单片机无线数据传输系统设计 目 录 中文摘要-1 英文摘要-2 1 引言-4 2 无线数据传输的基本原理-5 3 数传模块的选择-6 3.1 无线数据传输模块的选择- 3.2 无线数据传输模块的特点- 3.3 PTR2000的选用- 4 单片机选型-4.1 单片机结构特点及工作原理-4.2 单片机外部结构特点-4.3 单片机内部结构特点- 5 单片机无线数据传输系统实现原理-5.1 总体方案设计- 6 硬件电路设计-6.1 单片机和PTR2000的接口电路-6.1.1 电路原理和器件选择-6.1.2 地址分配和连接-6.2 计算机和PTR2000的接口电路-6.2.1 电路原理和器件选择-6.2.2 地址分配和连接- 7 通信协议的选择- 8 软件设计方案-8.1 软件流程图设计- 8.2 程序代码-单片机无线数据传输系统摘 要：在传统的工业测控系统中，传输数据采用的是有线方式，成本高、维 护不方便，且在某些特殊的场合，布线困难甚至无法布线。随着无线 通信技术的发展和成熟，数据传输可通过无线的方式实现，从而克服 了上述缺点。本文主要介绍了基于无线数据传输模块PTR 2000的无线 数据传输系统的总体结构，实现了单片机与微机的无线通信。着重讨 论了器件的选择和硬件电路的设计及具体实现。通过对无线数据传输 模块PTR2000功能特性的描述，探讨了单片机与微机的无线数据通信 的方法，并使用CRC校验保证数据传输的可靠性，以及软件实现方法。 该系统可方便地嵌入到无线测控系统中，抗干扰能力强，具有广阔的 应用前景。 关键词：无线数据传输；PTR2000；单片机； Abstract： In measuring and controlling system for industrial propose，large quantities of data need to be transmittedTraditional maDDer to carry out this work is wired transmission system，a manner with high cost of construction and inconvenience of maintenance，and sometime unapproachable impediment in wiring With the developing of wireless communication technology，data transmision can be carried out in wireles ma nner，with which problems mentioned above are mlved sufficientlyIn this paper，a wireless data transmision module namely PTR2000 and a scheme of data acquisition system based on PTR2000 is introducedThe hardware design as well as the communication protocol is discusedDue to its outstanding anti interference performance，and its capability to be embedded into wireless system of industrial measuring and controlling ， its application prospects will be broad in the future Key Words： wireles data transmision；PTR2000；singlechip microcompater；1 引 言 在各种各样的测控系统中，传感器所测得的信号通常使用导线传输。这种 传输方式常常会带来电磁干扰和信号衰减和失真。对于远距离和多点测量，众 多的传输线还会带来成本的上升和分布电容。如果测量点在运动物体上或被隔 离区域内，信号传输线的问题就很难解决。 而引入无线传输方式，就可以克 服以上测量系统中的不足，并且会更灵活,成本更低。 无线通信技术的发展和成熟，为各种潜在的工程技术应用提供了新的通信 方法和手段。目前许多应用领域都采用无线的方式进行数据传输，这些领域涉 及到小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无 线遥控系统、无线标签身份识别、非接触RF智能卡等。 与有线数据传输方式相比，无线通信的信道环境比较恶劣，可以实现的最 高传输速率往往会受到很大的限制。但无线通信也具有一些独特的优势:首先， 无线通信的数据传输距离比较远（可以达到或超过RS485及CAN总线的传输距 离） ；其次，无线通信设备在使用过程中不需要连接通信线缆，简化了工作流程， 降低了设备成本。所以尽管无线通信方式在单片机系统中的应用不如其他数据 传输方式广泛，还是有必要对无线数据传输方式进行介绍。 本文介绍1种无线数据传输系统，它应用单片机和无线数传模块PTR2000， 通过无线方式进行数据传输，两端采用半双工方式通信。PTR2000无线收发数传 MODEM 接收发射合一；工作频率为国际通用的数传频段433 MHz；FSK调制，抗 干扰能力强，特别适合工业控制场合；采用DDS+PLL频率合成技术，频率稳定性 极好；灵敏度高，达到105 dBm；低工作电压(27 V)，功耗小，待机状态仅为 8 uA；具有2个频道，特别满足多信道工作的特殊场合；工作速率最高可达 20kbits；超小体积约40275(rnrn)；可直接接CPU串口使用，也可以接计 算机RS232接口，软件编程非常方便。该系统使用灵活、成本低廉，可方便地嵌 入到无线测控系统中。 2 无线数据传输的基本原理 无线数据传输模块可广泛应用于遥控、遥测、小型无线网络、身份识别、 安全防火、生物信号采集、水文气象控制、机器人控制、数字音频、数字图象 传输等系统。在本例中，无线收发模块主要担当系统中单片机和微机之间的数 据传输，如图22所示。单片机和微机之间的无线数据传输过程是：单片机处 理需要发送的数据，利用串口将数据传输到无线数据传输模块的发送端，串行 信号经调制后发送到地面计算机，进行数据处理和数据记录。然后将处理后的 数据再通过无线数传模块发送到单片机，从而控制测控系统的传感网络。可以 说，无线数据收发模块相当于是单片机系统的一个特殊的执行模块。HMR3000 单片机 PTR2000 PTR2000 PC图 22 无线收发模块3 数传模块的选择 3.1 无线数据传输模块的选择无线数据传输模块的关键器件是无线收发芯片。无线收发芯片的种类和数 量比较多，如何在设计中选择所需要的芯片非常关键。正确的选择可以使开发 工作少走弯路，以下是几点选择芯片的参考标准。 收发芯片数据传输的编码方式 采用曼彻斯特编码的芯片，在编程上会需要较高的技巧和经验，需要更多 的内存和程序容量，并且曼彻斯特编码大大降低数据传输效率，一般仅能达到 标称速率的 1/3。而采用串口传输的芯片，如 nRF401 系列的芯片，应用及编程 非常简单，传送的效率很高，标称速率就是实际速率，因为串口的编程相对简 单，编程开发工作也很方便。 外围元件数量 芯片外围元件的数量决定了模块的体积和重量，以及整个系统的复杂性， 因此应该选择外围元件少的收发芯片。这方面 nRF 401是一个较为理想的选择。 外围元件近 10个左右，无需声表滤波器、变容管等昂贵的元件，只需要便宜且 易于获得的 4MHZ 晶体，收发天线合一。 功耗 由于无线收发芯片是应用在测控系统上，因此功耗非常重要，应该根据需 要选择综合功耗较小的模块。 发射功率 在同等条件下，为了保证有效和可靠的通信，应该选用发射功率较高的产品。 收发芯片的封装和管脚数 较少的管脚以及较小的封装，有利于减少 PCB 面积，适合测控系统的设计。 nRF401 仅 20脚，是管脚和体积最小的。目前较为流行的无线收发芯片中，无论是从使用的方便性、传输速度还是 输出功率等各个方面，nRF401 均不失为一种较为理想的无线数传芯片，而PTR2000 正是一款基于 nRF401 芯片的无线数据收发模块。 3.2 无线数据传输模块的特点本文中的无线数据传输模块采用PTR2000，因为它是目前集成度较高的无线 收发产品，它集成了高频发射、接收、FSK调制解调、PLL合成、参量放大、 功率放大、频道切换等诸多功能。尤其是它发射功率低，灵敏度高，具备 20Kbits的高传输速率，工作频率稳定可靠，而且体积小，引脚数只有7个。 PTR2000模块内置nRF401芯片，数据无需曼彻斯特编码，外围元件只需10个，编 程开发工作容易且易于设计生产，这些优异特性使得PTR2000非常适用于便携及 手持产品。无线数据传输模块PTR2000广泛应用于遥控、遥测、小型无线网络、 无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线标签、身分识别、 非接触RF智能卡、小型无