無線數(shù)傳模塊在遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要  本文介紹了一種在遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中應(yīng)用無線數(shù)傳模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒āυO(shè)計(jì)時(shí)需要解決的一些問題進(jìn)行了討論，并給出了無線數(shù)傳模塊與PC機(jī)串行通信的軟件實(shí)現(xiàn)思路。

關(guān)鍵詞  無線數(shù)傳；協(xié)議；串行口通信
 
    現(xiàn)代世界是一個(gè)信息世界，信息的獲取傳輸也逐步從有線過渡到無線。隨著無線通信事業(yè)的發(fā)展，無線傳輸這一技術(shù)越來越多的為人們所熟悉，相應(yīng)的產(chǎn)品也滲透到社會生活的各個(gè)領(lǐng)域，如無線抄表、數(shù)字圖像傳輸、小區(qū)傳呼、工業(yè)數(shù)據(jù)采集、非接觸RF 智能卡、安全防火系統(tǒng)、區(qū)域報(bào)警系統(tǒng)的數(shù)字信號傳輸?shù)取６@一技術(shù)的最大作用便是優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的效率。本文將此技術(shù)應(yīng)用于無線通信的遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中，使該系統(tǒng)不僅數(shù)據(jù)傳輸效率高，而且結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。

一、遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)組成

1、遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)概述

          圖1 遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)框圖

    遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)主要是對酸雨，水質(zhì)，煙霧濃度等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行集中測量，它是一種由中心站PC機(jī)、無線數(shù)傳模塊與子站PC機(jī)、無線數(shù)傳模塊、數(shù)據(jù)采集器、環(huán)境測定儀所組成的主從式系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

    中心站主要位于城市或地區(qū)的環(huán)境監(jiān)測總站，子站則在城市或地區(qū)的周邊。環(huán)境測定儀有碳?xì)浠衔餃y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(shù)通過數(shù)據(jù)采集器送入子站PC機(jī)中，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、參數(shù)顯示和保存，并隨時(shí)準(zhǔn)備接受中心站的查詢和定時(shí)發(fā)送。每一子站與中心站之間的遠(yuǎn)程通信是采用北京池潤達(dá)公司的W21DM無線數(shù)傳全雙工通信模塊來實(shí)現(xiàn)的。

    中心站、子站與無線數(shù)傳模塊間的通信是通過異步串口來完成的。異步串口采用標(biāo)準(zhǔn)的串口格式即：一個(gè)起始位、八個(gè)數(shù)據(jù)位、一個(gè)停止位。傳輸速率為1200bit/s。

2、 無線數(shù)傳模塊工作過程

         圖2無線數(shù)傳模塊結(jié)構(gòu)圖

    圖2是無線數(shù)傳模塊結(jié)構(gòu)框圖。無線數(shù)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(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)的可靠性，本系統(tǒng)采用全雙工模式。同時(shí)注意在設(shè)置通信時(shí)，必須保證通過串行口將無線數(shù)傳模塊的收發(fā)頻率設(shè)置相同。

 2．1模塊發(fā)送過程：
    當(dāng)模塊收到PC機(jī)的串行口數(shù)據(jù)后，模塊先通過DTR線判斷收到的數(shù)據(jù)是命令還是發(fā)送數(shù)據(jù)，若是命令則執(zhí)行相應(yīng)的命令，若是發(fā)送數(shù)據(jù)則先將要發(fā)送的數(shù)據(jù)送到發(fā)送緩沖區(qū)EERAM中，并同時(shí)將模塊的狀態(tài)由接收狀態(tài)轉(zhuǎn)換成發(fā)射狀態(tài)，狀態(tài)轉(zhuǎn)換完成后啟動(dòng)發(fā)送打包程序，并將這個(gè)數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)送到模塊中的數(shù)據(jù)調(diào)制口以FSK的方式調(diào)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天線發(fā)送出去。這里的數(shù)據(jù)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(guī)可循，而且避免其他信號干擾。具體設(shè)定下面詳細(xì)說明。

2．2模塊的接收過程：
   在接收狀態(tài)下，通過天線接收進(jìn)來的射頻信號經(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，通過中頻濾波器、中頻放大器放大后送到調(diào)制解調(diào)器，以FSK解調(diào)后的數(shù)字信號按照協(xié)議將有效數(shù)據(jù)送到存儲器中，再經(jīng)串行口送到計(jì)算機(jī)。

二、設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)需要考慮的一些問題

1、傳輸協(xié)議
    因?yàn)闊o線通信模塊要對接收進(jìn)來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，就必須能夠鑒別數(shù)據(jù)的真?zhèn)危砸髠鬏敂?shù)據(jù)的雙方建立一種有效協(xié)議使得能夠識別噪聲和有效數(shù)椐。因?yàn)樵肼暿且噪S機(jī)字節(jié)出現(xiàn)的，沒有明顯的結(jié)合方式，噪聲源可能產(chǎn)生任意字節(jié)的組合，所以研究在無線通信的過程中最好能通過一種協(xié)議能有效的抑制噪聲的產(chǎn)生。

    經(jīng)過比較選擇，采用了以下的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議格式：

    Radom 任意內(nèi)容的字節(jié)
    Data   位數(shù)據(jù)包字節(jié)
    Length 為數(shù)據(jù)包包含的Header字節(jié)之后的所有字節(jié)的長度
    Checksum 校驗(yàn)和字節(jié)

    經(jīng)過測試和試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)0xFF 后跟0XAA,0x55 在噪聲中不容易發(fā)生,所以設(shè)置傳輸協(xié)議在數(shù)據(jù)包前加開始字節(jié)0xFF 后跟0xAA,0x55發(fā)送。因?yàn)榈谝粋€(gè)字節(jié)的數(shù)椐在發(fā)送時(shí)容易丟失，所以在協(xié)議的開始加一個(gè)任意內(nèi)容的字節(jié),然后是0xFF 后跟一個(gè)0xAA,0x55;接收協(xié)議規(guī)定只接收以0xFF 后跟0xAA,0x55 開始的包.于是就可以很方便的把以上系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包格式定為以上格式。

2、傳輸頻率
    在無線通信系統(tǒng)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(qū)，中國屬于第三區(qū)。ＩＴＵ對我國的業(yè)余業(yè)務(wù)頻率有專門的分列。而這里設(shè)定的頻段為227.00~223.00MHz，此為國家業(yè)余頻段，也就是說可以自由使用,當(dāng)然如果希望長期專用，則需要申請頻譜許可證，專用該頻段。

    系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸是根據(jù)接受雙方的頻率來判斷是否接受的。所以需要編寫一定的程序完成頻率設(shè)置。如寫頻時(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(jié)，同理BBH：BBH：BBH表示接收頻率。而傳送數(shù)據(jù)時(shí)，DTR置高或懸空。

3、串行數(shù)據(jù)的傳送方式
    由于設(shè)計(jì)采用的是無線傳輸，所以當(dāng)通過串行口將數(shù)據(jù)送到無線數(shù)傳模塊的時(shí)候需要考慮數(shù)據(jù)的傳輸格式。一般來說，通常我們發(fā)送的是字符或者數(shù)字，這時(shí)我們就需要在軟件中根據(jù)ASCII碼的規(guī)則將他們轉(zhuǎn)化為十六進(jìn)制數(shù)形式，以字節(jié)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(shè)計(jì)

    串行口是常用的計(jì)算機(jī)與外部串行設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸通道，而Visual C++6.0是一種功能強(qiáng)大的可視化的面向?qū)ο蟮腤indows編程開發(fā)平臺，利用其進(jìn)行串行通信方便易行，應(yīng)用廣泛。通常情況下VC++中有三種實(shí)現(xiàn)串行通信的編程技術(shù)：1）利用控件MSComm實(shí)現(xiàn)串行通信：在對話框中創(chuàng)建通信控件 MSComm，這種方法簡單易用，但必須拿到對話框中使用，靈活性較差；2）多線程實(shí)現(xiàn)串行通信：在自定義的串行通信類中創(chuàng)建端口監(jiān)視線程，進(jìn)行多線程控制，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(qiáng)，但是系統(tǒng)復(fù)雜；3）在單線程中建立自定義的通信類實(shí)現(xiàn)串行通信；利用VC++的MFC類庫實(shí)現(xiàn)。與控件方法相比，靈活性強(qiáng)，可按不同需要定制靈活的串口通信類來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也比多線程通信結(jié)構(gòu)簡單。

    結(jié)合本設(shè)計(jì)所采用的硬件的特點(diǎn)，以及實(shí)際的運(yùn)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CserialPort實(shí)現(xiàn)負(fù)責(zé)串口的配置，數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t處理以及讀寫。結(jié)構(gòu)如下：


    其中配置串行口采用DCB結(jié)構(gòu)，BOOL ReadByte(char* buff) 和BOOL WriteByte(BYTE，int)函數(shù)為讀寫串行口，為了識別操作是否正確，利用BOOL bWriteRC, bReadRC設(shè)置成功標(biāo)志。同時(shí)設(shè)定DWORD   iBytesWritten，iBytesRead確定字節(jié)的個(gè)數(shù)。在收發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)需要監(jiān)測串行口是不是準(zhǔn)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(yīng)的分為以下幾個(gè)部分：

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

四、總結(jié)

    環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)具有采樣數(shù)據(jù)量大，傳輸距離遠(yuǎn)，以及環(huán)境條件差別大的特點(diǎn)，長期以來數(shù)據(jù)傳輸部分一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。以往系統(tǒng)主要采用MODEM和電話機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信，但由于電話線具有通信速度慢，質(zhì)量差的缺點(diǎn)，已不能滿足現(xiàn)代環(huán)境監(jiān)測的要求。這里應(yīng)用無線數(shù)傳模塊完成遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信，不僅克服了這些缺點(diǎn)，而且大大改善了該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸性能。經(jīng)最終測試該系統(tǒng)不僅可以在條件惡劣干擾大的環(huán)境下進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，而且數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率高，傳輸速度快?？筛鶕?jù)不同需要應(yīng)用于電力、水利、石油、林業(yè)、勘探等領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)：
1、上海桑博電子科技有限公司技術(shù)文檔   2003
2、李現(xiàn)勇 Visual C++串口通信技術(shù)與工程實(shí)踐
          人民郵店出版社  2002年5月
3、 王宏偉 吳建設(shè) 基于VC++6.0的串行通信設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 黃石高等專科學(xué)校學(xué)報(bào) 2003（4）