串口通用無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

連柯

【摘 要】 提出一種低成本的通用無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)，配備通用串行接口，可與所有具備通用串口的通信終端相連。系統(tǒng)由射頻收發(fā)器、單片機(jī)和通用串口組成，單片機(jī)用I/O口模擬硬件SPI接口，通過SPI接口連接射頻收發(fā)器，單片機(jī)外接STC232芯片擴(kuò)展通用串行接口，給出了電路設(shè)計(jì)原理和系統(tǒng)應(yīng)用方案，數(shù)據(jù)終端、數(shù)字話機(jī)、低速多媒體終端可通過無線傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)無線通信。

【關(guān)鍵詞】 射頻收發(fā)器 ?單片機(jī) ?串口

【Abstract】 Propose a low-cost design of universal wireless data transmission system with universal serial ports， which can communicate with other terminals by serial ports. The system consists of RF transceiver， single chip and universal serial ports. Single chip microcomputer simulates hardware SPI interface by I/O interfaces and connects RF transceivers. It extends serial ports by STC232 chips. The circuit diagram and application schemes are provided. Point-to-point wireless communications can be achieved between two data terminals， two digital phones， or two low speed multimedia terminals.

【Key words】 RF transceiver ?single chip ?serial port

無線數(shù)據(jù)傳輸具有安裝方便、不需要布線、通信距離遠(yuǎn)、成本低、效率高的諸多優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在野外通信、軍事通信、工業(yè)無線網(wǎng)、智能家居等領(lǐng)域中。本文提出一種低成本的通用無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)，配備通用串行接口，可與所有具備通用串口的通信終端相連，最大無線通信速率可以達(dá)到1Mbit/s。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

串口無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)總體方案如圖1所示，由nRF24L01射頻收發(fā)器實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸，STC232收發(fā)器擴(kuò)展RS232串口，實(shí)現(xiàn)用戶接入，系統(tǒng)中央控制器為STC89C52單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)對射頻收發(fā)器和232收發(fā)器的控制，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存處理。任何具備RS232串口的通信終端都可接入該系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)最高1M bit/s的無線數(shù)據(jù)傳輸。

2 nRF24L01射頻收發(fā)機(jī)

nRF24L01是一款工業(yè)級內(nèi)置硬件鏈路層協(xié)議的低成本單芯片廣播式無線射頻收發(fā)器。該器件工作于2.4GHz全球開放頻段，內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊，其輸出功率和通信頻道可通過程序配置。

nRF24L01結(jié)構(gòu)如圖2所示。通過設(shè)置PWR_UP、CE、CS三個引腳，可使nRF24L01分別工作于接收/發(fā)送模式、配置模式、睡眠模式、關(guān)閉模式。當(dāng)nRF24L01處于接收/發(fā)送模式時，可工作于兩種狀態(tài)：無線射頻模式和直接發(fā)送模式[1][2]。

3 STC89C52單片機(jī)

STC89C52是一種帶8K字節(jié)可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器。該器件采用高密度非易失存儲器制造技術(shù)，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容[3]。

STC89C52單片機(jī)擁有256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計(jì)數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路，是一種價格低廉的通用微處理器。

4 無線模塊與單片機(jī)的連接

單片機(jī)通過6個控制和數(shù)據(jù)信號線與nRF24L01相連接，如圖3所示。其中CSN為芯片的片選線，SCK為SPI時鐘，MISO和MOSI分別為SPI數(shù)據(jù)輸出和輸入，IRQ為可屏蔽中斷信號，CE為芯片模式控制線。CSN、SCK、MISO、MOSI構(gòu)成了nRF24L01的硬件SPI端口。

nRF24L01與單片機(jī)的連接主要是nRF24L01的硬件SPI端口的連接，單片機(jī)可用I/O口P0.1-P0.4模擬硬件SPI口，IRQ和CE分別接單片機(jī)的P0.5和P0.0口。

5 RS232串口的擴(kuò)展

如圖3所示，采用STC232芯片擴(kuò)展一個RS232通用串口，STC232收發(fā)器的TTL/CMOS數(shù)據(jù)輸入端口TIN和數(shù)據(jù)輸出端口ROUT分別與單片機(jī)的TXD（P3.1）和RXD（P3.0）相連接，用于接收和發(fā)送與單片機(jī)之間通信的數(shù)據(jù)，STC232收發(fā)器的RS232端口RIN和TOUT連接在一個標(biāo)準(zhǔn)DB9插座上，插座可與RS232接口的通信終端相連接。

6 無線數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用方案

圖4為串口通用無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的典型應(yīng)用方案，該傳輸系統(tǒng)尚不具備多節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)互通功能，最典型的應(yīng)用是兩個通信節(jié)點(diǎn)之間的點(diǎn)對點(diǎn)無線通信。數(shù)據(jù)終端、數(shù)字話機(jī)、低速多媒體終端可通過RS232串口連接無線傳輸系統(tǒng)，與通信對端的終端進(jìn)行無線通信，其最高無線通信速率為1Mbps。

7 結(jié)語

本文提出的一種串口無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單、通用能力強(qiáng)，所有具備通用串口的通信終端都可以連接此無線傳輸系統(tǒng)從而實(shí)現(xiàn)無線通信?；诖藷o線傳輸系統(tǒng)，用戶可以很方便的實(shí)現(xiàn)無線語音通信、無線數(shù)據(jù)通信、無線視頻傳輸。

參考文獻(xiàn)：

[1]Nordic Semiconductor. nRF24L01 Single Chip 2.4GHz Transceiver Product Specification，2007.

[2]張玉健.基于nRF24L01的無線溫濕度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2012，12（1）：21-23.

[3]宏晶科技.STC89C51RC/RD+系列單片機(jī)中文指南，2005.