作者:聂光义摘要:具体介绍无线通信在各种通信系统中的应用,单片机MCU与无线收发模块的硬件接口设计,点对多点无线通信协议的编写,点对多点无线通信系统打包与解包的软件设计。为无线通信系统的软硬件设计提供了可靠的解决方案。要害词:无线通信协议通用串行总线中心监控远程终端引言现代世界是一个高速自动化的世界,各种各样的设备除了可以与计算机联机外,还可以互联机,而最简单的自动化联机方式就是使用串行通信。随着时代的进步,它并没有被取代,后倒是逐渐被广泛应用。如今,在许多场合有线连接的方式已经不能满足科技的高速发展。无线技术正以一种快速的速度进入许多产品,它与线相比主要有成本低,携带方便,省去有线布线的烦恼;非凡适用于手持设备的通信、电池供电设备、遥控、遥测、小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线标签身份识别、非接触RF智能卡、小型无线数据终端、安全防火系统、无线遥控系统、生物信号采集、水文气象监控、机器人控制、无线232数据通信、无线485/422数据通信、无线数字语音、数字图像传输、智能小区不停车收费、银行智能回单系统等。在如此多的无线系统应用中,无线通信的协议自然显得非凡重要。无线通信协议的好坏直接关系到系统的安全性、误码率以及系统运行的速度。本文以上海桑博科技有限公司的STR-2无线收发模块为例,具体介绍无线收发模块与各种单片机的硬件接口设计,点对多点无线通信协议的数字打包格式、解包程序以及相关软件设计。1系统概述1.1链状点对多点系统图1所示的系统是由一台中心监控设备CMS(CentralMonitoringSystem)和多台远程终端设备MRTU(MultipleRemoteTermialUnit)构成的点对多点的多任务无线通信系统。在中心监控设备CMS与远程终端RTU(RemoteTermialUnit)之间用多台中转设备Tran作为中转站,以便起到暂存数据和延伸距离的作用。中转站之间,以单向通信方式进行传递数据。(1)适用范围*传输距离远的多点多任务数据采集;*条件恶劣、干扰大、多点多任务数据采集;*对时间要求不高的各种复杂无线数传;*智能小区水、电、煤、暧气集中抄表系统,各种远程集中按防报警系统等。(2)协议数据包格式协议的第一件事就是能够识别噪志和有效数据。噪声是以随机字节出现的,没有明显的结合方式;噪声源可以产生任意字节的组合。在无线通信的过程中,最好能通过一种协议有效地抑制噪声的产生。通过测试和试验发现,0xFF后跟0xAA、0x55在噪声中不轻易发生。传输协议应该在数据包前加开始字节,0xFF后跟0xAA、0x55发送协议的开始应该是一个任意内容的字节(这是因为第一个字节的数据在发送时轻易丢失),然后是0xFF后跟一个0xAA、0x55;接收协议规定只接收以0xFF后跟0xAA、0x55开始的包,于是就可以很方便地把以上系统的数据包格式定为:Lead为引导字节Leader1=0xFF;Leader2=0xAA;Leader2=0x55;Header为数据包的命令字节,由此确定数据包的类型;Length为数据包包含的Length字节之后的所有字节的长度;HostID为主机地址;Local为本地机地址;Destination为目标地址;Unit为RTU地址字节;Data为数据包字节;Checksum为校验字节。1.2星状点对多点通信图2系统是由一台中心监控设备CMS和多台远程终端设备MRTU构成的点对多点多任务无线通信系统。在中心监控设备CMS与每一台远程终端RTU都以双向通信方式进行传递数据;非凡适用于数据量大,对时间要求较高的场合。(1)适用范围*传输距离较近的地方;*条件恶劣、干扰大的地方;*对时间要求高、数据量大的场合;*智能小区水、电、煤、暧气集中抄表系统,各种远程集中安防报警系统等;*智能家用集中控制系统;*工业测控、工业数据采集;*医疗器械、健身器材;*数据仓库、智能商场超市导购;*餐饮无线点菜系统;*PDA无线数传;*水纹气象监控;*生物信号采集;*油田环境监控;*银行智能回单系统等。(2)协议数据包格式根据图2可以把系统的数据包格式定为:Lead为引导字节Leader1=0xFF;Leader2=0xAA;Leader2=0x55;Header为数据包的命令字节,由此确定数据包的类型;Length为数据包包含的Length字节之后的所有字节的长度;Unit为RTU地址字节;Data为数据包字节;Checksum为校验字节。2硬件设计上海桑博电子科技有限公司STR-2RF模块的核心部分为nRF401,外加精心设计的内置天线,具有体积小(37mm×47mm),功耗低的特点;传输距离为200m,最大传输速率为20kb/s;外围接口电路简单,可直接与单片机的通用串行口(UART)口连接。图3所示为硬件框图。STR-2RF引脚功能如下:VCC——正电源,接2.7~5.25V;CS——频道选择,CS=0为选择工作频道1(即433.92MHz),CS=1为选择工作频道2(即433.33MHz);DOUT——数据输出,连接MCU串口RXD;DIN——数据输入,连接MCU串口TXD;GND——电源地;PWR——节能控制,PWR=1为正常工作状态,PWR=0为低功耗状态;TXN——发射接收控制,TXN=1时模块为发射状态,TXN=0时模块为接收状态;3软件设计在系统中,所有STR-2RF模块均采用433.92MHz作为系统工作频率。下面以星状点对多点通信系统为例,具体介绍系统的软件设计。(1)主程序设计为了避免同频干扰的问题,系统采用时分TDMA(TimeDiveisionMultipleaccess)技术,把系统CMS与任意一台RTU之间的通信采用时分的方式分开,CMS通过扫描的方式与各台RTU设备进行单台通信,这样系统中的CMS与RTU的通信方式就成为点对点的通信方式。整个点对多点系统的通信就成为若干个点对点通信的组合。程序采用C51单片机语言编写,其主控程序流程如图4、图5所示。(2)打包与解包协议将主要数据分割成一定格式的数据,并增加一些额外的信息(用于纠错),这个过程叫打包;在接收端协议去掉这些额外信息,只留下初始信息,这个过程叫解包。打包程序如解包程序见网络补充版()。解包子程序流程如图6所示。结语本文中的无线硬件设计、软件设计解决方案已被多次运用于多种产品、多种系统。目前各种产品、系统运行稳定,无线通信误码率低、可靠性高、安全性好。文中的软、硬件设计方案,可适用于各种单片机,对于无线通信技术在我国推广和广泛的运用有着重要的参考价值。