基于USB/RS232的無(wú)線通訊終端系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

1.引言

目前儀器設(shè)備多數(shù)采用RS232接口與計(jì)算機(jī)通信，但是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，支持熱插拔的USB標(biāo)準(zhǔn)接口將取代RS232接口，因此計(jì)算機(jī)將越來(lái)越少配置甚至不配置RS232接口。

RS232接口與USB接口雖然都屬于串行接口，但它們的數(shù)據(jù)格式、通信協(xié)議、信號(hào)電平以及機(jī)械連接方式則不同。這樣計(jì)算機(jī)不能控制現(xiàn)有儀器設(shè)備，解決這一問(wèn)題就得把現(xiàn)有的儀器設(shè)備的RS232接口轉(zhuǎn)換成USB接口。實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換可以采用USB/RS232橋接器件如CP2102,CP2103進(jìn)行設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)通過(guò)USB接口虛擬一個(gè)RS232接口，與傳統(tǒng)設(shè)備器件連接，設(shè)備對(duì)計(jì)算機(jī)接口的形式為USB接口。

2.無(wú)線數(shù)據(jù)通訊終端系統(tǒng)的接口設(shè)計(jì)

無(wú)線數(shù)據(jù)通訊終端系統(tǒng)系統(tǒng)包括：CP2102USB轉(zhuǎn)RS232模塊，STM32F103C6T6控制模塊，NRF2401+無(wú)線發(fā)送模塊。結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：

3.無(wú)線數(shù)據(jù)通訊終端系統(tǒng)的選型

Silicon Laboratories公司推出的USB接口與RS232接口轉(zhuǎn)換器CP2102/CP2103是一款高度集成的USB-UART橋接器，提供一個(gè)使用最小化元件和PCB空間來(lái)實(shí)現(xiàn)RS232轉(zhuǎn)換USB的簡(jiǎn)便解決方案。如圖2所示，CP2102/CP2103包含了一個(gè)USB功能控制器、USB收發(fā)器、振蕩器和帶有全部調(diào)制解調(diào)器控制信號(hào)的異步串行數(shù)據(jù)總線(UART)，采用5×5mm MLP-28的封裝。

P2102/CP2103作為USB/RS232雙向轉(zhuǎn)換器，一方面可以從主機(jī)接收USB數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為RS232信息流格式發(fā)送給外設(shè);另一方面可從RS232外設(shè)接收數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為USB數(shù)據(jù)格式傳送至主機(jī)，其中包括控制和握手信號(hào)。

通過(guò)編程設(shè)置UART,支持各種數(shù)據(jù)格式和波特率。在PC機(jī)的COM端口編程設(shè)置UART的數(shù)據(jù)格式和波特率。表1為其數(shù)據(jù)格式和波特率。

NRF24L01+模塊無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，采用Nordic公司的nRF24L01+高性能無(wú)線射頻芯片，以2.4GHz的無(wú)線頻段進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，保證了高速通信質(zhì)量，并且可以在無(wú)線通信協(xié)議上實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的數(shù)據(jù)校驗(yàn)機(jī)制，保證數(shù)據(jù)的可靠通信。NRF24L01+模塊可進(jìn)行本機(jī)地址和發(fā)送地址的配置，可以選擇頻道(0-127)從而實(shí)現(xiàn)頻率的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)多各電子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，即可實(shí)現(xiàn)設(shè)備和設(shè)備之間的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)方便，簡(jiǎn)單。

4.無(wú)線數(shù)據(jù)通訊終端系統(tǒng)的的硬件設(shè)計(jì)

CP2102的外圍設(shè)計(jì)如圖3所示，主控制器電路如圖4所示。

5.無(wú)線數(shù)據(jù)通訊終端系統(tǒng)調(diào)試

PC端軟件設(shè)計(jì)界面如圖5所示。

6.結(jié)束語(yǔ)

本方案利用USB轉(zhuǎn)UART技術(shù)，結(jié)合無(wú)線技術(shù)，為PC與遠(yuǎn)端設(shè)備數(shù)據(jù)通訊提供了一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用的設(shè)計(jì)方案，減少了開(kāi)發(fā)時(shí)間，降低了開(kāi)發(fā)成本，簡(jiǎn)化了外設(shè)口，為外設(shè)提供了5V電源，可用于數(shù)據(jù)傳輸和信號(hào)控制;并為數(shù)據(jù)無(wú)線應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和學(xué)習(xí)提供了一種便捷而廉價(jià)的方法。