作者：聶光義
摘要：具體介紹無線通訊在各種通訊系統中的應用，微控制器mcu與無線收發模組的硬體介面設計，點對多點無線通訊協議的編寫，點對多點無線通訊系統打包與解包的軟體設計。
為無線通訊系統的軟硬體設計提供了可靠的解決方案。
要害詞：無線通訊協議通用序列匯流排中心監控遠端終端
引言 現代世界是乙個高速自動化的世界，各種各樣的裝置除了可以與計算機聯機外，還可以互聯機，而最簡單的自動化聯機方式就是使用序列通訊。隨著時代的進步，它並沒有被取代，後倒是逐漸被廣泛應用。如今，在許多場合有線連線的方式已經不能滿足科技的高速發展。
無線技術正以一種快速的速度進入許多產品，它與線相比主要有成本低，攜帶方便，省去有線佈線的煩惱；非凡適用於手持裝置的通訊、電池供電裝置、遙控、遙測、小型無線網路、無線抄表、門禁系統、小區傳呼、工業資料採集系統、無線標籤身份識別、非接觸rf智慧卡、小型無線資料終端、安全防火系統、無線遙控系統、生物訊號採集、水文氣象監控、機械人控制、無線232資料通訊、無線485/422資料通訊、無線數字語音、數字影象傳輸、智慧型小區不停車收費、銀行智慧型回單系統等。在如此多的無線系統應用中，無線通訊的協議自然顯得非凡重要。無線通訊協議的好壞直接關係到系統的安全性、誤位元速率以及系統執行的速度。
本文以上海桑博科技****的str-2無線收發模組為例，具體介紹無線收發模組與各種微控制器的硬體介面設計，點對多點無線通訊協議的數字打包格式、解包程式以及相關軟體設計。
1 系統概述
1.1鏈狀點對多點系統
圖1所示的系統是由一台中心監控裝置cms（centralmonitoringsystem）和多台遠端終端裝置mrtu（multipleremote termial unit）構成的點對多點的多工無線通訊系統。在中心監控裝置cms與遠端終端rtu（remote termial unit）之間用多台中轉裝置tran作為中轉站，以便起到暫存資料和延伸距離的作用。中轉站之間，以單向通訊方式進行傳遞資料。
（1）適用範圍
*傳輸距離遠的多點多工資料採集；
*條件惡劣、干擾大、多點多工資料採集；
*對時間要求不高的各種複雜無線數傳；
*智慧型小區水、電、煤、曖氣集中抄表系統，各種遠端集中按防報警系統等。
（2）協議資料報格式
協議的第一件事就是能夠識別噪志和有效資料。雜訊是以隨機位元組出現的，沒有明顯的結合方式；雜訊源可以產生任意位元組的組合。在無線通訊的過程中，最好能通過一種協議有效地抑制雜訊的產生。
通過測試和試驗發現，0xff後跟0xaa、0x55在雜訊中不輕易發生。傳輸協議應該在資料報前加開始位元組，0xff後跟0xaa、0x55傳送協議的開始應該是乙個任意內容的位元組（這是因為第乙個位元組的資料在傳送時輕易丟失），然後是0xff後跟乙個0xaa、0x55；接收協議規定只接收以0xff後跟0xaa、0x55開始的包，於是就可以很方便地把以上系統的資料報格式定為：
lead為引導位元組
leader1=0xff；
leader2=0xaa；
leader2=0x55；
header為資料報的命令位元組，由此確定資料報的型別；
length為資料報包含的length位元組之後的所有位元組的長度；
hostid為主機位址；
local為本地機位址；
destination為目標位址；
unit為rtu位址位元組；
data為資料報位元組；
checksum為校驗位元組。
1.2星狀點對多點通訊
圖2系統是由一台中心監控裝置cms和多台遠端終端裝置mrtu構成的點對多點多工無線通訊系統。在中心監控裝置cms與每一台遠端終端rtu都以雙向通訊方式進行傳遞資料；非凡適用於資料量大，對時間要求較高的場合。
（1）適用範圍
*傳輸距離較近的地方；
*條件惡劣、干擾大的地方；
*對時間要求高、資料量大的場合；
*智慧型小區水、電、煤、曖氣集中抄表系統，各種遠端集中安防報警系統等；
*智慧型家用集中控制系統；
*工業測控、工業資料採集；
*醫療器械、健身器材；
*資料倉儲、智慧型商場超市導購；
*餐飲無線點菜系統；
*pda無線數傳；
*水紋氣象監控；
*生物訊號採集；
*油田環境監控；
*銀行智慧型回單系統等。
（2）協議資料報格式
根據圖2可以把系統的資料報格式定為：
lead為引導位元組
leader1=0xff;
leader2=0xaa;
leader2=0x55；
header為資料報的命令位元組，由此確定資料報的型別；
length為資料報包含的length位元組之後的所有位元組的長度；
unit為rtu位址位元組；
data為資料報位元組；
checksum為校驗位元組。
2 硬體設計
上海桑博電子科技****str-2rf模組的核心部分為nrf401，外加精心設計的內建天線，具有體積小（37mm×47mm），功耗低的特點；傳輸距離為200m，最大傳輸速率為20kb/s；外圍介面電路簡單，可直接與微控制器的通用序列口（uart）口連線。圖3所示為硬體框圖。
str-2rf引腳功能如下：
vcc——正電源，接2.7～5.25v;
cs——頻道選擇，cs=0為選擇工作頻道1（即433.92mhz），cs=1為選擇工作頻道2（即433.33mhz）；
dout——資料輸出，連線mcu串列埠rxd；
din——資料輸入，連線mcu串列埠txd；
gnd——電源地；
pwr——節能控制，pwr=1為正常工作狀態，pwr=0為低功耗狀態；
txn——發射接收控制，txn=1時模組為發射狀態，txn=0時模組為接收狀態；
3 軟體設計
在系統中，所有str-2rf模組均採用433.92mhz作為系統工作頻率。下面以星狀點對多點通訊系統為例，具體介紹系統的軟體設計。
（1）主程式設計
為了避免同頻干擾的問題，系統採用時分tdma（timediveisionmultipleaccess）技術，把系統cms與任意一台rtu之間的通訊採用時分的方式分開，cms通過掃瞄的方式與各台rtu裝置進行單台通訊，這樣系統中的cms與rtu的通訊方式就成為點對點的通訊方式。整個點對多點系統的通訊就成為若干個點對點通訊的組合。程式採用c51微控制器語言編寫，其主控程式流程如圖4、圖5所示。
（2）打包與解包
協議將主要資料分割成一定格式的資料，並增加一些額外的資訊（用於糾錯），這個過程叫打包；在接收端協議去掉這些額外資訊，只留下初始資訊，這個過程叫解包。
打包程式如解包程式見網路補充版（
解包子程式流程如圖6所示。
結語 本文中的無線硬體設計、軟體設計解決方案已被多次運用於多種產品、多種系統。目前各種產品、系統執行穩定，無線通訊誤位元速率低、可靠性高、安全性好。文中的軟、硬體設計方案，可適用於各種微控制器，對於無線通訊技術在我國推廣和廣泛的運用有著重要的參考價值。
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