短距离无线传输系统设计调研

【绘芯滑轨屏推荐】在一些特殊的应用场合，单片机通信不能采用串行总线、CAN总线等有线数据传输方式，而是需要采用短距离的无线数据传输方式。

我要做的毕业设计是用单片机实现短距离的无线传输。它是一种基于专用无线传输芯片的短距离无线数据传输。其实现是用51单片机作为终端进行现场数据采集。单片机在此起着数据采集器的作用。它一方面实时进行数据采集，另一方面单片机将采集的数据通过无线传输模块伟送到PC机，从而实现短距离无线传输系统的设计。

2、 选题依据及意义

　随着网络及通信技术的飞速发展 ,人们对无线通信的需求越来越大 ,也出现了许多的无线通信协议。其主要的短距离无线传输技术有：

红外技术(IR)：这是所有技术中成本最低的，但它的工作距离也最短，只能在视距以内，而且中间不能有障碍物。其数据率为16Mbps。

ISM无线技术：这些价廉的芯片工作在315、433和902到928MHz频段。还有大量同样价廉的模组，但没有标准协议。

蓝牙技术：这种快速(达3Mbps)低成本技术的典型使用距离在10到100米间。它已高度成熟，具有多种规范，并能提供PAN ad-hoc(非网状结构)联网能力。

Wi-Fi：也叫做802.11a/b/g，它的应用领域广泛。尽管比较昂贵，但Wi-Fi具有达54Mbps的极高数据率和最大的覆盖范围(100米)。Wi-Fi收发器的功耗较大，集成到网状网络也比较困难。

ZigBee：这是最新技术。它选择了低数据率(至250kbps)来换取极低功耗和固有网状能力。目前正式规范尚未出笼，但已在开发之中。随着批量的逐步增加，其价格将下降。在所有无线技术中，它的潜力最大。

UWB：超宽带现在已有芯片和模组产品。它的速度极高(100到480Mbps)，但覆盖距离很短(小于10米)，这决定了它往往被用作消费产品中的视频和高速数据(USB)解决方案。目前没有网状网络能力。

上面所述的无线传输技术要么还不成熟，要么虽然已经很成熟，比如蓝牙技术，但是由于成本难以降低，蓝牙技术还只是应用到手机耳机等一些高端产品中。而基于专用无线传输芯片，由单片机实现的短距离无线传输，与蓝牙技术相比成本更低，功耗更低而且协议简单，在机动性要求较强的设备中或人们不方便随时到达现场的条件下得到了越来越广泛的应用，如无线数据采集、无线设备管理和监控、汽车仪表数据的无线读取等都是其典型应用。微功率短距离无线通信技术作为无线通信实用技术，一般使用单片射频收发芯片，加上微控制器和少量外围器件构成专用或通用无线通信模块，通常射频芯片采用GFSK(高斯频移键控)调制方式，工作于ISM(工业、科学、医疗)频段，通信模块包含简单透明的数据传输协议或使用简单的加密协议，用户不必对无线通信原理和工作机制有较深的了解，只要依据命令字进行操作即可实现基本的数据无线传输功能，因其功率小、开发简单快速而在工业、民用等领域应用广泛。

 

3、 可行性分析

3.1 单片机芯片AT89C52介绍

AT89C52是51系列单片机的一个型号，它是ATMEL公司生产的。

AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。

AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。

AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。

主要功能特性：

　· 兼容MCS51指令系统 · 8k可反复擦写(>1000次）Flash ROM

　· 32个双向I/O口 · 256x8bit内部RAM

　· 3个16位可编程定时/计数器中断 · 时钟频率0-24MHz

　· 2个串行中断 · 可编程UART串行通道

　· 2个外部中断源 · 共6个中断源

　· 2个读写中断口线 · 3级加密位

　· 低功耗空闲和掉电模式 · 软件设置睡眠和唤醒功能

AT89C52P为40 脚双列直插封装的8 位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0~P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口（32~39 脚）被定义为N1 功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13 脚定义为IR输入端，10 脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12 脚、27 脚及28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。

3.3  无线数据传输模块PTR2000介绍

　无限收发一体数传MODEM模块PTR2000芯片性能优异，在业界居领先水平，它的显著特点是所需外围元件少，因而设计非常方便。该模板块在内部需成了高频接收、PLL合成、FSK调制/解调、参量放大、功率放大、频道切换等功能，因而是目前集成度较高的无线数传产品。

以往设计无线数传产品常常需要相当的无线电专业知识和昂贵的专业设备，而且传统的电路方案不是电路太复杂就是调试困难而令人望而却步，以至影响了用户的使用和新产品的开发研制工作。PTR2000的出现，使有们摆脱了传统无线产品设计的困扰。该器件采用抗干扰能力较强的FSK调制/解调方式，其工作频率稳定可靠、外围元件少、功耗极低且便于设计生产，这些优异特性使得PTR200非常适合于便携及手持产品的设计。另外，由于它采用了低发射功率、高灵敏度设计，因而可满足无线管制的要求且无需使用许可证，是目前低功率无线数传的理想选择。

3.3.1  PTR2000的主要特征如下：

该器件将接收和发射合接为一体；

工作频率为国际通用的数传频段433MHZ；

采用FSK调制/解调，可直接进入数据输入/输出，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合；

采用DDS（直接数据合成）+PLL频率合成技术，因而频率稳定性极好；

　灵敏度高达—105bBm;工作电压低（2.7V），功耗小，接受待机状态电流仅为8μA；

具有两个频道，可满足需要多信道工作的场合；

工作数率最高达20kbit/s(也可在较抵速率下工作，如9600bps);

超小体积，约40×27×5mm3;

可直接与CPU串口进行连接（如8031），也可以用RS232与计算机接口，软件编程非常方便；

标准的DIR引脚间距更适合于趼、嵌入式设备；

由于采用了低发射功率、高接收灵敏的设计，因此使用时无需申请许可证，开阔地时的使用距离最远可达1000米。

PTR2000可与所有单片机（如80C31、2051、68HC08、PIC、Z8等）配合使　用，可直接接单片机的串口或I/O口，也可与计算机串口进行通讯，此时需要在中间简单地接在一个RS232电平转换芯片，如MAX232等。

3.3.2  软件编程注意事项

在软件编程过程中，对PTR2000的工作模式和工作频道的选择尤为重要，表1给出了该模块的工作模式控制及工作频道的选择方式。

 

 

　　　　

模块接脚输入电平			模块状态
TXEN	CS	PWR	工作频道号	器件状态
0	0	1	1	接收
0	1	1	2	接收
1	0	1	1	发射
1	1	1	2	发射
x	x	0		待机

表1 模块工作模式控制及工作频道选择表

 

3.3.3  发送

PTR2000的通信速率最高为20Kbit/s,也可工作在其它速率如4800bps、9600bps下，无需设置PTR2000的工作速率。

在发送数据之前，应将模块先置于发射模式，即TXEN=1。然后在等待至少5ms后（接收到发射的转换时间）才可以发送任意长度的数据。发送结束后应将模块置于接收状态，即TXEN=0。发射到接收的转换时间为5ms。

3.3.4  接收

　　接收时应将PTR2000置于接收状态，即TXEN=0。然后将将接收到的数据直接送到单片机串口或经电平转换后送到计算机。

3.3.5  待机模式

　　当PWR=0时，PTR2000进入节电待机模式，此时的功耗大约为8μA，但在待机模式下不能接收和发射数据。

　　PTR2000 除了应注意在发送、接收和待机模式下的编程外，还需注意在无信号时，PTR2000的串口输出的是随机数据，此时，可定义一个简单的通信协议，如在发送时，在有效数据这前加两用人才个（或多个）字节的固定标志，以便在接收一方的软件中检测该固定标志并将其作出了为下式数据的开始。

　　为了使系统能够可靠地通信，在编程时应设计通信协议，并应考虑数据的纠检错，检错可采用较验方式或更好的CRC校验方式。

3.3.6  硬件连接

连接时，PTR2000无线MODEM的DI端应接单片串口的发送端，DO接单片机串口的接收端。

利用单片机的I/O可以控制模块的发射控制、频道转换和低功耗模式。

如果直接将PTR2000与计算机串口连接，则可用RTS来控制PTR2000无线MODEM模块的收/发状态转换（RTS需经电平转换）。

3.4  软件学习与介绍

3.4.1  C语言定义

C语言是一种计算机程序设计语言。它既有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。它可以作为系统设计语言，编写工作系统应用程序，也可以作为应用程序设计语言，编写不依赖计算机硬件的应用程序。因此，它的应用范围广泛。

C语言对操作系统和系统使用程序以及需要对硬件进行操作的场合，用C语言明显优于其它解释型高级语言，有一些大型应用软件也是用C语言编写的。

C语言具有绘图能力强，可移植性，并具备很强的数据处理能力，因此适于编写系统软件，三维，二维图形和动画。它是数值计算的高级语言。

3.4.2    C语言的发展历史

C语言的原型ALGOL 60语言。（也称为A语言）

1963年，剑桥大学将ALGOL 60语言发展成为CPL(Combined Programming Language)语言。

1967年，剑桥大学的Matin Richards 对CPL语言进行了简化，于是产生了BCPL语言。

1970年，美国贝尔实验室的Ken Thompson将BCPL进行了修改，并为它起了一个有趣的名字“B语言”。意思是将CPL语言煮干，提炼出它的精华。并且他用B语言写了第一个UNIX操作系统。

而在1973年，B语言也给人“煮”了一下，美国贝尔实验室的D.M.RITCHIE在B语言的基础上最终设计出了一种新的语言，他取了BCPL的第二个字母作为这种语言的名字，这就是C语言。

为了使UNIX操作系统推广，1977年Dennis M.Ritchie 发表了不依赖于具体机器系统的C语言编译文本《可移植的C语言编译程序》。即是著名的ANSI C。

1978年由美国电话电报公司(AT&T)贝尔实验室正式发表了Ｃ语言。同时由B.W.Kernighan和D.M.Ritchit合著了著名的“THE C PROGRAMMING LANGUAGE”一书。通常简称为《K&R》，也有人称之为《K&R》标准。但是，在《K&R》中并没有定义一个完整的标准C 语言，后来由美国国家标准协会（American National Standards Institute）在此基础上制定了一个C 语言标准，于一九八三年发表。通常称之为ANSI C。

1988年，随着微型计算机的日益普及, C语言出现了许多版本。由于没有统一的标准,使得这些C语言之间出现了一些不一致的地方。为了改变这种情况,美国国家标准研究所(ANSI)为C语言制定了一套ANSI标准, 成为现行的C语言标准3.C语言的主要特点 。C语言发展迅速, 而且成为最受欢迎的语言之一, 主要因为它具有强大的功能。许多著名的系统软件, 如DBASE Ⅲ PLUS、DBASE Ⅳ 都是由C 语言编写的。用C语言加上一些汇编语言子程序, 就更能显示C语言的优势了,象PC- DOS 、WORDSTAR等就是用这种方法编写的。

3.3.2        C语言的优点

1. 简洁紧凑、灵活方便

C语言一共只有32个关键字,9种控制语句，程序书写自由，主要用小写字母表示。它把高级语言的基本结构和语句与低级语言的实用性结合起来。 C 语言可以象汇编语言一样对位、字节和地址进行操作, 而这三者是计算机最基本的工作单元。

　2. 运算符丰富

C的运算符包含的范围很广泛，共有34个运算符。C语言把括号、赋值、强制类型转换等都作为运算符处理。从而使C的运算类型极其丰富表达式类型多样化，灵活使用各种运算符可以实现在其它高级语言中难以实现的运算。

　3. 数据结构丰富

C的数据类型有：整型、实型、字符型、数组类型、指针类型、结构体类型、共用体类型等。能用来实现各种复杂的数据类型的运算。并引入了指针概念,使程序效率更高。另外C语言具有强大的图形功能, 支持多种显示器和驱动器。且计算功能、逻辑判断功能强大。

　4. C是结构式语言

结构式语言的显著特点是代码及数据的分隔化,即程序的各个部分除了必要的信息交流外彼此独立。这种结构化方式可使程序层次清晰, 便于使用、维护以及调试。C语言是以函数形式提供给用户的,这些函数可方便的调用,并具有多种循环、条件语句控制程序流向,从而使程序完全结构化。

　5. C语法限制不太严格，程序设计自由度大

虽然C语言也是强类型语言，但它的语法比较灵活，允许程序编写者有较大的自由度。

　6. C语言允许直接访问物理地址，可以直接对硬件进行操作

因此既具有高级语言的功能，又具有低级语言的许多功能，能够象汇编语言一样对位、字节和地址进行操作,而这三者是计算机最基本的工作单元，可以用来写系统软件。

　7. C语言程序生成代码质量高，程序执行效率高

一般只比汇编程序生成的目标代码效率低10へ20%。

　8. C语言适用范围大，可移植性好

C语言有一个突出的优点就是适合于多种操作系统, 如DOS、UNIX,也适用于多种机型。

3.3.3        C源程序的结构特点

　1.一个C语言源程序可以由一个或多个源文件组成。

　2.每个源文件可由一个或多个函数组成。

　3.一个源程序不论由多少个文件组成，都有一个且只能有一个main函数，即主函数。

　4.源程序中可以有预处理命令(include 命令仅为其中的一种)，预处理命令通常应放在源文件或源程序的最前面。

　5.每一个说明，每一个语句都必须以分号结尾。但预处理命令，函数头和花括号“}”之后不能加分号。

　6.标识符，关键字之间必须至少加一个空格以示间隔。若已有明显的间隔符，也可不再加空格来间隔。

5、毕业设计预期效果

由单片机实现基于专用无线传输芯片的短距离无线传输，必须完成硬件设计，设计出无线传输发送端和接受端的电路图。完成软件设计，由C语言编写出程序。同时做出实物。完成功能为单片机端将数据由无线传输芯片传出，接受端将收到的数据传送到PC机。

 

6、 课题研究中的主要难点以及解决的方法

研究中的主要内容是由单片机实现基于专用无线传输芯片的短距离无线传输。难点一是对单片机不是很精通，解决办法就是在短时间内大量阅读资料，迅速掌握应用方法。难点二是电路图的设计与绘制，解决方法是掌握元器件与芯片的特性，多查找资料和向老师和同学请教，掌握好绘图软件的使用。难点三是要由C语言编写程序，编写程序的过程中肯定会碰到困难。要解决此问题的方法是从多看一些C语言编写程序的书籍，多多动手编写，多向老师和身边的同学请教。难点四是焊接实物会遇到操作不熟练，将电路板焊坏或者是完成焊接却发现实现不了预计的功能。解决方法主要是先完在前面的准备工作做好的前提慢慢焊，多检察焊接点看是不是有虚焊，同时用仪表测量，如果最后仍然出不来，那就重新焊接。

7、 （论文）工作日程计划

本课题计划用13周的时间完成，具体工作日程安排如下：

第一周：选择毕业设计题目。

第二、三周：查找相关资料，对课题进一步理解，掌握国内外研究现状。制定工作日程、计划并完成开题报告，通过查阅学习资料设计出整体的思路及本课题所实现功能。

第四、五周：进行硬件部分电路的研究，包括硬件接口，芯片。

第六、七周：深入学习C语言，并编写单片机实现短距离无线传输的程序。

第八、九、十周：焊接电路板，完成硬件实现功能。

第十一、十二周：对论文进行书面输出，整理论文，装订。

第十三周：与指导教师沟通，准备答辩。

 

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