基于無線傳輸?shù)腜C機(jī)與單片機(jī)之間的雙工串行通信

單片微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，它是將中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器（RAM，ROM）、定時(shí)／計(jì)數(shù)器和各種接口電路都集成到一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)尤其是單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們已越來越多地采用單片機(jī)來對(duì)一些工業(yè)控制系統(tǒng)中如溫度、濕度等參數(shù)進(jìn)行檢測和控制。PC機(jī)具有強(qiáng)大的監(jiān)控和管理功能，而單片機(jī)則具有快速及靈活的控制特點(diǎn)，通過PC機(jī)的RS 232串行接口與外部設(shè)備進(jìn)行通信，是許多測控系統(tǒng)中常用的一種通信解決方案。因此如何實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)之間的通信具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。針對(duì)一些遠(yuǎn)距離控制或者是危險(xiǎn)性比較高的數(shù)據(jù)采集和控制的應(yīng)用情況，本文主要介紹一種用雙工方式實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)之間的串行通信。

1 設(shè)計(jì)方案

為了通過串口實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)間的雙工通信，可有如下設(shè)計(jì)方案。

（1）設(shè)計(jì)方案一：有線傳輸

此方案是指PC機(jī)與單片機(jī)之間通過電纜線傳輸數(shù)據(jù)。有線傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)是性能比較穩(wěn)定，調(diào)試簡單，而不足之處在于它的應(yīng)用范圍不夠廣、性能不夠好，而且傳輸距離受限，這樣就大大影響了系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。

（2）設(shè)計(jì)方案二：無線傳輸

此方案是指PC機(jī)與單片機(jī)通過無線信道傳輸數(shù)據(jù)。無線傳輸?shù)淖畲髢?yōu)勢(shì)是應(yīng)用范圍廣，受距離約束較小，在一定范圍內(nèi)可以不用考慮距離問題，還可以應(yīng)用在一些高溫、危險(xiǎn)的場合。

因此，本文選用無線傳輸方案通過串口來實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)之間的雙工通信。無線傳輸可以用不同的方式來實(shí)現(xiàn)，常用的有紅外方式、藍(lán)牙方式，其他的還有射頻收發(fā)芯片如CC1100，PT2262／2272芯片等。

紅外通信是利用950 nm近紅外波段的紅外線作為傳遞信息的載體，通過紅外光在空中的傳播來傳遞信息，由紅外發(fā)射器和接收器實(shí)現(xiàn)。發(fā)射端將二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)調(diào)制成某一頻率的脈沖序列，經(jīng)電光轉(zhuǎn)換電路，驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管以光脈沖的形式發(fā)送到空中。接收端將接收到的光脈沖轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再經(jīng)解調(diào)和譯碼后恢復(fù)出原二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)。其最大優(yōu)點(diǎn)是：不易被人發(fā)現(xiàn)和截獲，保密性強(qiáng)；幾乎不會(huì)受到電氣、天電、人為干擾，抗干擾性強(qiáng)。此外，紅外線通信機(jī)體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉。不足之處在于它必須在視距內(nèi)通信，且傳播受天氣的影響。

CCll00是一種低成本真正單片的UHF收發(fā)器，為低功耗無線應(yīng)用而設(shè)計(jì)。CCll00構(gòu)建高性能射頻無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)方案應(yīng)用無線通訊模塊采用透明模式進(jìn)行通訊，即所收即所發(fā)，具有通訊距離遠(yuǎn)、低功耗、接口靈活等優(yōu)點(diǎn)，使用者無需編碼和控制。CCll00通信距離（視距）大于300 m，而且能隔墻遙控，操作方便。

綜合上述分析，本文介紹的是采用CCll00收發(fā)器通過串口來實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)之間的雙工無線通信。

2 硬件設(shè)計(jì)

2．1 總體框圖

此雙工無線通信系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示。由于此系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)雙工通信，因此它可分為兩個(gè)通信過程：PC機(jī)（上位機(jī)）通過上位機(jī)程序界面發(fā)送數(shù)據(jù)給單片機(jī)，并送給液晶屏顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)；鍵盤輸入數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)，接著發(fā)送給PC機(jī)，并在PC機(jī)上位機(jī)程序界面上顯示出來。

2．2 實(shí)現(xiàn)電路圖

對(duì)應(yīng)于上述框圖的電路實(shí)物圖如圖2所示。其左右兩個(gè)電路分別對(duì)應(yīng)上述框圖中的左右兩個(gè)部分?？傮w來說，它包括電平轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)處理部分、無線收發(fā)部分（CCll00收發(fā)器）、液晶顯示模塊和鍵盤輸入模塊五個(gè)部分。

（1）電平轉(zhuǎn)換電路

PC機(jī)的串行口采用的是標(biāo)準(zhǔn)的RS 232接口，單片機(jī)的串行口電平是FTL電平，而TTL電平特性與RS 232的電氣特性不匹配，因此為了使單片機(jī)的串行口能與RS 232接口通信，必須將串行口的輸入／輸出電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換。通常用MAX232芯片來完成電平轉(zhuǎn)換。

（2）單片機(jī)部分

單片機(jī)部分包括單片機(jī)、復(fù)位電路和時(shí)鐘電路。它將串口送過來的數(shù)據(jù)傳輸給CC1100收發(fā)器，或者將CCll00收發(fā)器傳送過來的數(shù)據(jù)通過串口給PC機(jī)。單片機(jī)的復(fù)位電路和時(shí)鐘電路是單片機(jī)工作所必需的。

（3）無線收發(fā)部分

無線收發(fā)部分由CC1100收發(fā)器組成，它將接收到的數(shù)據(jù)通過天線發(fā)射出去或從天線接收發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。

（4）液晶顯示模塊

此處選用LCDl602液晶模塊，其內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼。

（5）鍵盤輸入模塊

在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時(shí)，為了減少I／O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個(gè)按鍵加以連接。這樣，一個(gè)端口（如P1口）就可以構(gòu)成4×4=16個(gè)按鍵，比之直接將端口用于鍵盤多出了一倍。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時(shí)，采用矩陣法來做鍵盤是比較好的。矩陣式鍵盤的按鍵識(shí)別方法為行掃描法。此處選用4×4的矩陣鍵盤來輸入O～9的數(shù)字和a～f的字母。

3 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方面包括上位機(jī)程序和單片機(jī)程序的設(shè)計(jì)。上位機(jī)程序要實(shí)現(xiàn)的功能是在電腦上顯示一個(gè)操作界面，它可代替串口調(diào)試工具。

3．1 上位機(jī)程序

上位機(jī)程序可以用VB，VC++等語言來編程，但本方案采用比較方便的C#來編程實(shí)現(xiàn)，其流程圖如圖3所示。

3．2 單片機(jī)程序

單片機(jī)程序主要包括主程序、單片機(jī)發(fā)送子程序、單片機(jī)接收子程序、液晶顯示子程序、鍵盤輸入子程序五部分，均采用C語言進(jìn)行模塊化編程。由于篇幅原因，下面只給出了單片機(jī)發(fā)送子程序和接收子程序，如圖4，圖5所示。

4 測試結(jié)果

測試時(shí)，連接好硬件打開串行口COM1，并設(shè)波特率為9 600 b／s。單片機(jī)發(fā)送字符串“675”給PC機(jī)，其液晶顯示如圖6所示，相應(yīng)的PC機(jī)界面顯示如圖7所示。PC機(jī)發(fā)送“69asd”給單片機(jī)，液晶屏上即可接收到“69asd“，如圖8，圖9所示。測試結(jié)果說明：基于串行口的PC機(jī)與單片機(jī)之間的雙工無線通信是切實(shí)可行的，而且無線傳輸?shù)木嚯x至少可達(dá)到100 m。

5 結(jié)語

采用CCll00收發(fā)器通過串口實(shí)現(xiàn)了PC機(jī)與單片機(jī)之間的雙工無線通信。此系統(tǒng)可應(yīng)用到一些遠(yuǎn)距離控制或者是危險(xiǎn)性比較高的數(shù)據(jù)采集和控制的場合，用于采集溫度、濕度等參數(shù)，還可擴(kuò)展到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)諸如無線抄表、智能家居等系統(tǒng)。