基于USB轉UART技術和無線技術實現(xiàn)無線通訊終端系統(tǒng)的設計

1.引言

目前儀器設備多數(shù)采用RS232接口與計算機通信，但是隨著計算機技術的發(fā)展，支持熱插拔的USB標準接口將取代RS232接口，因此計算機將越來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、信號電平以及機械連接方式則不同。這樣計算機不能控制現(xiàn)有儀器設備，解決這一問題就得把現(xiàn)有的儀器設備的RS232接口轉換成USB接口。實現(xiàn)這種轉換可以采用USB/RS232橋接器件如CP2102，CP2103進行設計，計算機通過USB接口虛擬一個RS232接口，與傳統(tǒng)設備器件連接，設備對計算機接口的形式為USB接口。

2.無線數(shù)據(jù)通訊終端系統(tǒng)的接口設計

無線數(shù)據(jù)通訊終端系統(tǒng)系統(tǒng)包括：CP2102USB轉RS232模塊，STM32F103C6T6控制模塊，NRF2401+無線發(fā)送模塊。結構框圖如圖1所示：

3.無線數(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接口轉換器CP2102/CP2103是一款高度集成的USB-UART橋接器，提供一個使用最小化元件和PCB空間來實現(xiàn)RS232轉換USB的簡便解決方案。如圖2所示，CP2102/CP2103包含了一個USB功能控制器、USB收發(fā)器、振蕩器和帶有全部調制解調器控制信號的異步串行數(shù)據(jù)總線（UART），采用5×5mm MLP-28的封裝。

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

通過編程設置UART，支持各種數(shù)據(jù)格式和波特率。在PC機的COM端口編程設置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+模塊無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，采用Nordic公司的nRF24L01+高性能無線射頻芯片，以2.4GHz的無線頻段進行無線數(shù)據(jù)傳輸，保證了高速通信質量，并且可以在無線通信協(xié)議上實現(xiàn)嚴格的數(shù)據(jù)校驗機制，保證數(shù)據(jù)的可靠通信。NRF24L01+模塊可進行本機地址和發(fā)送地址的配置，可以選擇頻道（0-127）從而實現(xiàn)頻率的設置，實現(xiàn)多各電子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，即可實現(xiàn)設備和設備之間的無線數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)方便，簡單。

4.無線數(shù)據(jù)通訊終端系統(tǒng)的的硬件設計

CP2102的外圍設計如圖3所示，主控制器電路如圖4所示。

5.無線數(shù)據(jù)通訊終端系統(tǒng)調試

PC端軟件設計界面如圖5所示。

6.結束語

本方案利用USB轉UART技術，結合無線技術，為PC與遠端設備數(shù)據(jù)通訊提供了一個簡單實用的設計方案，減少了開發(fā)時間，降低了開發(fā)成本，簡化了外設口，為外設提供了5V電源，可用于數(shù)據(jù)傳輸和信號控制;并為數(shù)據(jù)無線應用系統(tǒng)的開發(fā)和學習提供了一種便捷而廉價的方法。

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