)的锁相环反馈电路(8)。
3.根据权利要求1所述的无线网卡，其特征在于，所述时钟模块(5)与CPU(3)之间，以及CPU(3)与RF收发模块(2)之间的总线形式为I2C。
4.根据权利要求1所述的无线网卡，其特征在于，所述带通滤波器(1)的过滤带宽为10MHz。
5.根据权利要求1所述的无线网卡，其特征在于，所述时钟模块(5)为RX8801时钟芯片。
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