一种多节点无线网络串口透传系统

本方案提出了一种基于IEEE 802.11协议的多节点无线网络串口透传系统,可广泛用在无人机集群飞控,无人车控制等领域。在传统的无线网络串口透传系统中,只能实现2个节点间的串口透传,本方案提出的方案则可以实现数十个甚至100个节点之间的串口透传。

上图是单个无线网络串口节点的硬件设计方案,选用了Qualcomm公司的AR9344 WLAN SoC,利用其内置的IEEE 802.11 MAC/基带/射频建立无线网络,并利用其自身的高速串口与外部设备互联,例如无人机、无人车。由于802.11具备很高的传输带宽,串口的数据量又很小,所以这种方式只会引入很小的传输时延。本方案中,AR9344工作在Adhoc模式下,即对等网络,只要具有相同的信道,信道带宽,SSID,则任意节点都可以实现网络互通,非常便于使用。

上图是射频前端的原理图,选用了Skyworks的SE5004作为功率放大器,通过低通滤波器抑制谐波后送入射频开关,并最终通过天线发送至空间;来自天线的射频信号经过射频开关选通后首先经过带通滤波器选频,筛选出需要的信号,然后送入低噪声放大器的提升信号强度。来自AR9344的发射使能、接收使能信号控制着SE5004及BFP740F的打开与关闭。

多节点无线网络串口透传系统的网络拓补如上图所示。所有组网的节点具有唯一的ID号,控制中心即电脑与串口节点1相连,其他节点与各自的串口设备(2号至N号)相连,所有节点通过无线网络建立了连接,指挥中心可以通过无线网络向任意串口设备发出指令,指令格式如下:

其中源设备号就是节点1,目的设备号是需要接受指令的节点号,指令长度是指此条串口指令的长度,原始串口指令就是控制中心发出的原始控制指令,CRC校验和是此次发送数据的校验值,可以在一定程度上校验数据发送的准确性。

指挥中心发出指令后,无线网络中的所有节点都可以收到,所有节点都会解析此条指令,如果指令中的目的设备号与自身设备号匹配,则将解析出的原始串口指令透传至后端的串口设备;如果指令中的目的设备号与自身设备号不匹配,则放弃,原始串口指令,如下图。