1、南华大学电气工程学院无线传输模块基于迪菲无线模块设计的无线通信系统王守超 安庆龙 肖琴2010-7-20摘要:系统采用两片 STC89C52RD 单片机作为无主从控制器,组成1 号,2 号两套遥控发射、接收装置。由迪菲无线模块进行信号传输,并且进行了准确的定时计算,可满足设计题目中 10 秒延时的要求,在无干扰的条件下,通信距离可达 150M 以上。 第 2 页 共 19 页2目录1、系统方案设计及论证 .31.1 设计任务与要求 31.2 设计分析 42、各模块方案论证 .52.1 控制模块 52.2 无线通信 62.3 手动与切换控制 62.4 主从控制 63、系统的组成与实现 .74、系
2、统的软件设计 .84.1 设计流程 85、系统测试 156、原理图及 PCB设计 166.1 系统单边原理图 .166.2 系统单边 PCB图 .177、总结 18附:元器件清单 .19第 3 页 共 19 页31、系统方案设计及论证1.1 设计任务与要求有 1 号、2 号两套遥控发射、接收装置,其组成如图 1.1.1左端 1 号所示:1、一般情况下 A 灯亮,B 灯灭(通过继电器控制实现)2、当切换键按下时,1 号、2 号的接收端均能通过控制电路的作用使 A 灯灭,B 灯亮,延时 10 秒后自动回到 A 灯亮,B 灯灭的状态。3、在延时 10 秒未到时,只要手动键按下(单脉冲触发信号) ,均
3、可使本套内的 A 灯亮,B 灯灭,如切换键再次按下,仍可重复第 2 状态过程。4、1 号、2 号两套遥控发射、接收装置之间要求通信距离达到150-200 米。5、要求体积小。第 4 页 共 19 页4手动 切换发射端接收端A1AB控制电路1 号手动 切换发射端接收端A1AB控制电路2 号图 1.1.11.2 设计分析要成功实现设计任务与要求,系统必须具备以下功能:信号的发射、接收,手动按钮切换及无线遥控切换等功能。其主要电气系统可划分为:主从控制电路、信号的发射及接收端口、无线通信等基本模块。系统框图如 1.2.1 所示:第 5 页 共 19 页5图 1.2.12、各模块方案论证2.1 控制模
4、块方案一:采用 XC9000 系列的 FPGA。该种类器件具有并行处理能力,能快速的响应外部的各种数字信号,但在数字的乘除运算等数据处理方面不方便,而且芯片价格较昂贵。 方案二:采用单片机作为控制核心,单片机数学运算功能较强。在程序相互调用方面,处理方便灵活,性能稳定,适合实际应用。且单片机技术发展较为成熟,价格便宜。且本系统所要求功能较为简单 ,采用单片机控制更为方便灵活。第 6 页 共 19 页6基于以上分析,系统拟采用方案二。使用两片 STC89C52RD 单片机作为系统的控制器。2.2 无线通信方案一:采用 NRF905 无线通信模块,此模块功能齐全,可进行大量配置,包括通信通道(最多
5、 6 通道) 、发射功率、波特率设置等。但应用起来要耗费大量的单片机资源(占用多达 14 个单片机引脚) ,会导致控制程序过于复杂甚至影响定时的精度。方案二:采用迪菲无线串口模块,此模块具有两种工作模式,当选用普通模式时,无需进行任何配置,只需与单片机的串口线直接连接(只需占用单片机 2 个引脚)并供电即可进行无线通信。用此模块开发项目能大大减少开发时间。鉴于此项目只需要单一、简单的通信方式即可满足设计要求,故采用方案二。2.3 手动与切换控制本系统通过中断来控制手动与切换,单片机接收信号后,通过内部处理给继电器输出不同电平,从而通过继电器控制手动与切换情况下不同的灯亮情况。2.4 主从控制第
6、 7 页 共 19 页7根据设计要求,本系统为无主从双机通信系统。无主从双向通信的特点是两个单片机处在平等的地位,两个单片机均可随时提出申请,向对方发送数据,当然也可通过简单的接口协议从对方读取数据。在无主从双向通信中,由于单片机(1)与单片机(2)没有主从关系而处在平等位置,所以单片机 B 与单片机 A 的数据接收发送流程完全相同。3、系统的组成与实现单片机都带有串口,利用串口进行互连通信极为方便,其各种连接方式在许多书籍和资料上都有介绍,在此不再重述。单片机的并行端口能相互进行数据通信。根据单片机端口内部结构的特点,这些端口可以发送无线数据,从而使两单片机之间通信接口的实现不用另外的硬件电
7、路设备。基于这种情况,本系统设计成无主从双机通信模式。最终方案如 1.4.1 图所示(采用体积小、功能稳定的ZT11-5H 继电器):第 8 页 共 19 页8图 1.4.1具体实现情况如下:通常情况下,A 灯亮,B 灯灭。若按下 1 号的切换按钮,此时 1 号的 A 灯灭,B 灯亮,同时向 2 号发送信号,2 号接收信号后,经过处理,发出切换电平,通过继电器控制使得 A 灯灭,B 灯亮。若在上述情况下的延时时间内按下 1 号手动按钮,则使 1号的 A 灯亮,B 灯灭,但不向 2 号发送信号。由于本系统为无主从传输,故由 2 号发出信号的情况同上述相同。4、系统的软件设计4.1 设计流程第 9
8、 页 共 19 页9主程序外部中断 0 外部中断 1第 10 页 共 19 页10定时器 0 中断 串口中断图 4.1.14.2 系统程序#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit p20=P10;sbit p32=P32;sbit p33=P33;第 11 页 共 19 页11uchar byte,n=0;void timer_ini()EX0 = 1; /允许总中断中断,使能 INT0 外部中断EX1 = 1; /使能 INT1 外部中断TCON = 0x00; /触发方式为电平触发TMOD|=0x21
9、; /定时器 1 工作方式 2,定时器 0 工作方式 1TH1=0xfd;TL1=0xfd; /设置波特率为 9600TH0=0x4c;TL0=0x00; /定时 50msTR1=1;TR0=1; /开定时器SCON=0x40; /串口工作方式 1REN=1; /允许接收EA=1; /开总中断ET1=1;ET0=0; /关定时器 0,开定时器 1ES=1; /开串口中断IP=0x15; /设置中断优先级第 12 页 共 19 页12void delay(uint t)uint i,j;for(i=t;i0;i-)for(j=1000;j0;j-);void send(uchar x)SBUF=
10、x;while(TI=0);TI=0;main()timer_ini();while(1)第 13 页 共 19 页13void inter0() interrupt 0 /中断 0,由“切换键“控制两部分的 B 灯亮、A 灯灭delay(20); /延时,消抖while(p32=0); /等待按键松开p20=0; /灯亮send(43); /发送数据 43 用于识别ET0=1; /开定时器 0,开始计数delay(20); /延时,消抖void timer0() interrupt 1 /定时器 0 中断,控制延时时间 10 秒钟TH0=0x4c;TL0=0x00; /每次定时 50msif
11、(+n=200) /200 次共 10 秒钟第 14 页 共 19 页14p20=1; /灯灭n=0; /计数清零ET0=0; /关定时器void inter1() interrupt 2 /外部中断 1,由“手动键“控制本身 A 灯亮、B 灯灭delay(20);while(p33=0);p20=1;ET0=0;n=0;delay(20);void com() interrupt 4 /串口中断,当收到数据时,控制 B 灯亮、A 灯灭if(RI)第 15 页 共 19 页15RI=0;byte=SBUF;if(byte=43) /检验数据是否为 43p20=0;ET0=1;if(TI)TI=
12、0;5、系统测试测试具体情况如下:0m150m: 无线通信稳定,A 灯与 B 灯之间的转换时间准确,抗干扰能力强。150m200m:通信较为稳定,抵抗外界干扰能力减弱,出现接收信号不稳定的情况。第 16 页 共 19 页166、原理图及 PCB 设计6.1 系统单边原理图 P1.02345789RST/XDINWALGVCEOcQK-BYjidanqUF图 6.1.1第 17 页 共 19 页176.2 系统单边 PCB 图图 6.2.1 顶层 PCB第 18 页 共 19 页18图 6.2.2 底层 PCB7、总结本系统的设计是基于迪菲无线串口模块设计的无主从无线通信系统,可较为精确地执行设
13、计要求中所提出的系统功能。该系统的优点在于简小轻便,并且控制电路、控制程序简单,由于无线模块本身存在一定的不稳定性,在制作过程中出现了通信不稳定等问题,并且在 PCB 的制作上也有些不太完善,经过不断的调整,最终做出了一套通信稳定,数据传输准确并且外观精致的无限通信系统。第 19 页 共 19 页19附:元器件清单STC89C52RD 1 DIP40 STC89C52RD 1ZT11-5H 2 6JIDIANQI jidianqi 130P Capacitor C1 VP32-3.2 Cap 130P Capacitor C2 cipian Cap 110UF Polarized Capaci
14、tor (Axial) C3 DIANJIE Cap Pol2 11N40071 Amp General Purpose RectifierD1 DO-41 Diode 1N4007 1LEDTypical INFRARED GaAs LEDD2, D3 led LED0 2Header, 4-Pin P1, P2 HDR1X4 Header 4 28050NPN General Purpose AmplifierQ1, Q2 SANJIGUAN 2N3904 2Resistor R1, R2, R3 AXIAL-0.4 Res2 310K Resistor R4 AXIAL-0.4 Res2 1SW-PB Switch S1 zisuo SW-PB 1SW-PB Switch S2, S3, S4 ANJIAN SW-PB 3XTAL Crystal Oscillator Y1 JZ5.04 XTAL 1