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、受地理條件限制少,、安裝靈活等優(yōu)點,，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,、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

　　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,。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

　　該器件外圍的主要電路有以下兩個：

　　(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)換后的信號與計算機(jī)的串口連接,。

　　3 硬件設(shè)計

　　在無法使用有線傳輸?shù)膱龊希捎脽o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?qū)崿F(xiàn),。

　　3．1 單片機(jī)的時鐘電路和復(fù)位電路設(shè)計

　　單片機(jī)時鐘電路設(shè)計中,，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)的時鐘引腳相連構(gòu)成時鐘回路,。在復(fù)位電路設(shè)計中，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

　　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,，由單片機(jī)中的運行控制程序?qū)崟r控制其工作模式,。

　　3．3 PC機(jī)與PTR2000接口電路的設(shè)計

　　該接口電路設(shè)計首先需進(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

　　無線通信系統(tǒng)的軟件設(shè)計包括單片機(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)。

 　　4．1 PTR2000模塊程序設(shè)計

　　單片機(jī)和PC機(jī)端軟件配合設(shè)置PTR2000的狀態(tài)(發(fā)射或接收),，選擇固定的通信頻道1(CS=0),，并讓PTR2000模塊一直處于正常工作狀態(tài)(PWM=1)。無線通信實現(xiàn)過程如下：

　　(1)發(fā)送在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，應(yīng)將PTR2000模塊置于發(fā)射模式,，即TXEN=1,。然后等待至少5 ms后(接收到發(fā)射的切換時間)才可發(fā)射數(shù)據(jù)。發(fā)送結(jié)束后,，應(yīng)將模塊置于接收狀態(tài),，即TXEN=0。

　　(2)接收應(yīng)將PTR2000置于接收模式,，即TXEN=0,。單片機(jī)不發(fā)送的絕大部分時間都處于接收狀態(tài)。當(dāng)單片機(jī)端發(fā)送時,，PC機(jī)端應(yīng)為接收,；當(dāng)PC機(jī)端發(fā)送時，單片機(jī)端應(yīng)為接收,。

　　4．2 串行無線通信協(xié)議設(shè)計

　　無線通信中,，由于外部環(huán)境的干擾，通常誤碼率較高,，因此通信協(xié)議的設(shè)計對保證通信的可靠性十分重要,。協(xié)議的設(shè)計主要是幀結(jié)構(gòu)的設(shè)計，在該無線通信系統(tǒng)中,，存在指令幀和數(shù)據(jù)幀,。數(shù)據(jù)幀的內(nèi)容包括起始字節(jié)、數(shù)據(jù)長度字節(jié),、數(shù)據(jù)字節(jié)、結(jié)束字節(jié)和校驗和字節(jié),，如表2所示,。

　　起始字節(jié)定義為“$”字符，其數(shù)值為0x24,；結(jié)束字節(jié)定義為“*”字符,，其數(shù)值為0x2A。

　　采用校驗和的方法進(jìn)行幀的校驗,，將所有字節(jié)相加,，然后將結(jié)果截短到所需的位長。發(fā)送端對待發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗和計算,，將校驗和值放在數(shù)據(jù)后一起發(fā)送,；在接收端，對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗和計算,，然后與收到的校驗和字節(jié)比較,，進(jìn)行誤碼判斷。

　　對于單片機(jī)，指令幀主要有3種：PC機(jī)發(fā)送給單片機(jī)的請求發(fā)送指令,、錯誤／超時重發(fā)指令,、單片機(jī)發(fā)給PC機(jī)的發(fā)送完畢指令。在該系統(tǒng)設(shè)計中指令幀采用數(shù)據(jù)幀的格式,，將其中的,。數(shù)據(jù)字節(jié)固定為一個字節(jié)，根據(jù)定義的字節(jié)判斷數(shù)據(jù)狀態(tài),。

　　4．3 程序流程

　　單片機(jī)開始需將無線數(shù)據(jù)傳輸模塊PTR2000設(shè)置處于接收狀態(tài),，通過串口中斷識別由PC機(jī)通過無線信道傳輸來的指令，根據(jù)接收指令的內(nèi)容采集數(shù)據(jù)并啟動發(fā)送,。發(fā)送前需將PTR2000模塊設(shè)置為發(fā)射狀態(tài),，且等待5 ms才可發(fā)送，發(fā)送完畢后,，向PC機(jī)端發(fā)送“發(fā)送結(jié)束指令”,，并將PTR2000模塊重設(shè)為接收狀態(tài)。圖4為系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖,。

　　5 結(jié)束語

　　單片機(jī)無線通信系統(tǒng)設(shè)計基于PTR2000無線數(shù)據(jù)傳輸解決方案,，可實現(xiàn)小于300 m的短距離通信，通過實驗驗證該無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)運行良好,，單片機(jī)控制得相當(dāng)準(zhǔn)確,。在應(yīng)用時將系統(tǒng)作為一個模塊可方便地移植，以便構(gòu)建更為復(fù)雜的無線通信網(wǎng)絡(luò),，可應(yīng)用于小型無線網(wǎng)絡(luò),、無線抄表、小區(qū)傳呼,、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),、安全防火系統(tǒng)等領(lǐng)域，具有一定實用價值,。