無線收發(fā)PTR2000

1、基于AT89C52單片機實現(xiàn)短距離無線通信2009年12月10日10:55 電子設(shè)計工程作 者：韓改寧 趙娟 段群1引言短距離無線傳輸具有抗干擾性能強、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

2、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。X 1 PTR2000工作橫式設(shè)TXENCSPWH工作頻道號芯片狀態(tài)09攝收0112接收11

3、發(fā)送1112發(fā)送XX0待機2. 2 PrR2000模塊設(shè)計該器件外圍的主要電路有以下兩個：(1)與單片機的連接電路單片機 AT89C52的RXD和TXD引腳與PTR2000模塊的DO和DI弓I腳 直接相連。PTR2000的模式控制引腳與單片機的控制引腳相連。與PC機的連接電路采用 MAX202器件對PTR2000模塊和計算機串口進行 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的串口連接。3硬件設(shè)計在無法使用有線傳輸?shù)膱龊?，采用無線數(shù)據(jù)傳輸模塊和單片機相結(jié)合進行數(shù)據(jù)傳輸是較合理的方案。PTR2000利用串口進行數(shù)據(jù)傳輸，而單片機和PC

4、機均帶有串口，因此，可利用PTR2000作為單片機和PC機之間數(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。數(shù)據(jù)采集單片機線輸塊無傳模線輸塊天傳模PC 機圖1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖PTR2000VSSVCCH/vppXTALOXTKL1RESETP3.6<WR1P3. 7 (RDIpi i( irrn > Pl s i TnTT )P嘉 4 ( TO) pj, 5 <n)該采集系統(tǒng)主要以 AT89C52單片機為控制處理核心。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)

5、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單片機的時鐘電路和復(fù)位電路設(shè)計單片機時鐘電路設(shè)計中，選擇晶振頻率11. 059 2 MHz ,約定PC機和單片機的通信速率為 9 600b/s，并選擇相應(yīng)電容與單片機的時鐘引腳相連構(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。單片機與PTR2000接口原理電路如圖 2所示。Pl.

6、 0 (T2 I P6 0Pl.l (T2EX) PU 】 PL 2P0.2Pl. 3POdPlP0Pl. 5P0+ 5pf i 89CS2 POMPk 7POJP20 F2I P2. 2P2. 3P2. 4P2. 5P2MF2J(UD>P10 (TXD) F3. 1 ALE(PROG)PSEN圖2中片機與PTR2000接口原理圖3. 2單片機與 PTR2000接口電路的設(shè)計在圖2中，AT89C52單片機主要完成數(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機通過PTR2000傳送的數(shù)據(jù)。和單片機相連的PTR2000模塊主要將單片機的待傳數(shù)據(jù)調(diào)制成射頻信號，再發(fā)送到PC機端

7、的PTR2000模塊，同時接收 PC機端的PTR2000模塊傳送的射頻信號，并調(diào)制成單片機可識別的TTL信號送至單片機。單片機的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 I/ O控制口的P2. 0P2. 2相連，PTR2000工作時，由單片 機中的運行控制程序?qū)崟r控制其工作模式。3. 3 PC機與PTR2000接口電路的設(shè)計該接口電路設(shè)計首先需進行電平轉(zhuǎn)換。PC機的串口支持 RS-232標(biāo)準(zhǔn)，而PTR2000模塊支持TTL電平，選擇MAX232器件進行兩者間的電平轉(zhuǎn)換，接口電

8、路如圖3所示。PTR2000模塊進行串行輸入、輸出，引腳DI、DO通過電平轉(zhuǎn)換器件和 PC機串口相連；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機和串口的傳輸速率設(shè)定為9 600 b/s,和單片機保持一致。710HAX2O2WFJj1C1 + Cl-C2+C2-tl12| IOmF(S00 P1VLTP轉(zhuǎn)IXEiHH0. m FgF567PTR2OOOo v

9、cc圖3 PC與PTR2000接rj原理圖4軟件設(shè)計無線通信系統(tǒng)的軟件設(shè)計包括單片機端和PC機端兩部分，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)計單片機和PC機端軟件配合設(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PTR

10、2000置于接收模式，即 TXEN=0。單片機不發(fā)送的絕大部分時間都處于接收狀態(tài)。當(dāng)單片機端發(fā)送時，PC機端應(yīng)為接收；當(dāng) PC機端發(fā)送時，單片機端應(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。也曲字節(jié)數(shù)抿快度字節(jié)I.KJN數(shù)據(jù)字怖校瞄和字節(jié)17 1V1字節(jié)i字節(jié)1字節(jié)起始字節(jié)定義為"rdquo;字符，其數(shù)值為0x24;結(jié)束字節(jié)定義為"*

11、”字符，其數(shù)值為0x2A。 采用校驗和的方法進行幀的校驗，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)進行校驗和計算，然后與收到的校驗和字節(jié)比較，進行誤碼判斷。對于單片機，指令幀主要有 3種：PC機發(fā)送給單片機的請求發(fā)送指令、錯誤/超時重發(fā)指令、 單片機發(fā)給PC機的發(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。圖4 基于草片機的PTR20