基于單片機的多機無線短信通信系統(tǒng)設計

　　現(xiàn)代通信技術的迅速發(fā)展使得許多應用領域都采用無線的通信方式進行數(shù)據(jù)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，廣泛應用于各類的無線遙控器、無線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字節(jié)數(shù)據(jù)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制作多機無線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線傳輸協(xié)議，實現(xiàn)任意兩機之間的多個字節(jié)數(shù)據(jù)通信。

　　1 硬件系統(tǒng)設計

　　本系統(tǒng)主要由PICl6F877A單片機構成控制系統(tǒng)，周圍4個模塊分別是：按鍵輸入模塊、顯示輸出模塊、接收模塊和發(fā)射模塊。系統(tǒng)整體結構框圖如圖1所示。

　　1.1 主機電路的設計

　　由于系統(tǒng)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)射和接收的短信進行存儲，要用到EEPROM數(shù)據(jù)存儲器模塊，EEPROM數(shù)據(jù)存儲器存儲的內(nèi)容掉電時不會丟失;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(diào)制CCP模塊;發(fā)射、接收以及時鐘均要用到獨立的定時器，所要求的定時器的個數(shù)不少于3個。基于設計需要，采用Microchip公司的PICl6F877A芯片作為系統(tǒng)的主控制器。該電路主要由主控芯片、晶體振蕩電路和在線仿真接口組成，如圖2所示。設計中使用MCLR、RB6、RB7三個接口作為在線仿真接口。

　　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起振并發(fā)射等幅高頻信號，當控制腳為低電平時停止振蕩。因此，可以用控制腳對高頻電路完成幅度鍵控(ASK調(diào)制)，相當于調(diào)制度為100%的調(diào)幅。當接收模塊接收到433 MHz的等幅高頻信號時，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與發(fā)射控制腳的高低電平變化相對應。多個接收模塊可以同時接收到同一個發(fā)射模塊發(fā)射的信號，可以實現(xiàn)一機發(fā)送，多機同時接收。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，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，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(diào)制)，相當于調(diào)制度為100%的調(diào)幅。當接收模塊接收到433 MHz的等幅高頻信號時，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(xiàn)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點陣的液晶屏，一屏可顯示4×7個(12×12點陣)漢字，或6×14個(6×8點陣)英文、數(shù)字、標點符號等字符。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，2引腳為SCLK，3引腳為SDIN。4引腳為數(shù)據(jù)/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寫數(shù)據(jù)或者寫命令。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對液晶電源造成影響，蜂鳴器和背燈光由5 V的電源來供電，與液晶電源分開。

　　2 軟件系統(tǒng)設計

　　本系統(tǒng)在主程序中運用模塊化結構，使得各個模塊之間關系清晰明了。復位分為兩個部分，以區(qū)分上電復位與非上電復位，上電復位執(zhí)行上電復位初始化程序;運用散轉結構，再根據(jù)重要數(shù)據(jù)3比2表決，實現(xiàn)無擾動重入;所有控制量(開關量)和接收數(shù)據(jù)集中處理，提高了處理效率;特殊功能寄存器冗余重置，使整個系統(tǒng)更穩(wěn)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

　　本無線通信協(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，其任務是傳送和接收比特流。物理層關心的問題是：如何表示“1”和“O”;如何排除干擾;傳輸是否在兩個方向上同時進行等。本設計中使用433 MHz高頻發(fā)射模塊和接收模塊作為無線通信橋梁，固定的頻率限制了數(shù)據(jù)傳輸在同一時刻只能在一個方向上進行，所以兩個方向上的數(shù)據(jù)傳輸要在交替發(fā)生的情況下才能完成。

　　(2)數(shù)據(jù)鏈路層

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