无线串口通信(1).doc

无线串口通信实验报告

CHINAJIA

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无线串口通信
一 实验目的
1 完成串口基本实验（MCU和PC通信）
2 完成无线模块的调试
3 编制通信协议是通信可靠稳定
二．实验原理
1、无线数据传输模块PTR 2000和无线通信芯片nRF401
本实验项目选用的无线传输模块为PTR2000，他是一种超小型、低功耗、高速率的无线收发数据传输模块，使用的是挪威Nordic公司推出的nRF401无线通信芯片。该芯片使用了433MHz IGM频段，是真正的单片UHF无线收发一体芯片。
在数据编码方面，nRF401采用串口传输，无须多数据进行曼彻斯特编码，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。
在控制芯片外围元件的数量方面，nRF401也是一个较为理想的选择，它的外围元件仅需10个左右，无须声表面滤波器、变容器等昂贵的元件，只需使用4MHz的晶体，收发天线合一，减小了系统开发的难度。
在目前较为流行的无线通信芯片中，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考虑，nRF401都是较为理想的选择，本实验项目就是基于 nRF401芯片的无线数据传输模块。
PTR2000是一种超小型、低功耗、高速度的无限数据传输模块，它的通信速率最高可达20Kbps,也可工作在其他速率，如4800bps/9600bps。PTR2000采用了低发射功率、高灵敏度设计，可满足无线管制的要求且无须使用许可证，是目前低功率无线数据传输的理想选择。
2、无线通信芯片Nrf401引脚功能说明
Nrf401使用20引脚的SSOCI封装，其引脚分布如下图1-1
下面介绍各个引脚的功能。
XC1、XC2（引脚1、20）：这两个引脚用于连接外部参考晶振，其中，XC1为晶振输入，XC2为晶振输出。
VDD(引脚2、8、13)：电源输入脚，电压范围2.7-5.2V。
VSS（引脚3、7、14、17）：电源地。
FILT1(引脚4)：滤波器接入端。
VCO1、VCO2(引脚5、6)：外界压控振荡电感。
DIN(引脚9)：发射数据输入端，该引脚用于从单片机接收要发送的数据。
DOUT(引脚10)：接收数据输出端，该引脚讲无线接收到的数据送入单片机。
RF_PWR（引脚11）：发射功率设置。
CS（引脚12）：频道选择端。CS=0，芯片工作在频道1，即433.92MHz频道；CS=1,芯片工作频道2，即434.33MHz。
ANT1、ANT2(引脚16、15)：天线接口。
PWR(引脚18)：低功耗控制。PWR=1时，芯片处于正常工作状态；PWR=0时，芯片为待机微功耗状态。
TXEN（引脚19）：工作模式切换。TXEN=1时，芯片为数据发射状态；TXEN=0时；芯片为数据接收状态。
3、无线数据传输模块PTR2000引脚功能说明
PTR2000是基于Nrf401芯片的无线数据传输模块，它的引脚分布如图1-2所示。
下面介绍各个引脚的功能。
VCC（引脚1）：电源输入脚，电压范围2.7-5.2V。
CS（引脚2）：频道选择端。CS=0,芯片工作在频道1，即433.92MHz频道；CS=1,芯片工作在频道2，即434.33MHz。
DO（引脚3）：数据输出端。
DI（引脚4）：数据输入端。
GND（引脚5）：电源地。
PWR（引脚6）：低功耗控制。PWR=1时，模块处于正常工作状态；PWR=0时，模块为待机微功耗状态。
TXEN（引脚7）：工作模式切换。TXEN=1时，模块为数据发射状态；TXEN=0时，模块为数据接收状态。
正确地设置工作模式对于使用PTR2000模块至关重要，对于PTR2000模块而言，它的工作模式设置主要包括工作频道的设置和发送、接收、待机状态的设置，这由TXEN、CS、PWR三个引脚共同决定，如
下表1-3：
引脚电平
工作模式
TXEN
CS
PWR
工作频道
工作状态
0
0
1
1（433.92MHz
接收
0
1
1
2（434.33MHz
接收
1
0
1
1（433.92MHz）
发射
1
1
1
2（434.33MHz）
发射
-
-
0
-
待机
表1-3 PTR2000工作模式设置
5、发送端单片机和PTR2000的接口电路设计
本实验项目中单片机选用Atmel公司的AT89C52,它通过自己的串口以及I/O控制口与PTR2000直接相连，接口电路如图1-4所示：
图1-4中，AT89C52单片机主要完成数据的采集和处理，向PTR2000模块发送数据并且接收PC机通过PTR2000传送过来的数据。和单片机相连的PTR2000模块主要是将单片机的待传数据调制成射频信号，发送到PC机端的PTR2000模块，同时接受PC机端PTR2000模块传过来的射频信号，并调制成单片机能够识别的TTL信号送给单片机。

图1-4 单片机和PTR2000接口电路原理图6、接收端单片机和PTR2000的接口电路

图1-5 接收端单片机和PTR2000接口电路原理图
7、串行无线通信协议设计
无线通信中，由于外部环境的干扰，通常误码率是比较高的，因此通信协议的设计对保证通信的可靠性十分重要。对于协议设计而言，最重要的就是帧结构的设计。
本实验存在指令帧和数据帧。数据帧的内容包括起始字节、数据长度字节、数据字节、结束字节、和校验和字节，见下表1-6
表1-6 串行无线通信的数据帧结构
起始字节
数据长度字节
数据字节
校验和字节
结束字节
1字节
1字节
N字节
1字节
1字节
三．源程序
1、发送端单片机程序设计

//发送模块
////////////////////////
#include<reg52.h>
////////////////////////
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
////////////////////////
sbit TXEN=P2^0;//定义发送\接受模式选择位
sbit PWR_UP=P2^1;//工作模式\待机模式选择位
sbit CS=P2^2;//频率通道选择位
sbit test=P0^0;
////////////////////////
uchar T_buffer[11]={0x55,0xaa};
uchar R_buffer[11];
///////////////////////
//配置UART;9600;
void init_UART()
{
TMOD=0X20;
TH1=0XFD;
TL1=0XFD;
TR1=1;//波特率设置

SCON=0X40;
//////
}
/////////////////
void delay_1s()
{
uint delay_1s_aa=60000;
while(delay_1s_aa-->0);
}
////////////////
uchar flag=0;
uchar i=0;
uint aa=0;
void main()
{
init_UART();//初始化UART,9600
IE=0x90;//开启UART中断
////////
aa=240;
while(aa-->0);
TXEN=0;//TXEN经过反相器反向后变成高电平
aa=78;
while(aa-->0);
while(1)
{
SBUF=T_buffer[i];//发送数据
while(flag==0);//等待发送中断并结束
delay_1s();//等待一段时间
flag=0;//将标志复位
if(i==0)
i=1;
else //换一个数据
i=0;
}
}
//
void s_(void) interrupt 4 using 1
{
if(TI==1)
{
TI=0;
flag=1;
test=0;
}
}

2、接收端计算机程序设计

#include<reg52.h>
///////////////////
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
///////////////////
sbit TXEN=P2^0;//定义发送\接受模式选择位
sbit PWR_UP=P2^1;//工作模式\待机模式选择位
sbit CS=P2^2;//频率通道选择位
////////////////////////
uchar buffer;
////////////////////////
//开机延时程序,等待电压稳定
void init_delay()
{
uchar delay_a=200;
while(delay_a-->0);
}
///////////////////////
//配置UART;9600;
void init_UART()
{
TMOD=0X20;
TH1=0XFD;
TL1=0XFD;
TR1=1;//波特率设置

SCON=0X40;
//////
}
//////////
uchar flag=0;
///////////
void main()
{
uint aa=728;
P0=0X00;
init_UART();//初始化UART,9600
while(aa-->0);//等待5MS
REN=1;//UART使能接受
IE=0X90;//开启UART中断
while(1)
{
while(flag==0);//等待UART的接受中断并结束
P0=buffer;//将接受下来的数据通过P0口显示出来
flag=0;//将标志复位
}
}
////////////
//UART的接受中断
void R_(void) interrupt 4 using 1
{
if(RI==1)
{
RI=0;//将接受中断标志位复位
buffer=SBUF;//将UART中的数据接收下来，并保存在buffer变量中
flag=1;//将标志置位
}
}

四．干扰分析
51系列单片机工作的时候，会产生比较强的电磁辐射，频率范围在9MHZ-900MHZ，因此它会影响任何此频率内的无线接收设备的灵敏度，解决的方法是尽量降低CPU 晶体的频率。测试表明：在1M晶体的辐射强度，只有12M晶体时的1/3，因此，如果把晶体频率选择在500K以下，可以有效降低CPU的辐射干扰。另外一个比较好的方法是：将接收模块通过一个3芯屏蔽电缆（地，+5V，DATA，屏蔽线的地线悬空）将模块引出到离开单片机2米以外，则不管51CPU使用那个频率的晶体，这种干扰就会基本消除。对于PIC单片机，则没有上述辐射干扰。可以任意使用。
第五部分 实验结果
刚上电，效果不明显，数据有误码

待稳定以后，数据显示为55H

LED显示数据为55h
第六部分 参考文献
［1］何立民.MCS51系列单片机应用系统设计［M］.北京：北京航空航天 出版社，1999.
［2］沈红卫.单片机应用系统设计实例与分析［M］.北京：北京航空航 天大学出版社，2003