基于單片機的多機無(wú)線(xiàn)短信通信系統設計

　　現代通信技術(shù)的迅速發(fā)展使得許多應用領(lǐng)域都采用無(wú)線(xiàn)的通信方式進(jìn)行數據傳輸。編解碼芯片PT2262、PT2272組成的電路，由于具有體積小、功耗低、功能強、成本低等特點(diǎn)，廣泛應用于各類(lèi)的無(wú)線(xiàn)遙控器、無(wú)線(xiàn)報警器以及玩具等其他小型電器裝置。但是，這種電路極少用在多個(gè)字節數據的通信方面，具有一定的局限性。本文主要介紹利用433 MHz高頻發(fā)射模塊和接收模塊來(lái)制作多機無(wú)線(xiàn)ASCII碼格式的短信通信。該通信方式是在433MHz高頻發(fā)射模塊和接收模塊的基礎上自己定義無(wú)線(xiàn)傳輸協(xié)議，實(shí)現任意兩機之間的多個(gè)字節數據通信。

　　1 硬件系統設計

　　本系統主要由PICl6F877A單片機構成控制系統，周?chē)?個(gè)模塊分別是：按鍵輸入模塊、顯示輸出模塊、接收模塊和發(fā)射模塊。系統整體結構框圖如圖1所示。

　　1.1 主機電路的設計

　　由于系統涉及的程序量比較大，所以要求Flash程序存儲器的存儲量不能太小;對發(fā)射和接收的短信進(jìn)行存儲，要用到EEPROM數據存儲器模塊，EEPROM數據存儲器存儲的內容掉電時(shí)不會(huì )丟失;接收解碼需要脈寬的捕捉和比較功能，要用到捕捉/比較/脈寬調制CCP模塊;發(fā)射、接收以及時(shí)鐘均要用到獨立的定時(shí)器，所要求的定時(shí)器的個(gè)數不少于3個(gè)?；谠O計需要，采用Microchip公司的PICl6F877A芯片作為系統的主控制器。該電路主要由主控芯片、晶體振蕩電路和在線(xiàn)仿真接口組成，如圖2所示。設計中使用MCLR、RB6、RB7三個(gè)接口作為在線(xiàn)仿真接口。

　　1.2 發(fā)射和接收電路的設計

　　采用433 MHz高頻發(fā)射和接收模塊。433 MHz的高頻發(fā)射電路在控制腳為高電平時(shí)起振并發(fā)射等幅高頻信號，當控制腳為低電平時(shí)停止振蕩。因此，可以用控制腳對高頻電路完成幅度鍵控(ASK調制)，相當于調制度為100%的調幅。當接收模塊接收到433 MHz的等幅高頻信號時(shí)，信號腳就輸出高電平，否則輸出低電平。所以接收信號腳的高低電平變化會(huì )與發(fā)射控制腳的高低電平變化相對應。多個(gè)接收模塊可以同時(shí)接收到同一個(gè)發(fā)射模塊發(fā)射的信號，可以實(shí)現一機發(fā)送，多機同時(shí)接收。圖3所示電路是高頻433 MHz載波的發(fā)射和接收模塊。433 MHz的高頻發(fā)射電路在控制腳B5為高平時(shí)，三級管T1導通，T2射級接地起振并發(fā)射等幅高頻433 MHz的信號;當控制腳B5為低電平時(shí)，就停止振蕩。因此，可以用控制腳B5對高頻電路完成幅度鍵控(ASK調制)，相當于調制度為100%的調幅。當接收模塊接收到433 MHz的等幅高頻信號時(shí)，信號腳就輸出高電平到C2口，若未收到433 MHz的等幅高頻信號則輸出低電平。所以接收信號腳的高低電平變化會(huì )與發(fā)射控制腳的高低電平變化相對應。例如給B5引腳輸入圖4所示的波形，那么在接收模塊的C2引腳上也將出現同樣的波形。注意，B5和C2的控制信號分別由主控芯片PICl6F877A的RB5和RC2發(fā)出。

　　1.3 液晶外圍控制電路的設計

　　采用諾基亞3310 LCD顯示模塊。該LCD為84×48點(diǎn)陣的液晶屏，一屏可顯示4×7個(gè)(12×12點(diǎn)陣)漢字，或6×14個(gè)(6×8點(diǎn)陣)英文、數字、標點(diǎn)符號等字符。該液晶顯示器輕薄短小、低功耗電量，常用于手機顯示。液晶外圍電路如圖5所示。

　　本設計中，諾基亞33lO LCD用3 V的電壓供電。其中，1引腳是電源腳，6引腳接地線(xiàn)，2引腳為SCLK，3引腳為SDIN。4引腳為數據/地址選擇端，分別給4引腳高低電平，可以控制單片機對諾基亞3310 LCD寫(xiě)數據或者寫(xiě)命令。5引腳為使能端，低電平有效。8引腳為復位端，低電平有效。11引腳接背光燈電源的正級，12引腳接背光燈電源的控制級。9、 10引腳為諾基亞3310 LCD自帶的喇叭，此喇叭用單片機來(lái)控制的聲音效果并不理想，所以改用直流自帶振蕩蜂鳴器。為了避免蜂鳴器和背燈光工作時(shí)對液晶電源造成影響，蜂鳴器和背燈光由5 V的電源來(lái)供電，與液晶電源分開(kāi)。

　　2 軟件系統設計

　　本系統在主程序中運用模塊化結構，使得各個(gè)模塊之間關(guān)系清晰明了。復位分為兩個(gè)部分，以區分上電復位與非上電復位，上電復位執行上電復位初始化程序;運用散轉結構，再根據重要數據3比2表決，實(shí)現無(wú)擾動(dòng)重入;所有控制量(開(kāi)關(guān)量)和接收數據集中處理，提高了處理效率;特殊功能寄存器冗余重置，使整個(gè)系統更穩定地工作。主程序總流程如圖6所示。

　　3 通信模塊功能及算法

　　本無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議模仿OSI分層模型分為以下3層，各層之間相互獨立，靈活性好，適應性強。

　　(1)物理層

　　物理層處于最低層，其任務(wù)是傳送和接收比特流。物理層關(guān)心的問(wèn)題是：如何表示“1”和“O”;如何排除干擾;傳輸是否在兩個(gè)方向上同時(shí)進(jìn)行等。本設計中使用433 MHz高頻發(fā)射模塊和接收模塊作為無(wú)線(xiàn)通信橋梁，固定的頻率限制了數據傳輸在同一時(shí)刻只能在一個(gè)方向上進(jìn)行，所以?xún)蓚€(gè)方向上的數據傳輸要在交替發(fā)生的情況下才能完成。

　　(2)數據鏈路層

　　數據鏈路層使用由物理層提供的服務(wù)，并通過(guò)添加錯誤處理機制將簡(jiǎn)單的數據鏈路改造成可靠的數據鏈路，再提供給應用層。數據鏈路層以碼字為單位傳輸數據，每一碼字包括數據和必要的校驗信息。在此自定義為無(wú)線(xiàn)傳輸協(xié)議(Wireless Transmission Protocol，WTP)。