【正文】 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書摘要本文設(shè)計(jì)了一種基于PC機(jī)與單片機(jī)構(gòu)成的串口無線通訊方案，研究了實(shí)用的基于RS232 串口的通信協(xié)議，并利用無線模塊nRF905，探討了FSK等調(diào)制方式。通過對方案的設(shè)計(jì)，可以利用單片機(jī)與PC機(jī)組建成低成本、可控性強(qiáng)、使用靈活的控制系統(tǒng)，在工程控制方面體現(xiàn)出單片機(jī)較PLC的優(yōu)勢，同時(shí)也可以由多臺單片機(jī)構(gòu)成無線通信網(wǎng)絡(luò)，為通訊提供無線方案，并且降低了網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)成本，這為個(gè)人組建合適的通訊網(wǎng)絡(luò)提供可行性方案。上位機(jī)控制平臺采用DELPHI開發(fā)工具進(jìn)行編寫，所使用的DELPHI編程工具具有開發(fā)效率高、入門容易、開發(fā)周期短等特點(diǎn)，較之VB優(yōu)勢明顯，更貼近英語格式。因控制系統(tǒng)需要根據(jù)具體的應(yīng)用環(huán)境，本文只介紹了簡單的事例應(yīng)用，控制簡單的單片機(jī)輸入輸出端口。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求和功能實(shí)現(xiàn)，模擬調(diào)試了控制臺控制終端，編寫了控制臺的串口通訊控制軟件，調(diào)試實(shí)現(xiàn)了串口通訊和無線通訊的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了理想的控制命令，介紹了編碼方法以及在實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用了單片無線芯片。介紹了無線模塊的設(shè)計(jì)及其應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)要求，闡述了串口無線通訊在控制中的運(yùn)用，并且展望了串口無線通訊的發(fā)展與未來無限通訊的發(fā)展趨勢。本文還提出了方案的二次開發(fā)和高級應(yīng)用，為二次開發(fā)提供了軟硬件的接口，實(shí)現(xiàn)了知識應(yīng)用及專業(yè)技能的培養(yǎng)，為串口通訊提供了新的方向及發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：RS232； DELPHI；nRF905； AVRMCU； 無線通訊電路AbstractIn this paper,the serial wirelessunication which bassed on practical RS232 serial munication protocol, is constituted by Personal Computersoftware and MCU, and using of wireless modules nRF905, which researchs FSK modulation and so on. The design of the program can be used to unit a systerm,which is controllability, flexible useful and controllable, with Microprocesser and Personal puter. It will no only reflect the advantages of Microprocesser than the PLC in engineering cyberne, but also can be constituted by numbers of Microprocesser with wireless munications chip to build a network munication program. The design provide a wireless programme, and reduce developing costs. It also provide a feasibility programme which is suitable for building private munication network.. Personal puter contol platform is built by DELPHI programming environment, which is used easily, high efficient, short development cycle and so on. The programming environment has many advantages than Visual Bassic programming environment, and it is more close to English. Because of cybernetic systerm being built bassing on practical application environment, The design only introduces a simple example application.According to demant of design and function realization, the design simulated and debuged control platform and terminatecontrolled, programmed control platform software by serail munication. The design carries out a programme which is bined by serial munication and wireless munication. It achieves ideable control mand, and introduces the method coding. It is also experimented by using of a singlechip wireless chip and the function of wireless module circuit. The design advanced secondexploit and advantage application, provided secondexploit software and hadware interface. It also educated speciality knowledge and skills, exhibited programming software.Keywords: RS232。 DELPHI。 nRF905。 AVRMCU；wirelessmunication目錄1 緒論 1 1 2 2 2 系統(tǒng)概述 3 串口通訊原理 3 串口信號線的接法 3 數(shù)字信號調(diào)制解調(diào)方式介紹 4 ASK幅移鍵控法 5 PSK相移鍵控法 6 FSK頻移鍵控法 6 QAM正交幅度調(diào)制法 7 MSK最小移頻鍵控法 7 GMSK高斯濾波最小移頻鍵控法 8 系統(tǒng)框圖 8 上位機(jī)設(shè)計(jì)原理 9 9 12 第3章 各功能部件硬件設(shè)計(jì) 14 無線模塊設(shè)計(jì)及應(yīng)用 14 單片機(jī)串口通訊模塊設(shè)計(jì) 16 演示電路工作原理及設(shè)計(jì) 20 4 軟件流程設(shè)計(jì) 22 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì) 22 單片機(jī)軟件設(shè)計(jì) 23 無線模塊驅(qū)動(dòng)原理 25 Shock Burst TX模式 26 ShockBurst RX模式 28 30 5 調(diào)試實(shí)驗(yàn) 32 上位機(jī)運(yùn)行介紹及截圖 32 下位機(jī)運(yùn)行介紹及截圖 33 6 總結(jié)和展望 35 參考文獻(xiàn) 36 附錄 37 致謝 51 52 1 緒論在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，不可避免的要采用計(jì)算機(jī)串口進(jìn)行通信。而在由一臺PC機(jī)(上位機(jī))和多臺單片機(jī)(下位機(jī))構(gòu)成的分布式控制系統(tǒng)中，往往以PC 機(jī)為上位機(jī)完成較為復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和對前沿機(jī)的監(jiān)督管理，以及對下位機(jī)進(jìn)行多機(jī)協(xié)調(diào)；單片機(jī)主要執(zhí)行上位機(jī)的命令，對來自微機(jī)串行口的命令進(jìn)行操作，完成對被控對象的直接控制并把被控對象的信息上報(bào)給上位機(jī)。實(shí)現(xiàn)PC 機(jī)與多個(gè)單片機(jī)的通信有很多方法，其中通過PC 機(jī)的串口實(shí)現(xiàn)與多臺單片機(jī)的通信是最方便的。在這樣的分布式控制系統(tǒng)中，單片機(jī)與微機(jī)之間的通信是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵。同時(shí)采用無線模塊進(jìn)行通訊范圍和通訊靈活性的擴(kuò)展。本文設(shè)計(jì)了在Windows 環(huán)境下利用Delphi開發(fā)微機(jī)與單片機(jī)通訊無線控制系統(tǒng)，并詳細(xì)的介紹了無線通訊的原理和工作方式，并通過實(shí)物進(jìn)行測試，驗(yàn)證了方案的可行性，為分布式無線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)，并降低了對于大型系統(tǒng)開發(fā)周期長開發(fā)難度大的一般性問題。本文將詳細(xì)的介紹基于DELPHI的PC機(jī)與單片機(jī)無線串口通訊，通過整體系統(tǒng)方案、無線通訊編碼調(diào)制方法、單片機(jī)應(yīng)用及程序設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行詳細(xì)論述。伴隨著集成化工業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展，各個(gè)控制部件間的通訊已提升到了相當(dāng)重要的地位，而開發(fā)便捷、成本低廉的串口通訊方案被廣泛的的運(yùn)用于其中。例如工控經(jīng)常使用到的PLC（Programmable Logic Controller）控制系統(tǒng)就是這樣。串口通訊由于其可靠性高而被PLC（Programmable Logic Controller）所青睞。本文就是根據(jù)這個(gè)特性而設(shè)計(jì)的基于DELPHI的PC機(jī)與單片機(jī)串口無線通訊，將串口的使用更加靈活化，更加突出串口的優(yōu)勢，并且通過串口組建完善的控制網(wǎng)絡(luò)。就目前國內(nèi)外串口通訊來看，串口通訊技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了一定的高度，技術(shù)成果比較完善，但是使用沒有無線網(wǎng)絡(luò)的靈活性，系統(tǒng)受到了較大的限制，為此本著降低投入成本、實(shí)現(xiàn)無線通訊的原則，本文設(shè)計(jì)研究了改串口無線通訊。 本設(shè)計(jì)以體現(xiàn)出串口通訊的靈活性和實(shí)用性為依托，以鍛煉檢驗(yàn)電子信息工程專業(yè)知識為要求，集中鍛煉了電子設(shè)計(jì)在工程控制領(lǐng)域的運(yùn)用，并運(yùn)用了專業(yè)通訊中和信息的調(diào)制與解調(diào)有關(guān)的知識。充分的鍛煉了畢業(yè)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和專業(yè)業(yè)務(wù)運(yùn)用能力，對于整個(gè)項(xiàng)目的管理和開發(fā)流程進(jìn)行了一定的訓(xùn)練，并且結(jié)合實(shí)際運(yùn)用的場所及運(yùn)用的投入成本開發(fā)周期等，進(jìn)行了基本的考察，另外也鍛煉了上位機(jī)設(shè)計(jì)及應(yīng)用軟件編寫。為工程運(yùn)用打下了理論的基礎(chǔ)，為進(jìn)一步在無線局域網(wǎng)的組建奠定可行性論證。對于串口通訊的研究已經(jīng)相當(dāng)成熟，并且有相應(yīng)的上位機(jī)控制端編寫軟件對其進(jìn)行支持，因此對于與單片機(jī)串口通訊功能的實(shí)現(xiàn)較為容易。方案中所涉及到的無線通訊部分的設(shè)計(jì)，采用已經(jīng)成熟的無限模塊產(chǎn)品，確保了通訊的可行性，便于編寫單片機(jī)控制程序和二次開發(fā)使用，將兩者結(jié)合更能體現(xiàn)出串口通訊的實(shí)用性和可開發(fā)性，及無線通訊在通訊信道上的靈活性。而本設(shè)計(jì)所采用的Delphi編譯環(huán)境更是為在Windows下的應(yīng)用軟件編寫提供了更靈活廣闊的前景，因此，本設(shè)計(jì)無論是在理論還是在實(shí)際的運(yùn)用中都是有廣闊的再發(fā)展空間的，為二次開發(fā)奠定了理論基礎(chǔ)和基礎(chǔ)模型。通過實(shí)踐的檢驗(yàn)，本設(shè)計(jì)是完全能夠完成設(shè)計(jì)目的和設(shè)計(jì)要求的。2 系統(tǒng)概述 本設(shè)計(jì)所涉及的系統(tǒng)由上位機(jī)設(shè)計(jì)、單片機(jī)控制的串口更能模塊、無線通訊模塊和演示電路模塊組成，其中上位機(jī)設(shè)計(jì)為應(yīng)用軟件編寫部分，屬于軟件設(shè)計(jì)范疇；單片機(jī)控制的串口功能模塊是串口通訊部分，另外也控制著無線模塊的數(shù)據(jù)的收發(fā)及下位機(jī)功能部件，屬于硬件設(shè)計(jì)及驅(qū)動(dòng)編寫部分；無線通訊模塊為無線通訊模塊，屬于硬件電路設(shè)計(jì)；演示電路為功能電路，可根據(jù)下位機(jī)具體的功能而進(jìn)一步更新，同時(shí)單片機(jī)也可以根據(jù)需要進(jìn)行替換。本章將詳細(xì)介紹各個(gè)功能部件的設(shè)計(jì)原理及應(yīng)用的場合和環(huán)境。 串口通訊原理串行端口的本質(zhì)功能是作為CPU和串行設(shè)備間的編碼轉(zhuǎn)換器。當(dāng)數(shù)據(jù)從 CPU經(jīng)過串行端口發(fā)送出去時(shí)，字節(jié)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行的位。在接收數(shù)據(jù)時(shí)，串行的位被轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)據(jù)。同時(shí)要求設(shè)備之間的波特率數(shù)據(jù)位設(shè)置要相應(yīng)，以保證通訊的正確性。在Windows環(huán)境（Windows NT、Win9Windows2000）下，串口是系統(tǒng)資源的一部分。應(yīng)用程序要使用串口進(jìn)行通信，必須在使用之前向操作系統(tǒng)提出資源申請要求，通信完成后必須釋放資源。較為常用的是使用Windows下的API函數(shù)進(jìn)行串口程序的編寫，由于API函數(shù)的豐富性被大多數(shù)的程序員所青睞。另外一種方法是采用某些開發(fā)環(huán)境的功能組建進(jìn)行編寫，能夠大大的縮短開發(fā)應(yīng)用程序的周期。 串口信號線的接法一個(gè)完整的RS232接口有9根線，采用標(biāo)準(zhǔn)的9芯插頭座。以下的介紹是以9芯的RS232為例。① 主要信號線定義：表21 DB9各引腳定義及功能[14]引腳名稱功能1CD數(shù)據(jù)載波檢測DCD2RXD接收數(shù)據(jù)RXD3TXD發(fā)送數(shù)據(jù)TXD4DTR數(shù)據(jù)終端就緒5GND信號地6DSR數(shù)據(jù)設(shè)備就緒7RTS請求發(fā)送8GTS清除發(fā)送9RI振鈴指示②電氣特性：數(shù)據(jù)傳輸速率最大可到20K bps，最大距離僅15m。③接口的典型應(yīng)用：在工業(yè)控制中串口一般采用三線制，即RXD、TXD、GND三根線，當(dāng)下位機(jī)連接上這三根線即可以完成通訊，RS232采用查分方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，其優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，傳輸誤差小。本設(shè)計(jì)采用此種接法，如有需要可以完全使用9線制的方式進(jìn)行連接。 數(shù)字信號調(diào)制解調(diào)方式介紹我國的調(diào)幅廣播頻率規(guī)定為中波從5351605Mz，短波為230MHz，頻道間隔為9KHz。即每個(gè)電臺的頻帶寬度限制在9KHz內(nèi)。調(diào)頻廣播是調(diào)頻波的載波隨著音頻調(diào)制信號的變化而在載波中心頻率（未調(diào)制以前的中心頻率）兩邊變化，每秒鐘的頻偏變化次數(shù)和音頻信號的調(diào)制頻率一致，如音頻信號的頻率為1KHZ，則載波的頻偏變化次數(shù)也為每秒1K次。頻偏的大小是隨音頻信號的振幅大小而定。 在調(diào)頻發(fā)射機(jī)中允許將最大頻偏限制在75KHZ。我國的調(diào)頻頻率規(guī)定范圍為88108MHZ，本設(shè)計(jì)采用433MHz頻率進(jìn)行無線電信號的傳輸。在數(shù)字通信的三種調(diào)制方式（ASK、FSK、PSK)中，就頻帶利用率和抗噪聲性能（或功率利用率）兩個(gè)方面來看，一般而言，都是PSK系統(tǒng)最佳。所以PSK在中、高速數(shù)據(jù)傳輸中得到了廣泛的應(yīng)用。在本設(shè)計(jì)中無線通訊采用FSK調(diào)制方式，將數(shù)據(jù)調(diào)制傳輸，下文將詳細(xì)介紹各種調(diào)制方法。 ASK幅移鍵控法載波幅度是隨著調(diào)制