基于51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)短距離無線通信

1 引言

短距離無線傳輸具有抗干擾性能強(qiáng)、可靠性高、安全性好、受地理?xiàng)l件限制少、安裝靈活等優(yōu)點(diǎn)，在許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。低功耗、微型化是用戶對當(dāng)前無線通信產(chǎn)品尤其是便攜產(chǎn)品的實(shí)際需求，短距離無線通信逐漸引起廣泛關(guān)注。常見的短距離無線通信有基于802．11的無線局域網(wǎng)WLAN、藍(lán)牙(blueTooth)、HomeRF及歐洲的HiperLAN(高性能無線局域網(wǎng))，但其硬件設(shè)計(jì)、接口方式、通信協(xié)議及軟件堆棧復(fù)雜，需專門的開發(fā)系統(tǒng)，開發(fā)成本高、周期長，最終產(chǎn)品成本也高。因此這些技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)中并未得到廣泛應(yīng)用。普通RF產(chǎn)品不存在這些問題，且短距離無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)成熟，功能簡單、攜帶方便，使其在嵌入式短程無線產(chǎn)品中得到了廣泛應(yīng)用。

2 PTR2000引腳簡介及設(shè)計(jì)

2．1 PTR2000器件引腳功能

PTR2000是基于nRF401器件的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，采用低發(fā)射頻率、高靈敏度設(shè)計(jì)。該器件使用433 MHz頻段，是真正的單片UHF無線收發(fā)一體器件，其工作模式包括工作頻道的設(shè)置和發(fā)送、接收、待機(jī)狀態(tài)，由TXEN、CS、PWM 3個(gè)引腳共同決定，其工作模式設(shè)置如表1所示。

2．2 PrR2000模塊設(shè)計(jì)

該器件外圍的主要電路有以下兩個(gè)：
(1)與單片機(jī)的連接電路單片機(jī)AT89C52的RXD和TXD引腳與PTR2000模塊的DO和DI引腳直接相連。PTR2000的模式控制引腳與單片機(jī)的控制引腳相連。
(2)與PC機(jī)的連接電路采用MAX202器件對PTR2000模塊和計(jì)算機(jī)串口進(jìn)行RS-232和TTL電平轉(zhuǎn)換，將PTR2000與MAX202的輸入和輸出信號連接，轉(zhuǎn)換后的信號與計(jì)算機(jī)的串口連接。

3 硬件設(shè)計(jì)

在無法使用有線傳輸?shù)膱龊?，采用無線數(shù)據(jù)傳輸模塊和單片機(jī)相結(jié)合進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸是較合理的方案。PTR2000利用串口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而單片機(jī)和PC機(jī)均帶有串口，因此，可利用PTR2000作為單片機(jī)和PC機(jī)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線接口，其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

該采集系統(tǒng)主要以AT89C52單片機(jī)為控制處理核心。由它完成對數(shù)據(jù)的采集處理以及控制數(shù)據(jù)的無線傳輸。AT89C52單片機(jī)具有快速8051內(nèi)核、8 KB Flash E2PROM、256字節(jié)RAM。為實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸，采用無限收發(fā)一體數(shù)據(jù)傳送MODEM模塊PTR2000器件，該器件內(nèi)部集成高頻接收、PLL合成、PSK調(diào)制／解調(diào)、參量放大、功率放大、頻道切換等功能，完全符合無線數(shù)據(jù)通信的硬件要求。為降低成本，在最小硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，利用C51高級C語言編程，系統(tǒng)的功能盡可能用軟件程序實(shí)現(xiàn)。

3．1 單片機(jī)的時(shí)鐘電路和復(fù)位電路設(shè)計(jì)

單片機(jī)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)中，選擇晶振頻率11．059 2 MHz，約定PC機(jī)和單片機(jī)的通信速率為9 600 b／s，并選擇相應(yīng)電容與單片機(jī)的時(shí)鐘引腳相連構(gòu)成時(shí)鐘回路。在復(fù)位電路設(shè)計(jì)中，采用復(fù)位引腳和相應(yīng)的電容、電阻構(gòu)成復(fù)位電路。單片機(jī)與PTR2000接口原理電路如圖2所示。

3．2 單片機(jī)與PTR2000接口電路的設(shè)計(jì)

在圖2中，AT89C52單片機(jī)主要完成數(shù)據(jù)的采集和處理，向PTR2000模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，并接收由PC機(jī)通過PTR2000傳送的數(shù)據(jù)。和單片機(jī)相連的PTR2000模塊主要將單片機(jī)的待傳數(shù)據(jù)調(diào)制成射頻信號，再發(fā)送到PC機(jī)端的PTR2000模塊，同時(shí)接收PC機(jī)端的PTR2000模塊傳送的射頻信號，并調(diào)制成單片機(jī)可識別的TTL信號送至單片機(jī)。單片機(jī)的RXD和TXD引腳分別和PTR2000的DO和DI引腳連接，實(shí)現(xiàn)串行數(shù)據(jù)傳輸；決定PTR2000模塊工作模式的TXEN、CS、PWR 3個(gè)引腳分別和單片機(jī)I／O控制口的P2．0～P2．2相連，PTR2000工作時(shí)，由單片機(jī)中的運(yùn)行控制程序?qū)崟r(shí)控制其工作模式。

3．3 PC機(jī)與PTR2000接口電路的設(shè)計(jì)

該接口電路設(shè)計(jì)首先需進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。PC機(jī)的串口支持RS-232標(biāo)準(zhǔn)，而PTR2000模塊支持TTL電平，選擇MAX232器件進(jìn)行兩者間的電平轉(zhuǎn)換，接口電路如圖3所示。PTR2000模塊進(jìn)行串行輸入、輸出，引腳DI、DO通過電平轉(zhuǎn)換器件和PC機(jī)串口相連；PTR2000的低功耗控制引腳。PWR接高電平VCC，即PTR2000固定工作在正常工作狀態(tài)；頻道選擇引腳CS接GND低電平，即采用固定通信頻道1，固定工作在433．92 MHz；PC機(jī)串口的RTS信號控制TXEN引腳，以決定PTR2000模塊何時(shí)為接收和發(fā)射狀態(tài)。PC機(jī)和串口的傳輸速率設(shè)定為9 600 b／s，和單片機(jī)保持一致。

4 軟件設(shè)計(jì)

無線通信系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括單片機(jī)端和PC機(jī)端兩部分，兩部分軟件相互配合，設(shè)置各自的PTR2000模塊的工作狀態(tài)。