基于MEGA8的無線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

龍?zhí)咸?/p>

(揚(yáng)州職業(yè)大學(xué)，江蘇揚(yáng)州 225009)

在整個(gè)體能測試系統(tǒng)內(nèi)，無線通信系統(tǒng)非常重要，它大大改變了以往體能測試不能及時(shí)地將各個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送至PC機(jī)進(jìn)行保存的弊端。在以往的各類體育測試中，如需要采集數(shù)據(jù)，需要用U盤到兩臺(tái)以上的數(shù)據(jù)采集終端的存儲(chǔ)器內(nèi)去拷貝，大大浪費(fèi)人力物力，而無線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)解決了人工拷貝的問題，只需要在PC機(jī)上輸入傳送命令，各個(gè)數(shù)據(jù)采集終端就能將測試數(shù)據(jù)傳送至 PC 機(jī)保存了［1］。

1 無線通信系統(tǒng)組成

無線通信系統(tǒng)的組成分為兩個(gè)部分，第一部分為PC機(jī)無線通信系統(tǒng)，第二部分為數(shù)據(jù)采集終端無線通信系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集終端的作用是采集立定跳遠(yuǎn)的距離數(shù)據(jù)，將其保存在24C1024(存儲(chǔ)器)中，通過串口傳輸至數(shù)據(jù)采集終端無線通信系統(tǒng)中，然后通過該無線通信系統(tǒng)傳輸至PC機(jī)無線通信系統(tǒng)中，再通過串口232傳輸至PC機(jī)中保存，立定跳遠(yuǎn)測試系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 立定跳遠(yuǎn)測試系統(tǒng)框圖

2 數(shù)據(jù)采集終端無線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集終端無線通信系統(tǒng)主要分為三個(gè)部分，第一部分為串口連接部分，主要為數(shù)據(jù)采集終端無線通信系統(tǒng)中的MEGA8單片機(jī)的2、3腳直接與數(shù)據(jù)采集終端的STC單片機(jī)的10、11腳相連，這樣 MEGA8就可以從數(shù)據(jù)采集終端的24C1024存儲(chǔ)器中調(diào)用測試數(shù)據(jù);第二部分為無線模塊PTR4000，主要是MEGA8將數(shù)據(jù)傳送至PTR4000中;第三部分為電源。

2.1 串口連接部分

串口連接部分，如圖2所示，是將MEGA8單片機(jī)的PD0、PD1接口通過跳線連接至數(shù)據(jù)采集終端STC單片機(jī)的P3.3、P3.4引腳上，當(dāng)PC機(jī)發(fā)出傳送數(shù)據(jù)命令時(shí)，MEGA8單片機(jī)和STC單片機(jī)發(fā)生通信，STC單片機(jī)從24C1024存儲(chǔ)器中調(diào)出數(shù)據(jù)，然后傳送至MEGA8單片機(jī)，再由其轉(zhuǎn)發(fā)至無線傳輸模塊中。

圖2 串口連接工作原理圖

2.2 無線模塊PTR4000

在圖3中，與MEGA8單片機(jī)相連的為一個(gè)16頭插孔，這些插口為PTR4000的接口，這樣設(shè)計(jì)的目的是將無線模塊獨(dú)立化。PTR4000的工作特性在本文中就不再贅述了。

2.3 電源部分

圖3 無線模塊PTR4000工作原理圖

電源部分如圖4所示，其主要作用是為無線通信系統(tǒng)提供3.3V的電源。因?yàn)镸EGA8供電系統(tǒng)為+5V電壓，超過了無線通信系統(tǒng)的工作電壓，所以專門用一個(gè)穩(wěn)壓塊將+5V的電壓轉(zhuǎn)換為3.3V電壓。

圖4 電源電路工作原理圖

3 PC機(jī)無線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

圖5 PC機(jī)無線通信系統(tǒng)工作原理圖

PC機(jī)無線通信系統(tǒng)也分為三個(gè)部分，其中PTR4000及電源部分與數(shù)據(jù)采集終端系統(tǒng)中的無線通信部分一樣，串口通信部分為串口232通信部分，如圖5所示。當(dāng)PC機(jī)無線通信系統(tǒng)接收到來自數(shù)據(jù)采集終端的信號(hào)數(shù)據(jù)后，需要將數(shù)據(jù)上傳至PC機(jī)的數(shù)據(jù)庫保存，這就需要PC機(jī)和無線通信系統(tǒng)的控制系統(tǒng)MEGA8發(fā)生通信。PC機(jī)用的是串口232，所以需要將TTL電平轉(zhuǎn)化為串口232工作電平，因此在MEGA8串口上面需要加入串口232轉(zhuǎn)化模塊［2］。串口232轉(zhuǎn)換模塊如圖6所示。

圖6 串口232工作原理圖

4 通信協(xié)議

4.1 有線通信協(xié)議

串口232將MEGA8單片機(jī)傳來的信號(hào)做轉(zhuǎn)化，然后通過串口DB9和PC機(jī)相連，上傳至PC機(jī)的格式采用的是教育部統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式類型，因此需要對此格式類型進(jìn)行協(xié)議的定義，主要分為四類:尋址握手協(xié)議、上傳通信協(xié)議、下傳通訊協(xié)議、清除數(shù)據(jù)通訊協(xié)議。在此不做詳細(xì)闡述。通訊指令編碼如表1所示:

表1 通訊指令編碼表

4.2 無線通信協(xié)議

無線通信協(xié)議是兩個(gè)無線傳送模塊中對于數(shù)據(jù)類型的規(guī)定，采用的是自己定義的協(xié)議類型。

4.2.1 PC機(jī)無線通信系統(tǒng)協(xié)議

協(xié)議格式:

F1+一個(gè)字節(jié)的機(jī)器號(hào)

PC機(jī)無線通信系統(tǒng)啟動(dòng)后，MEGA8控制PTR4000發(fā)出廣播的射頻信號(hào)，其格式F1為自定義的首字節(jié)，其后跟上一個(gè)字節(jié)的機(jī)器號(hào)，此機(jī)器號(hào)為數(shù)據(jù)采集終端無線通信系統(tǒng)的號(hào)碼。找到之后，雙方建立通訊。若沒有收到回復(fù)，則尋找下一臺(tái)數(shù)據(jù)采集終端主機(jī)。

F2+一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)采集終端無線通信系統(tǒng)上傳記錄數(shù)

F2也是自定義的首字節(jié)，以和上一個(gè)字節(jié)區(qū)分開來，其后跟上的是需要數(shù)據(jù)采集終端的無線通信系統(tǒng)傳送的記錄序號(hào)，也就是定義了要傳多少組數(shù)據(jù)到PC機(jī)上。

4.2.2 數(shù)據(jù)采集終端無線通信系統(tǒng)協(xié)議

協(xié)議格式:

F1+一個(gè)字節(jié)的本機(jī)機(jī)器號(hào)+一個(gè)字節(jié)的上傳記錄數(shù)+8個(gè)字節(jié)的設(shè)備終端識(shí)別碼

當(dāng)數(shù)據(jù)采集終端無線通信系統(tǒng)接收到PC機(jī)發(fā)來的廣播信號(hào)后，做通信響應(yīng)，響應(yīng)之后向PC機(jī)無線通信系統(tǒng)回傳以上的協(xié)議格式，其中F1為首字節(jié)，8個(gè)字節(jié)的終端識(shí)別碼全為0(默認(rèn)值)。

F2+19個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)記錄

當(dāng)數(shù)據(jù)采集終端的無線通信系統(tǒng)和PC機(jī)的無線通信系統(tǒng)通信響應(yīng)完成后，開始傳送數(shù)據(jù)，其中F2為自定義的首字節(jié)，一個(gè)數(shù)據(jù)記錄為19個(gè)字節(jié)，傳多少條記錄由一個(gè)字節(jié)的上傳記錄數(shù)決定。

5 無線通信系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

圖7 PC機(jī)無線通信系統(tǒng)主程序圖

圖7為PC機(jī)無線通信系統(tǒng)的主程序框圖，實(shí)現(xiàn)了PC機(jī)無線通信系統(tǒng)與PC機(jī)的有線通信、PC機(jī)無線通信系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集終端無線通信系統(tǒng)的無線通信，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集終端系統(tǒng)中數(shù)據(jù)記錄的無線上傳［3］。本小節(jié)中的上位機(jī)指的是PC機(jī)上的無線通信系統(tǒng)，而下位機(jī)指的是數(shù)據(jù)采集終端中的無線通信系統(tǒng)。

圖8是數(shù)據(jù)采集終端無線通信系統(tǒng)的主程序框圖，實(shí)現(xiàn)了與PC機(jī)無線通信系統(tǒng)的無線通信，以及與數(shù)據(jù)采集終端中單片機(jī)的有線通信，完成了數(shù)據(jù)采集終端中數(shù)據(jù)記錄無線傳輸至PC機(jī)的功能要求。

圖8 數(shù)據(jù)采集終端無線通信系統(tǒng)主程序圖

圖9是數(shù)據(jù)采集終端中的無線通信系統(tǒng)與存儲(chǔ)器之間數(shù)據(jù)記錄傳輸?shù)目驁D，主要描述的是有線協(xié)議通信實(shí)現(xiàn)過程。通過此程序可以將數(shù)據(jù)從24C1024傳送給無線通信系統(tǒng)，以及將數(shù)據(jù)從無線通信系統(tǒng)傳送至PC機(jī)。

6 結(jié)語

本文利用無線通信系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù)能夠大大地節(jié)約體能測試過程中的人手，提高測試效率，是電子體能測試儀器的發(fā)展方向。當(dāng)然本文中的設(shè)計(jì)還存在很多不足，如控制部件的快速響應(yīng)，無線傳輸模塊的4G化等?？梢灶A(yù)見，無線傳輸技術(shù)必將應(yīng)用于更加廣闊的領(lǐng)域。

圖9 數(shù)據(jù)采集終端中的無線通信系統(tǒng)與存儲(chǔ)器間數(shù)據(jù)記錄傳輸框圖

［1］付彬.利用nRF－401實(shí)現(xiàn)微機(jī)間無線通信［J］.世界電子元器件，2004(11):15－16.

［2］趙秋，劉國香，孫以材.一種扭矩傳感器的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2006(1):16－17.

［3］王中杰.基于PTR2000的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.電力學(xué)報(bào)，2006(1):25 －26.