多臺(tái)單片機(jī)的通信系統(tǒng),，已有很多資料做了介紹，在這些系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通訊一般采用的是串行通信方式,。串行通信可采用有線與無線兩種方式,，作者根據(jù)單片機(jī)串行通信原理、脈沖編碼調(diào)制(PCM)技術(shù)和紅外無線通信技術(shù),，開發(fā)設(shè)計(jì)了單片機(jī)編解碼紅外無線通信接口,。用該接口構(gòu)成的新型無線抄表系統(tǒng)，利用紅外線這種非電信號(hào)作為傳輸介質(zhì),，來傳送數(shù)據(jù)信息,，可以在那些不適合或不方便架設(shè)電纜線及電磁干擾較強(qiáng)的工作環(huán)境，來實(shí)現(xiàn)單相電度表的抄表系統(tǒng),，完成電度表用電量的抄錄,、設(shè)置表底數(shù)、電度表校準(zhǔn)等工作,。本文就利用單片機(jī)紅外通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)無線抄表系統(tǒng)做一介紹,。

       1．紅外線通信原理

       在抄表機(jī)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信采用一對(duì)多的主從模式,，利用波長為940μm的遠(yuǎn)紅外波通信,。其原理示意圖如圖1。主機(jī)（即抄表機(jī)單片

機(jī)）負(fù)責(zé)發(fā)送從機(jī)（即電度表單片機(jī)）地址,、控制命令及調(diào)度,，從機(jī)則負(fù)責(zé)收集現(xiàn)場信息，進(jìn)行一定的數(shù)據(jù)處理,，根據(jù)主機(jī)的要求返回?cái)?shù)據(jù),，并執(zhí)行主機(jī)發(fā)出的命令。抄表機(jī)單片機(jī)與電度表單片機(jī)之間的信息交換是通過串行通信來實(shí)現(xiàn),。在采用主從式多機(jī)串行通信系統(tǒng)中,，從機(jī)不主動(dòng)發(fā)送命令或數(shù)據(jù)，一切都由主機(jī)控制,。由于發(fā)送和接收共用同一物理信道因此在任意時(shí)刻只允許一臺(tái)從機(jī)處于發(fā)送狀態(tài),，其余的從機(jī)不能發(fā)送。只有被主機(jī)呼叫的從機(jī)才能占用總線,，對(duì)主機(jī)做出應(yīng)答。

       每臺(tái)從機(jī)均分配有一個(gè)唯一的從機(jī)地址,，主機(jī)與從機(jī)通信時(shí),，主機(jī)先呼叫某從機(jī)地址,，喚醒被叫從機(jī)后，主,、從兩機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,，而未被呼叫的從機(jī)則繼續(xù)處于等待狀態(tài)。主機(jī)發(fā)送的信息可以傳到多個(gè)從機(jī)或指定的從機(jī),，各從機(jī)發(fā)送的信息只能被主機(jī)接收,。為了完成上述功能需通過設(shè)置單片機(jī)的串口控制寄存器SCON來實(shí)現(xiàn)，在此將單片機(jī)設(shè)置在工作方式3,，即SM0=1,、SM1=1。

       通信的數(shù)據(jù)格式為每幀11位,，包括1位起始位,、8位數(shù)據(jù)位、1位奇偶校驗(yàn)位和1位停止位,；片內(nèi)定時(shí)器T1作為波特率發(fā)生器,，選擇傳送的波特率為1200bps，則定時(shí)器T1的初值應(yīng)設(shè)置為TL1=TH1=E8H,，另外應(yīng)禁止定時(shí)器T1中斷,，以免因定時(shí)器T1溢出而產(chǎn)生不必要的中斷錯(cuò)誤。當(dāng)主機(jī)發(fā)送一幀地址信息時(shí),，應(yīng)保持這幀數(shù)據(jù)的第9位TB8為“1”,；發(fā)送一幀數(shù)據(jù)信息時(shí)，應(yīng)保持這幀數(shù)據(jù)的第9位TB8為“0”,，所有從機(jī)最初均處于接收狀態(tài),，即SM2=1狀態(tài)，當(dāng)接收的一幀數(shù)據(jù)的9位為1,，所有從機(jī)均產(chǎn)生中斷,，接收這一幀地址數(shù)據(jù)并與各自的從機(jī)地址進(jìn)行比較，以判斷主機(jī)是否要與本機(jī)通訊,。接收到的地址數(shù)據(jù)與從機(jī)地址相等的為被呼叫從機(jī),，該從機(jī)將串行口控制寄存器SCON中的控制位SM2清0，去接收主機(jī)發(fā)來的數(shù)據(jù)幀（數(shù)據(jù)幀的第9位為0）,，此時(shí)不管接收到的第9位數(shù)據(jù)是否為1,，都要產(chǎn)生串口中斷，保證了主機(jī)與被叫從機(jī)間的正常數(shù)據(jù)通訊,。通訊結(jié)束后,，該從機(jī)又重新將串行口控制寄存器SCON中的控制位SM置為1，為下一次與主機(jī)進(jìn)行通訊做好準(zhǔn)備。其它從機(jī)則一直在SM2=1下繼續(xù)自己的等待,，不會(huì)受到其它從機(jī)與主機(jī)通訊的干擾,。                                                                 

       在通信協(xié)議中規(guī)定：

       （1）單片機(jī)以方式3進(jìn)行通信，一幀數(shù)據(jù)的第9位為“1”代表地址幀,，為“0”代表數(shù)據(jù)幀,。

      （2）設(shè)定通信波特率為1200bps。迎訪問無由電子開發(fā)網(wǎng)（技術(shù)文章 在線閱讀 在線商城

      （3）00H是以地址幀形式發(fā)送的一條對(duì)所有從機(jī)起作用的控制命令,，命令各從機(jī)恢復(fù)SM2=1,，等待接收狀態(tài)。

       （4）主機(jī)與從機(jī)的聯(lián)絡(luò)過程為,；

       主機(jī)下發(fā)地址幀,，被呼叫從機(jī)向主機(jī)返回地址幀，以便主機(jī)確定與從機(jī)聯(lián)絡(luò)上了,。

       主機(jī)下發(fā)控制命令,，從機(jī)根據(jù)命令或接收主機(jī)的數(shù)據(jù)塊，或向主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)塊,。

       （5）主機(jī)發(fā)送的控制命令代碼為：

       AAH：設(shè)置表底數(shù),；BBH：讀取表數(shù)；CCH：開表設(shè)置,；DDH： 關(guān)表設(shè)置

       EEH：校驗(yàn)出錯(cuò),；EDH：傳送結(jié)束符。

       （6）數(shù)據(jù)塊組成格式為：數(shù)據(jù)塊最后一幀為結(jié)束符EDH,，結(jié)束符之前本數(shù)據(jù)塊內(nèi)容可以是操作碼幀,、地址碼幀和數(shù)據(jù)幀。

       為了實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信,，所有發(fā)射電路的振蕩頻率和所有的接收電路的振蕩頻率都必須調(diào)整一致,，為保證正常通信，防止自己發(fā)自己接,，數(shù)據(jù)傳送方向必須為半雙工傳送,，收發(fā)器在發(fā)射時(shí)，必須屏蔽自己的接收中斷,，發(fā)射結(jié)束后再開放中斷,。

       多機(jī)通信過程為：

       （1）所有從機(jī)的SM2=1，處于地址幀接收狀態(tài),。

       （2）主機(jī)發(fā)送一幀地址信息,，其中包含8位地址，第9位為“1”,，與所需的從機(jī)進(jìn)行聯(lián)絡(luò),。

       （3）從機(jī)接收到地址信息后,，各自將其與自己的地址相比較；對(duì)于地址相符的從機(jī)使RI=0,，TB8=1,，發(fā)送自身地址，并使SM2=0,，TI=1，以等待接收主機(jī)隨后發(fā)來的所有信息,；對(duì)于地址不相符的從機(jī)仍保持SM2=1狀態(tài),，對(duì)主機(jī)隨后發(fā)來的數(shù)據(jù)不理睬直至發(fā)送新的一幀地址信息。

       （4）主機(jī)接收到地址后將SCON第9位TB8清“0”,，然后進(jìn)行地址校對(duì),，若地址校對(duì)通過，說明從機(jī)已經(jīng)聯(lián)絡(luò)上,，發(fā)送進(jìn)一步的通信控制命令信號(hào),；地址校對(duì)出錯(cuò)，說明從機(jī)沒有聯(lián)絡(luò)上,，發(fā)送結(jié)束本次通信命令,，修改SCON第9位，,，將TB8置“1”,。主機(jī)向被尋址的從機(jī)發(fā)送控制指令與數(shù)據(jù)，一幀數(shù)據(jù)的第9位為“0”,，表示發(fā)送的是數(shù)據(jù)或控制指令,。

       （5）被叫從機(jī)接收到命令后進(jìn)行命令分析，收集現(xiàn)場信息,，進(jìn)行一定的數(shù)據(jù)處理,，根據(jù)主機(jī)的要求返回?cái)?shù)據(jù)，并執(zhí)行主機(jī)發(fā)出的命令,。若為結(jié)束通信的命令,，則立即置ＳＭ2=1，結(jié)束本次通信,，等待下一次通信,，否則執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，對(duì)于要求返回信息的命令,，置TB8=0,，返回正確的響應(yīng)信息后置SM2=1，恢復(fù)其只接收地址幀數(shù)據(jù)狀態(tài),。

       （6）主機(jī)接收結(jié)束通信命令的返回信息后修改SCON第9位,，將TB8置“1”，準(zhǔn)備進(jìn)行下一輪的通信。

       2．硬件構(gòu)成

       主要包括紅外發(fā)射電路和紅外接收電路兩部分：

       紅外發(fā)射電路

       在紅外數(shù)據(jù)傳輸?shù)男盘?hào)調(diào)制方式上,，采用脈沖調(diào)制的二進(jìn)制不歸零碼,。這種調(diào)制方式比較簡單，編碼解碼都比較方便,，有利于電路簡化,。紅外發(fā)射電路如圖2所示。

        由455KHZ的晶振CRY,，反相器74HC04及電阻,、電容構(gòu)成的振蕩器產(chǎn)生455KHZ的方波信號(hào)。經(jīng)脈沖分頻器74LS92,，六分頻成為75.83KHZ的脈沖信號(hào),。再經(jīng)過D觸發(fā)器構(gòu)成的2分頻/整形電路變成38KHZ的方波信號(hào)。由單片機(jī)的異步串行口TX輸出的串行數(shù)據(jù)信號(hào),，送到與非門74HC00的輸入端,。與非門的另一輸入端接38KHZ的載波信號(hào)。與非門的輸出信號(hào)用來控制三極管的開通或關(guān)斷,，從而控制紅外發(fā)射管發(fā)送信息,。這樣就達(dá)到了用串行口TX輸出的串行數(shù)據(jù)信號(hào)直接調(diào)制載波，進(jìn)行紅外數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康?。發(fā)射電路的調(diào)制采用的是時(shí)分制幅度鍵控調(diào)制方式,。因單片機(jī)在復(fù)位后，TXD腳為高電平,，為滿足同步的要求,，采用低電平同步脈沖，經(jīng)與非門(Ｕ3)后變成高電平同步脈沖,。所以單片機(jī)TXD發(fā)送的編碼應(yīng)是反碼,。

       紅外接收電路

       設(shè)計(jì)中采用一種高效能的紅外接收器——德律風(fēng)根TFMS5380。德律風(fēng)根所開發(fā)的微型接收器TFMS5380是近期市場上最高效能的紅外接收器,。同一組件內(nèi)已裝上了接收二級(jí)管和前置放大器,。TFMS5380特點(diǎn)：(1)單一的接收器和前置放大器的組合。(2)超敏感度和傳送距離,。(3)內(nèi)置PCM頻率過濾器,。(4)無外置組件需要。(5)特強(qiáng)光及電場干擾屏蔽,。(6)TTL及CMOS兼容,，適用于微處理器操作控制。(7)可選頻率由30KHZ至56KHZ,。(8)低功耗,。(9)ISO9000認(rèn)可,。TFMS5380適用于數(shù)據(jù)傳送、電視機(jī),、錄像機(jī),、組合音響及衛(wèi)星接收器等。TFMS5380的內(nèi)部框圖及構(gòu)成的接收電路,。如圖3所示,。

       該接收電路要求被接收的紅外光波長在950μm左右，被調(diào)制信號(hào)的脈沖寬度不小于600μs,。TFMS5380的應(yīng)用電路非常簡單,。實(shí)驗(yàn)證明，TFMS5380的性能良好,，完全可以滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰3C2410 ARM9開發(fā)板800元 SOC開發(fā)平臺(tái)360元 豪華單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)498元 單片機(jī)學(xué)習(xí)板138 無線nRF-9E5模塊100元 51單片機(jī)試驗(yàn)開發(fā)板238元 Genius NSP通用編程器260元 Mini ARM Debugger330元 LABTOOL-48UXP2800元 S3C2410 ARM9開發(fā)板800

       3．軟件設(shè)計(jì)

       該系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括手持抄表器主機(jī)軟件和電度表端從機(jī)軟件兩部分,。在本設(shè)計(jì)中手持抄表器單片機(jī)發(fā)送字符與接受字符均采用查詢方式,，發(fā)送前先讀取通信狀態(tài)寄存器，查詢發(fā)送保持寄存器空否,，接收前先讀取通信狀態(tài)寄存器,，查詢一幀數(shù)據(jù)收完否。電度表單片機(jī)采用中斷方式,，即接收到地址幀后就進(jìn)行串行口中斷申請(qǐng),，中斷響應(yīng)后，進(jìn)入中斷服務(wù)程序,。

       手持抄表器軟件設(shè)計(jì)：

       在紅外通信過程中,，手持抄表器作為主機(jī)，是通信的發(fā)起者,，其發(fā)送和接收都是主動(dòng)的,，它的具體工作過程為：不斷掃描鍵盤，若發(fā)現(xiàn)有命令鍵按下,，則調(diào)用發(fā)送子程序發(fā)送相應(yīng)的操作命令,，發(fā)送結(jié)束后即啟動(dòng)接收子程序，以接收電度表回送的信息,，然后對(duì)接收到的信息進(jìn)行后續(xù)處理,。手持抄表器通信程序包括初始化子程序和串行通訊程序，其流程如圖4所示,。

       初始化子程序SP-INIA,，主要是對(duì)通訊波特率及方式的設(shè)置，程序源代碼如下：

       SP_INIA：MOV TMOD,，#20H  ,；選擇定時(shí)器T1模式2,，計(jì)時(shí)方式

       MOV TH1，#0E8H  ,；預(yù)置時(shí)間常數(shù)

       MOV TL1,，#0E8H 

       CLR  ET1       ；禁止定時(shí)中斷

      SETB TR1       ,；啟動(dòng)計(jì)時(shí)器

       MOV PCON,，#80H  ；SMOD=1

       MOV SCON,，#0D8H  ,；方式3，SM2=0,，REN=1,，TB8=1

       SETB EA  ；開總中斷

       SETB ES  ,；開串口中斷

       RET

       抄表機(jī)串行通訊程序略,；

       電度表端軟件設(shè)計(jì)：電度表端作為從機(jī)，其軟件程序包括主程序和中斷服務(wù)程序,，流程圖如圖5所示,；

       主程序源代碼為：

       ORG 0023H

       LJMP SUB_COM ；串口中斷服務(wù)程序入口

       ORG 0050H

       SM_COM：LCALL SP_INIB  ,；調(diào)串口初始化子程序

       MOV 08H,，#50H ；選工作寄存器區(qū)1

       MOV 09H,，#60H

       SETB EA   ,；開總中斷

       SETB ES   ；開串口中斷

       LOOP：SJMP $  ,；等待中斷

       SP_INIB：MOV TMOD,，#20H  ；選擇定時(shí)器T1模式2,，計(jì)時(shí)方式

       MOV TH1,，#0E8H

       MOV TL1，#0E8H

       CLR  ET1

       SETB TR1

       MOV PCON,，#80H

       MOV SCON,，#0F0H ；方式3,，SM2=1,，REN=1

       RET

       中斷服務(wù)程序：限于篇幅，略,。

       4．結(jié)束語

       本文介紹的應(yīng)用于電度表抄表系統(tǒng)中單片機(jī)紅外串行通信接口,，具有硬件電路簡單,、成本低廉、編程方便,、通信可靠性高的特點(diǎn),。利用手持抄表器可以方便地完成對(duì)電度表的抄錄和校準(zhǔn)等工作，大大提高了抄表工作的效率,，而且抄表準(zhǔn)確度高并杜絕了估抄和誤抄的問題,。本文提出的通訊協(xié)議能夠在多臺(tái)單片機(jī)間安全地傳送數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了通信雙方非接觸式的數(shù)據(jù)傳送,，也可用于其他遙控,、遙測的單片機(jī)應(yīng)用場合。