【導(dǎo)讀】展迅速，尤其是控制方面，在智能化、自適應(yīng)、參數(shù)自整定等方面取得顯著成果。性能優(yōu)異的溫度控制器及溫度測試儀器儀表，并在各行業(yè)廣泛應(yīng)用。PTR2020無線通信協(xié)議原理及設(shè)計(jì)………………………本系統(tǒng)以51單片機(jī)為核心，PTR2020芯片性能優(yōu)異，在業(yè)界居領(lǐng)先水平，它的顯著特點(diǎn)是所需外圍元件少，第三章介紹了PTR2020無線通信模塊，第四章介紹了無線遠(yuǎn)程通信的實(shí)現(xiàn)。無人職守的機(jī)站等地點(diǎn)，溫度的測量更是必不可少。是其它測控系統(tǒng)所面臨的問題。站與監(jiān)控中心的距離很遠(yuǎn)，數(shù)據(jù)必須通過遠(yuǎn)程傳輸進(jìn)行交換。2)能夠適應(yīng)于受控系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型難以建立的溫度測試及控制系統(tǒng)的應(yīng)用。對象、控制參數(shù)及特性進(jìn)行自動整定的功能。6)溫度控制系統(tǒng)具有控制精度高、抗干擾力強(qiáng)等特點(diǎn)?？刂破鳛橹?，只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)測控，難于控制滯后、復(fù)雜、時變溫度系統(tǒng)。通訊模塊，采用無線收發(fā)模塊PTR2020. 傳輸，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?、?zhǔn)確性以及及時性。溫度采集模塊，主要單片機(jī)

　　

【正文】 從機(jī)之間不能直接通信。如圖 43 所示 。 圖 43 主從多機(jī)通信 The diagram of host from many machine correspondences AT89C51 單片機(jī)具有 1個 UART 口（通用異步接收 /發(fā)送器），是可編程接口，對串行口的控制都是通過串行口控制寄存器 SCON 和電源控制寄存器 PCON 來完成的。 SCON 和 PCON 都是 特殊功能寄存器 [10]。下文介紹了這兩個特殊功能寄存器控制串口通信的過程。 計(jì)算機(jī) MODEM MODEM MODEM MODEM 單片機(jī) 1 單片機(jī) 2 單片機(jī) n ???? ? ? ???? ? ? 1） SCON （ 98H） 89C51 串行通信的方式選擇、接收和發(fā)送控制以及串行口的狀態(tài)標(biāo)志等均由特殊功能寄存器 SCON 控制和指示，其控制字格式如圖 44 所示： 圖 44 SCON 各位定義 The diagram of SCON bit definition ① SM0 和 SM1 為串口方式控制位，用于設(shè)定串行口的工作方式。 51 單片機(jī)一共有四種串行口工作方式。方式 0 時，串行口的 SBUF（串行數(shù)據(jù)緩沖器）是作為同步 移位寄存器來用的。方式 1是 10位異步收發(fā)的通信方式。方式 2和方式 3 都是 11 位異步收發(fā)的通信方式，只是通信的波特率有所不同。在本測溫系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)與單片機(jī)的多機(jī)通訊時，單片機(jī)的串行口是工作在方式 3。 ② SM2：為多機(jī)通信控制位，主要在方式 2 和方式 3下使用。在方式 0 時，SM2 不用，應(yīng)設(shè)置為 0 狀態(tài)。在方式 1 下， SM2 也應(yīng)設(shè)置為 0，此時 RI 只有在接收電路接收到停止位“ 1”時才被激活成“ 1”，并能自動發(fā)出串行口中斷請求（假設(shè)中斷是開放的）。在方式 2 或方式 3 下，若 SM2 為 0，串行口以單片機(jī)發(fā)送或接收方式工作， RI和 TI以正常方式被激活，但不會引起中斷請求；若 SM2=1和 RB8=1 時 RI 不僅被激活而且會引起中斷請求。 ③ REN：為允許接收控制位。 REN=0，則禁止串行口接收；若 REN=1，則允許串行口接收。 ④ TB8：為發(fā)送數(shù)據(jù)第 9 位，用于在方式 2 和方式 3 時存放發(fā)送數(shù)據(jù)第 9位。 TB8 由軟件置位或復(fù)位。 ⑤ RB8：為接收數(shù)據(jù)第 9 位，用于在方式 2 和方式 3 時存放接收數(shù)據(jù)第 9位。在方式 1下，若 SM2=0，則 RB8 用于存放接收到的停止位。方式 0下，不使用 RB8。 ⑥ TI：為發(fā)送中斷標(biāo)志位，用于指示一幀數(shù)據(jù)發(fā)送完沒 有。在方式 0 下，發(fā)送電路發(fā)送完第 8位數(shù)據(jù)時 TI由硬件置位；在其他方式下 TI 在發(fā)送電路開始發(fā)送停止位時置位。這就是說 TI 在發(fā)送前必須由軟件復(fù)位，發(fā)送完一幀后由硬件置位。因此， CPU 查詢 TI狀態(tài)便可知曉一幀信息是否已發(fā)送完畢。 ⑦ RI：為接收中斷標(biāo)志位，用于指示一幀信息是否接收完。在方式 1下 RI在接收電路接收到第 8 位時由硬件置位；在其他方式下 RI 是在接收電路接收到停止位的中間位置時置位的。 RI也可供 CPU 查詢，以決定 CPU是否需要從“ SBUF（接收）”中提取接收到的字符或數(shù)據(jù)。 RI 也由軟件復(fù)位。 2） PCON 各位的定義（如圖 45）： SMOD：為波特率選擇位。在方式 2 和方式 3 時，串行通信波特率和 2SMOD 成正比。即當(dāng) SMOD=1 時，通信波特率可以提高一倍。 GF0、 GF1：為通用控制位。 PCON 中的其余各位用于 8051 的電源控制 。 圖 45 PCON 各位定義 The diagram of PCON bit definition 3）通信波特率的設(shè)置： 串行通信中另一個重要參數(shù)是通信波特率 [11]。在通信中確保通信成功的前提條件是通信雙方采用相同的波特率。計(jì)算機(jī)的波特率 設(shè)置是通過軟件調(diào)整串口參數(shù)來實(shí)現(xiàn)的，這將會在系統(tǒng)軟件部分詳細(xì)闡述。單片機(jī)的波特率設(shè)置與串行口的工作方式有關(guān)。在方式 0和方式 2下，波特率都是特定的。在方式 1和方式 3下，串行口的波特率是由定時器的溢出率決定的，因而波特率是可變的，相應(yīng)公式為 ： 由上式可以得出定時器 T1 模式 2的初始值 X。 假如，單片機(jī)的時鐘 f OSC=12MHz，串口模式為方式 1， smod=0，假設(shè)單 片機(jī)與微機(jī)的波特率都選為 9600bps。定時器 T1 的初始值為 ： 此時，波特率實(shí)際為： 波特率相對誤差為： 用同樣的計(jì)算方法可得：當(dāng) SMOD=1 時，波特率相對誤差為 %。實(shí)驗(yàn)表明，不論 SMOD=0或 1,單片機(jī)與微機(jī)在這種條件下均不能實(shí)現(xiàn)正常的發(fā)送與接收。若雙方的波特率都取 4800bps，且 SMOD=1 時，波特率相對誤差為 %，實(shí)驗(yàn)證明通信完全可靠。故本系統(tǒng)采用 4800 bps 的波特率進(jìn)行通信。 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn) 在系統(tǒng)中，上位機(jī)只有一臺，作為從機(jī)的下位機(jī)有多臺，它們之間屬多機(jī)通信，由于測溫系統(tǒng)中主機(jī)與從機(jī)的距離比較遠(yuǎn)，因此本系統(tǒng)在下位機(jī)與主機(jī)進(jìn)行通信時采用了無線通信方式。 系統(tǒng) 中作為從機(jī)的多個 AT89C51 單片機(jī)工作在方式 3， SM2設(shè)定為 1。主機(jī)發(fā)送，從機(jī)接收的信息有兩類：一類是地址，用于指定需要和主機(jī)通信的從機(jī)地址，由串行數(shù)據(jù)第九位為“ 1”作為標(biāo)志；另一類是數(shù)據(jù)，由串行數(shù)據(jù)第九位為“ 0”來標(biāo)志 [12]。 由于所有從機(jī)的 SM2=1，僅當(dāng)接收到的第九位數(shù)據(jù)為“ 1”時，數(shù)據(jù)才裝入接收緩沖器 SBUF，并置 RI=1 向 CPU 申請中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)程序；如果接收到的第九位數(shù)據(jù)為“ 0”，則不置位中斷標(biāo)志位 RI，信息不被處理。在中斷服務(wù)程序中，每臺從機(jī)把接收到的從機(jī)地址和自己的地址進(jìn)行比較 ，所有比較不相等的從機(jī)均從各自的中斷服務(wù)程序中退出，此時 SM2仍為 1，只有比較相等的從機(jī)才是被主機(jī)尋址通信的從機(jī)。被尋址的從機(jī)在中斷服務(wù)程序中使得 SM2=0，這樣 不管接下來的數(shù)據(jù)第九位是“ 1”還是“ 0”都產(chǎn)生中斷標(biāo)志 RI，接收到的數(shù)據(jù)裝入SBUF。當(dāng)被尋址從機(jī)完成與主機(jī)的數(shù)據(jù)通信后，重新使 SM2=1，并退出中斷服務(wù)程序，等待下次通信 [13]。 通信協(xié)議如下： 下位機(jī)地址分配為從 00H 起始進(jìn)行編號。 地址 FFH 是對所有下位機(jī)都起作用的一條控制命令，命令各下位機(jī)恢復(fù) SM2=1 狀態(tài)。 主機(jī) 和從機(jī)的聯(lián)絡(luò)過程為：主機(jī)首先發(fā)送地址幀，被尋址的下位機(jī)返回本機(jī)地址給主機(jī)，在判斷地址相符后主機(jī)給被尋址從機(jī)發(fā)送檢測命令，被尋址從機(jī)收到命令向主機(jī)發(fā)送開始標(biāo)志“ T”，然后連續(xù)三次發(fā)送數(shù)據(jù)，最后發(fā)送結(jié)束標(biāo)志碼“ SP”表示數(shù)據(jù)發(fā)送完畢 (“ ”為下位機(jī)編號 ) 。 假定主機(jī)的命令代碼為： 00：要求從機(jī)接收數(shù)據(jù)； 01：要求從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)； 其它：非法命令。 無線通信的硬件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)無線通信采用的是 PTR2020 無線發(fā)送接收模塊。 PTR2020 不但體積小，而且它有一個顯著的優(yōu)點(diǎn)就是可以 和單片機(jī)直接相連接。連接的方法也非常簡單。用 PTR2020 無線 MODEM 的 DI 連接單片機(jī)串口的發(fā)送。 PTR2020 無線MODEM 的 DO 連接單片機(jī)串口的接收?？梢杂脝纹瑱C(jī)的 I/O 控制模塊的發(fā)射控制、頻道轉(zhuǎn)換和低功耗模式。 無線發(fā)射電路的設(shè)計(jì) PTR200 無線 MODEM 的數(shù)據(jù)輸入端 DI 和 DO 分別同單片機(jī) 89C51 的串行數(shù)據(jù)輸出端 TXD、 RXD 相連，使之實(shí)現(xiàn) PTR2020 與單片機(jī)的數(shù)據(jù)共享，把數(shù)字式溫度傳感器 DS1820 采集到的數(shù)據(jù)通過 PTR2020 無線 MODEM 發(fā)射出去。把 PTR2020 的其他端口同單片機(jī)的 I/O 相連：節(jié)能控制段 PWR 同 相連，發(fā)射接收控制端TXEN 同 相連。頻道選擇端 CS 與電源相連，選擇工作頻道 2 即 434. 33MHz。電路如圖 46所示。 圖 46 無線發(fā)射電路 The diagram of wireless transmission circuit 無線接收電路的設(shè)計(jì) 在接收電路中，同樣是 PTR200 無線 MODEM 的數(shù)據(jù)輸入端 DI 和 DO分別同單片機(jī) 89C51 的串行數(shù)據(jù)輸 出端 TXD、 RXD 相連，使之實(shí)現(xiàn) PTR2020 與單片機(jī)的數(shù)據(jù)共享，把 PTR2020 無線 MODEM 接收到的數(shù)據(jù)通過串口送入主控單片機(jī)。如圖47所示。 單片機(jī)與上位機(jī) PC 機(jī)進(jìn)行通信，可以完成控制命令和數(shù)據(jù)的傳輸。由于89C51 單片機(jī)輸入、輸出電平為 TTL 電平，而 PC 機(jī)配置的是 RS232C 標(biāo)準(zhǔn)串行接口，二者的電氣規(guī)范不一致，因此，要完成 PC 機(jī)與單片機(jī)的數(shù)據(jù)通信必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用了通用串行口電平轉(zhuǎn)換芯片 MAX232， MAX232 芯片是 MAXIM公司生產(chǎn)的，包含兩路接收器和驅(qū)動器的 IC 芯片，適用于 各種 EIA232C 和 V. 28/V. 24 的通信接口。 MAX232 芯片內(nèi)部有一個電源電壓變換器，可以將 +5V 電源電壓變換成 RS232C 輸出電平所需要的177。 10V電壓。所以，采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只需要單一的 +5V 電源就可以了，加上其價格比較便宜，所以在本系統(tǒng)中選用了這塊接口芯片?，F(xiàn)從 MAX232 芯片中兩路發(fā)送接收中任選一路作為TXEN VCC CS GND DO DI PWR PTR2020 VCC 330uH AT89C51 TXD RXD 接口，如圖 46， T1IN接單片機(jī)的發(fā)送端 TXD，則 PC 機(jī)的 RS232 的接收端 RXD一定要對應(yīng)接 T1OUT引腳。同時， R1OUT接單片機(jī)的 RXD引腳， PC機(jī)的 RS232 的 發(fā)送端 TXD 對應(yīng)接 R1IN引腳。實(shí)際應(yīng)用中，器件對電源噪聲很敏感。因此， Vcc 必須要對地加去耦電容 C5，其值為 F。電容 C1， C2， C3， C4 取同樣數(shù)值的鉭電解電容 F/16V，用以提高抗干擾能力，在連接時盡量靠近器件 [14]。 圖 47 無線接收電路 The diagram of wireless receive circuit PTR2020 對傳輸信號的調(diào)制和解調(diào)： 通訊中傳輸?shù)男盘柺菙?shù)字信號（方波脈沖序列），它要求通訊媒介必須有比方波本身頻率更寬的頻率，否則高頻分 量將被濾掉，使方波出現(xiàn)毛刺而變形。為了解決這一問題，在發(fā)送時， PTR2020 利用調(diào)制手段將數(shù)字方波信號變換成能在通訊線上傳輸而不受影響的正弦波信號。接收時，利用解調(diào)將正弦信號還原成數(shù)字方波信號，這樣才能保證在傳播過程中信號不受干擾且沒有衰減 參考文獻(xiàn) [1] 莫曉軍 ，張化光 . 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