無(wú)線(xiàn)數傳模塊在遠程環(huán)境監測系統中的應用

摘要  本文介紹了一種在遠程環(huán)境監測系統中應用無(wú)線(xiàn)數傳模塊實(shí)現數據傳輸的方法。對設計時(shí)需要解決的一些問(wèn)題進(jìn)行了討論，并給出了無(wú)線(xiàn)數傳模塊與PC機串行通信的軟件實(shí)現思路。

關(guān)鍵詞  無(wú)線(xiàn)數傳；協(xié)議；串行口通信
 
    現代世界是一個(gè)信息世界，信息的獲取傳輸也逐步從有線(xiàn)過(guò)渡到無(wú)線(xiàn)。隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)通信事業(yè)的發(fā)展，無(wú)線(xiàn)傳輸這一技術(shù)越來(lái)越多的為人們所熟悉，相應的產(chǎn)品也滲透到社會(huì )生活的各個(gè)領(lǐng)域，如無(wú)線(xiàn)抄表、數字圖像傳輸、小區傳呼、工業(yè)數據采集、非接觸RF 智能卡、安全防火系統、區域報警系統的數字信號傳輸等。而這一技術(shù)的最大作用便是優(yōu)化數據傳輸系統的效率。本文將此技術(shù)應用于無(wú)線(xiàn)通信的遠程環(huán)境監測系統中，使該系統不僅數據傳輸效率高，而且結構簡(jiǎn)單，操作方便。

一、遠程環(huán)境監控系統組成

1、遠程環(huán)境監控系統概述

          圖1 遠程環(huán)境監測系統框圖

    遠程環(huán)境監測系統主要是對酸雨，水質(zhì)，煙霧濃度等環(huán)境參數進(jìn)行集中測量，它是一種由中心站PC機、無(wú)線(xiàn)數傳模塊與子站PC機、無(wú)線(xiàn)數傳模塊、數據采集器、環(huán)境測定儀所組成的主從式系統。系統結構如圖1所示。

    中心站主要位于城市或地區的環(huán)境監測總站，子站則在城市或地區的周邊。環(huán)境測定儀有碳氫化合物測定儀MODEL-745、大氣測定儀AFC-125、酸雨測定儀AR-107SNA、COD測定儀VS-3951等,他們收集的各種環(huán)境參數通過(guò)數據采集器送入子站PC機中，進(jìn)行數據處理、參數顯示和保存，并隨時(shí)準備接受中心站的查詢(xún)和定時(shí)發(fā)送。每一子站與中心站之間的遠程通信是采用北京池潤達公司的W21DM無(wú)線(xiàn)數傳全雙工通信模塊來(lái)實(shí)現的。

    中心站、子站與無(wú)線(xiàn)數傳模塊間的通信是通過(guò)異步串口來(lái)完成的。異步串口采用標準的串口格式即：一個(gè)起始位、八個(gè)數據位、一個(gè)停止位。傳輸速率為1200bit/s。

2、 無(wú)線(xiàn)數傳模塊工作過(guò)程

         圖2無(wú)線(xiàn)數傳模塊結構圖

    圖2是無(wú)線(xiàn)數傳模塊結構框圖。無(wú)線(xiàn)數傳模塊的工作方式有全雙工和半雙工兩種，為了能充分測試系統傳輸數據的可靠性，本系統采用全雙工模式。同時(shí)注意在設置通信時(shí)，必須保證通過(guò)串行口將無(wú)線(xiàn)數傳模塊的收發(fā)頻率設置相同。

 2．1模塊發(fā)送過(guò)程：
    當模塊收到PC機的串行口數據后，模塊先通過(guò)DTR線(xiàn)判斷收到的數據是命令還是發(fā)送數據，若是命令則執行相應的命令，若是發(fā)送數據則先將要發(fā)送的數據送到發(fā)送緩沖區EERAM中，并同時(shí)將模塊的狀態(tài)由接收狀態(tài)轉換成發(fā)射狀態(tài)，狀態(tài)轉換完成后啟動(dòng)發(fā)送打包程序，并將這個(gè)數據包的數據送到模塊中的數據調制口以FSK的方式調制成模擬信號, 與鎖相環(huán)中的振蕩信號一起送混頻器，升頻后的射頻信號再經(jīng)發(fā)射放大器、功率放大器放大后通過(guò)天線(xiàn)發(fā)送出去。這里的數據打包要遵從事先定義好的傳輸協(xié)議，這樣才可以使接收雙方有規可循，而且避免其他信號干擾。具體設定下面詳細說(shuō)明。

2．2模塊的接收過(guò)程：
   在接收狀態(tài)下，通過(guò)天線(xiàn)接收進(jìn)來(lái)的射頻信號經(jīng)射頻發(fā)大器后，與鎖相環(huán)中的振蕩信號一起送到混頻器，降頻后的中頻信號，通過(guò)中頻濾波器、中頻放大器放大后送到調制解調器，以FSK解調后的數字信號按照協(xié)議將有效數據送到存儲器中，再經(jīng)串行口送到計算機。

二、設計系統時(shí)需要考慮的一些問(wèn)題

1、傳輸協(xié)議
    因為無(wú)線(xiàn)通信模塊要對接收進(jìn)來(lái)的數據進(jìn)行處理，就必須能夠鑒別數據的真偽，所以要求傳輸數據的雙方建立一種有效協(xié)議使得能夠識別噪聲和有效數椐。因為噪聲是以隨機字節出現的，沒(méi)有明顯的結合方式，噪聲源可能產(chǎn)生任意字節的組合，所以研究在無(wú)線(xiàn)通信的過(guò)程中最好能通過(guò)一種協(xié)議能有效的抑制噪聲的產(chǎn)生。

    經(jīng)過(guò)比較選擇，采用了以下的數據傳輸協(xié)議格式：

    Radom 任意內容的字節
    Data   位數據包字節
    Length 為數據包包含的Header字節之后的所有字節的長(cháng)度
    Checksum 校驗和字節

    經(jīng)過(guò)測試和試驗,發(fā)現0xFF 后跟0XAA,0x55 在噪聲中不容易發(fā)生,所以設置傳輸協(xié)議在數據包前加開(kāi)始字節0xFF 后跟0xAA,0x55發(fā)送。因為第一個(gè)字節的數椐在發(fā)送時(shí)容易丟失，所以在協(xié)議的開(kāi)始加一個(gè)任意內容的字節,然后是0xFF 后跟一個(gè)0xAA,0x55;接收協(xié)議規定只接收以0xFF 后跟0xAA,0x55 開(kāi)始的包.于是就可以很方便的把以上系統的數據包格式定為以上格式。

2、傳輸頻率
    在無(wú)線(xiàn)通信系統中傳輸頻率也是至關(guān)重要的，在為劃分和合理使用頻率，國際電信聯(lián)盟（ＩＴＵ）將世界分為三個(gè)區，中國屬于第三區。ＩＴＵ對我國的業(yè)余業(yè)務(wù)頻率有專(zhuān)門(mén)的分列。而這里設定的頻段為227.00~223.00MHz，此為國家業(yè)余頻段，也就是說(shuō)可以自由使用,當然如果希望長(cháng)期專(zhuān)用，則需要申請頻譜許可證，專(zhuān)用該頻段。

    系統中數據的遠距離傳輸是根據接受雙方的頻率來(lái)判斷是否接受的。所以需要編寫(xiě)一定的程序完成頻率設置。如寫(xiě)頻時(shí)，把DTR置低，指令格式為：D7H：FFH：AAH：AAH：AAH：BBH：BBH：BBH，AAH：AAH：AAH表示發(fā)射頻率，如229.100MHz表示為22H：91H：00H三字節，同理BBH：BBH：BBH表示接收頻率。而傳送數據時(shí)，DTR置高或懸空。

3、串行數據的傳送方式
    由于設計采用的是無(wú)線(xiàn)傳輸，所以當通過(guò)串行口將數據送到無(wú)線(xiàn)數傳模塊的時(shí)候需要考慮數據的傳輸格式。一般來(lái)說(shuō)，通常我們發(fā)送的是字符或者數字，這時(shí)我們就需要在軟件中根據ASCII碼的規則將他們轉化為十六進(jìn)制數形式，以字節方式傳送。同時(shí)也需考慮發(fā)送與接收串口之間的延遲。

三、串行口通信的軟件設計

    串行口是常用的計算機與外部串行設備之間的數據傳輸通道，而Visual C++6.0是一種功能強大的可視化的面向對象的Windows編程開(kāi)發(fā)平臺，利用其進(jìn)行串行通信方便易行，應用廣泛。通常情況下VC++中有三種實(shí)現串行通信的編程技術(shù)：1）利用控件MSComm實(shí)現串行通信：在對話(huà)框中創(chuàng )建通信控件 MSComm，這種方法簡(jiǎn)單易用，但必須拿到對話(huà)框中使用，靈活性較差；2）多線(xiàn)程實(shí)現串行通信：在自定義的串行通信類(lèi)中創(chuàng )建端口監視線(xiàn)程，進(jìn)行多線(xiàn)程控制，并在指定的事件發(fā)生時(shí)向相關(guān)的窗口發(fā)送通知消息。該方法實(shí)時(shí)性強，但是系統復雜；3）在單線(xiàn)程中建立自定義的通信類(lèi)實(shí)現串行通信；利用VC++的MFC類(lèi)庫實(shí)現。與控件方法相比，靈活性強，可按不同需要定制靈活的串口通信類(lèi)來(lái)實(shí)現，同時(shí)也比多線(xiàn)程通信結構簡(jiǎn)單。

    結合本設計所采用的硬件的特點(diǎn)，以及實(shí)際的運行環(huán)境，最終選擇第三種方式完成串行口通信。

程序流程圖如下：

 
圖3  程序流程圖

    在程序中利用類(lèi)CserialPort實(shí)現負責串口的配置，數據傳輸的延遲處理以及讀寫(xiě)。結構如下：


    其中配置串行口采用DCB結構，BOOL ReadByte(char* buff) 和BOOL WriteByte(BYTE，int)函數為讀寫(xiě)串行口，為了識別操作是否正確，利用BOOL bWriteRC, bReadRC設置成功標志。同時(shí)設定DWORD   iBytesWritten，iBytesRead確定字節的個(gè)數。在收發(fā)數據時(shí)需要監測串行口是不是準備好，這時(shí)就可以檢測m_bPortReady的狀態(tài)。

    整個(gè)程序的編制也就相應的分為以下幾個(gè)部分：

    配置串口；配置數傳模塊；讀寫(xiě)串行口；通信延時(shí)處理等。

四、總結

    環(huán)境監測系統具有采樣數據量大，傳輸距離遠，以及環(huán)境條件差別大的特點(diǎn)，長(cháng)期以來(lái)數據傳輸部分一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。以往系統主要采用MODEM和電話(huà)機實(shí)現遠程通信，但由于電話(huà)線(xiàn)具有通信速度慢，質(zhì)量差的缺點(diǎn)，已不能滿(mǎn)足現代環(huán)境監測的要求。這里應用無(wú)線(xiàn)數傳模塊完成遠程數據通信，不僅克服了這些缺點(diǎn)，而且大大改善了該系統的數據傳輸性能。經(jīng)最終測試該系統不僅可以在條件惡劣干擾大的環(huán)境下進(jìn)行遠距離傳輸，而且數據準確率高，傳輸速度快?？筛鶕煌枰獞糜陔娏?、水利、石油、林業(yè)、勘探等領(lǐng)域。

參考文獻：
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