無線數(shù)傳模塊在遠程環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用
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一、遠程環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)組成
1、遠程環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)概述
圖1 遠程環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)框圖
遠程環(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)進行集中測量，它是一種由中心站PC機、無線數(shù)傳模塊與子站PC機、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)境測定儀有碳氫化合物測定儀MODEL-745、大氣測定儀AFC-125、酸雨測定儀
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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。異步串口采用標準的串口格式即：一個起始位、八個數(shù)據(jù)位、一個停止位。傳輸速率為1200bit/s。
2、 無線數(shù)傳模塊工作過程
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。同時注意在設(shè)置通信時，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。
圖2無線數(shù)傳模塊結(jié)構(gòu)圖
2．1模塊發(fā)送過程：
當模塊收到PC機的串行口數(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)換完成后啟動發(fā)送打包程序，并將這個數(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)串行口送到計算機。
二、設(shè)計系統(tǒng)時需要考慮的一些問題
1、傳輸協(xié)議
因為無線通信模塊要對接收進來的數(shù)據(jù)進行處理，就必須能夠鑒別數(shù)據(jù)的真?zhèn)?，所以要求傳輸?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。因為噪聲是以隨機字節(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 校驗和字節(jié)
經(jīng)過測試和試驗,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。因為第一個字節(jié)的數(shù)椐在發(fā)送時容易丟失，所以在協(xié)議的開始加一個任意內(nèi)容的字節(jié),然后是0xFF 后跟一個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，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，DTR置高或懸空。
3、串行數(shù)據(jù)的傳送方式
由于設(shè)計采用的是無線傳輸，所以當通過串行口將數(shù)據(jù)送到無線數(shù)傳模塊的時候需要考慮數(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)化為十六進制數(shù)形式，以字節(jié)方式傳送。同時也需考慮發(fā)送與接收串口之間的延遲。
三、串行口通信的軟件設(shè)計
串行口是常用的計算機與外部串行設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸通道，而Visual C++6.0是一種功能強大的可視化的面向?qū)ο蟮腤indows編程開發(fā)平臺，利用其進行串行通信方便易行，應(yīng)用廣泛。通常情況
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結(jié)合本設(shè)計所采用的硬件的特點，以及實際的運行環(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CserialPort實現(xiàn)負責(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)置成功標志。同時設(shè)定DWORD iBytesWritten，iBytesRead確定字節(jié)的個數(shù)。在收發(fā)數(shù)據(jù)時需要監(jiān)測串行口是不是準備好，這時就可以檢測m_bPortReady的狀態(tài)。
整個程序的編制也就相應(yīng)的分為以下幾個部分：
配置串口；配置數(shù)傳模塊；讀寫串行口；通信延時處理等。
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，以及環(huán)境條件差別大的特點，長期以來數(shù)據(jù)傳輸部分一直是人們關(guān)注的焦點。以往系統(tǒng)主要采用MODEM和電話機實現(xiàn)遠程通信，但由于電話線具有通信速度慢，質(zhì)量差的缺點，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)傳模塊完成遠程數(shù)據(jù)通信，不僅克服了這些缺點，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)境下進行遠距離傳輸，而且數(shù)據(jù)準確率高，傳輸速度快。可根據(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：
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