基于無線串口的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

卜彥君 劉志強 田雪 謝一博

摘要：文章對比了無線串口和工業(yè)、生活中常見的無線通信方式，提出構(gòu)建基于無線串口的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。在一定的理論基礎(chǔ)下，進行了真實場景中的單點傳輸和星型組網(wǎng)測試，而且通過編寫程序?qū)崿F(xiàn)了單片機自組網(wǎng)的測試，實驗效果良好。關(guān)鍵詞：無線串口；組網(wǎng)測試；數(shù)據(jù)傳輸

目前常用的無線通信技術(shù)有藍牙，WiFi，ZigBee等[1]，其中藍牙是一種用于替代某些電子設(shè)備上使用電纜或連線的短距離無線連接技術(shù)，傳輸距離約10 m； WiFi與藍牙技術(shù)一樣，同屬于在辦公室和家庭中使用的短距離無線技術(shù)，該技術(shù)使用的是2.4 GHz附近的頻段，傳輸距離約100 m；ZigBee是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通信技術(shù)，傳輸距離約100 m。在考慮敏捷開發(fā)、超長傳輸距離、低功耗、穿透能力等綜合因素時，無線串口有著明顯的優(yōu)勢，所以本課題使用無線串口搭建數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)。

1 工作原理

串口是計算機與外部設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換的重要介質(zhì)，串行通信也因其線路簡單、操作靈活，在工程中有著廣泛的應(yīng)用。無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)就是計算機與無線串口之間的通信鏈路，通過E32-TTL-100模塊，并配以天線，經(jīng)過CP210X驅(qū)動可實現(xiàn)計算機之間數(shù)據(jù)的無線傳輸。其數(shù)據(jù)傳輸流程如圖1所示。

發(fā)送方：計算機上的COM 口與串口調(diào)試助手連接后，通過USB-T2將數(shù)據(jù)以十六進制形式傳給E32-TTL-100無線模塊，模塊根據(jù)當前的工作狀態(tài)，在若干時間片后，將數(shù)據(jù)打包發(fā)送。

接收方：無線串口通過解析比對發(fā)送方的地址和信道，對收到的數(shù)據(jù)進行逐幀校驗，校驗通過的數(shù)據(jù)通過USB-T2傳輸?shù)酱谡{(diào)試助手以文本顯示[2]。

2 工作模式

模塊有4種工作模式，由引腳M0和M1設(shè)置，詳情如表1所示。

3 數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

3.1 單點傳輸

單點傳輸可采用透明傳輸或定向傳輸兩種工作方式，透明傳輸把接收和發(fā)送兩端的串口信道設(shè)置相同即可，定向傳輸需要設(shè)置接收和發(fā)送雙方的地址和信道，同時要設(shè)置模塊的標志位。就是把兩個無線模塊的信道值設(shè)置成相同的，它們就可以進行通信，進而進行數(shù)據(jù)傳輸，達到定點傳輸?shù)哪康摹?/p>

3.2 星型組網(wǎng)

星型組網(wǎng)是一個一主多從的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，用戶可以給每一個從機規(guī)定一個地址和信道，并在發(fā)送數(shù)據(jù)時指定目的地址和信道，收到數(shù)據(jù)的從機判斷地址是否與自身匹配，若不匹配則直接丟棄，若匹配，則作出相應(yīng)的動作。

星型組網(wǎng)測試以內(nèi)蒙古工業(yè)大學金川校區(qū)為例，該校區(qū)包含高大建筑物17棟，占地約0.7 km2，對角線距離分別為584 m和888 m。實驗當天氣候干燥，風速4級，氣溫零攝氏度。實驗時4名同學分別位于校區(qū)的四角，每人手持筆記本和無線串口模塊，就位后我們進行了兩組測試。如圖2右側(cè)所示，兩兩之間互相發(fā)送數(shù)據(jù)，平均延時約0.1s。如圖2左側(cè)所示，一名同學位于學校中心建筑物，其他3名以其為中心輻射在不同的方向，然后進行數(shù)據(jù)傳輸。兩組實驗中每人都能收到其他3人的數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)傳輸延時較低，這表明金川校區(qū)可采用基于無線串口的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)[3-4]。

3.3 單片機自組網(wǎng)

單片機自組網(wǎng)是由PC機、單片機和無線串口組成的一個組網(wǎng)。他們之間是通過PC機把寫好的程序由USB串口下載到單片機里，然后單片機與無線串口通過他們的TXD和RXD相連接而完成通信。下面是單片機自組網(wǎng)通信程序。

（1）串口初始化程序void initSer（）

{

TMOD=TMOD|Ox20；//T1定時器模式，工作方

式2

THl=0Xfd；// 256-（11059200/（32*12*9600））

TLl=0xfd；

SM0=0；//屬于SCON寄存器

SM1=1；//串口工作方式1，10位異步，波特率

可改

REN=1；//允許串口接收

ES=1；//開串口中斷

EA=1；//開總中斷

TR1=1；//啟動定時器

}

（2）發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)void sendChar（uchar Value）

{

SBUF = Value；

sendFlag = 1；//設(shè)置發(fā)送標志位，發(fā)一字節(jié)就置位

while（sendFlag）；//直到發(fā)完數(shù)據(jù)，將sendFlag清零

后，才退出sendChar函數(shù)

}

（3）主函數(shù)void main（void）

{

initSer（）；while ⑴

{

while（receFlag）//單片機串口收到任意數(shù)據(jù)后，開始發(fā)送數(shù)據(jù){

sendStr（）；

receFlag=0；

此單片機自組網(wǎng)首先通過sendStr（）函數(shù)把所要發(fā)送的數(shù)據(jù)發(fā)送到單片機緩沖區(qū)，然后單片機把所收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給無線出口，無線串口分析接收的數(shù)據(jù)，通過和自己先前設(shè)置好的地址和信道進行校驗，正確后，把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給另一個無線串口，然后把收到的數(shù)據(jù)在PC機上的串口調(diào)試助手得以顯示。

4 結(jié)語

本文研究了無線串口的通信方式和工作模式，并在真實環(huán)境中進行了組網(wǎng)測試，實驗中數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，穿透能力強，誤碼率和延時都很低。通過對比實驗前期的準備工作，發(fā)現(xiàn)無線串口確實使用方便，對專業(yè)背景要求較低。

[參考文獻]

[1]金純，羅祖秋.ZigBee技術(shù)基礎(chǔ)及案列分析[M].北京：國防工業(yè)出版社，2008.

[2]薛衛(wèi)強.基于物聯(lián)網(wǎng)的無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與軟件的實現(xiàn)[D].秦皇島：燕山大學，2013.

[3]黃建清，王衛(wèi)星.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)與試驗[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2013（4）：183-190.

[4]楊小牛，褸才.軟件無線電原理與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2001.