【導(dǎo)讀】證糧庫(kù)儲(chǔ)糧的安全。糧庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)以51單片機(jī)為核心構(gòu)成溫度監(jiān)控系統(tǒng)。線兩種通訊式，有線通訊采用485通訊總線方式。無(wú)線通訊可以采用GSM. 碼，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。有線通訊可靠性高，通訊速度快，但成本。無(wú)線傳輸避免了遠(yuǎn)距離布線所帶來(lái)的損耗大，成本高的缺點(diǎn)。機(jī)直接通過(guò)232串行通訊讀取主控機(jī)理后的數(shù)據(jù)，進(jìn)行集中圖形顯示。

　　

【正文】 選取本器件和使用方法。 哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20 第 3章 無(wú)線數(shù)據(jù)通信 無(wú)線數(shù)據(jù)通信對(duì)于在那些布線困難、環(huán)境惡劣的工業(yè)控制場(chǎng)所，是一種行之有效的數(shù)據(jù)傳輸方法。成功的數(shù)據(jù)傳輸主要取決于兩個(gè)因素 :傳輸信號(hào)的質(zhì)量和傳輸介質(zhì)的特性。由于無(wú)線數(shù)據(jù)信號(hào)直接暴露于空中，一些在有線傳輸方式下采取的抗干擾措施，如屏蔽等，己不再適用。數(shù)據(jù)的傳輸極易受到干擾，因此傳輸過(guò)程中的誤碼是不可避免的。要使數(shù)據(jù)傳輸正確，只能從改進(jìn)傳輸信號(hào)的質(zhì)量下手。方法有兩種 :一種是對(duì)要發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新編碼，使其更適于無(wú)線傳輸 ； 另一種方法是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差錯(cuò)校驗(yàn)，有錯(cuò)時(shí)反 饋重發(fā)。 無(wú)線數(shù)據(jù)通信是在主控機(jī)與各分機(jī)間進(jìn)行，因此，在介紹無(wú)線數(shù)據(jù)通信之前，先來(lái)看一看主控機(jī)的工作原理。 主控機(jī)的整體設(shè)計(jì) 主控機(jī)的結(jié)構(gòu) 主控機(jī)的主要任務(wù)就是通過(guò)無(wú)線通信方式將各分機(jī)的溫度數(shù)據(jù)采集上來(lái)，然后通過(guò)串行口采用 RS232 方式轉(zhuǎn)發(fā)給計(jì)算機(jī)，以供顯示和用戶查詢。因此，主控機(jī)實(shí)際上是一臺(tái)通信處理機(jī)。 無(wú) 線 接 收 電路無(wú) 線 發(fā) 射 電路通 信單 片 機(jī)8 9 C 2 0 5 18 4 5通 信 電 路（ 預(yù) 留 ）看 門 狗 電 路通 信 選 擇 電路2 3 2 通 信 電 路主 單 片 機(jī)8 9 C 5 1數(shù) 碼 管 顯示 器S R A M數(shù)據(jù)選 位地址控 制 端 圖 31 主控機(jī)結(jié)構(gòu)框圖 圖 31 為主控機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖，主控機(jī)的電路結(jié)構(gòu)與分機(jī)基本一樣，不同點(diǎn)主要是在主控機(jī)的通信電路結(jié)構(gòu)上。 哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 21 通信選擇電路 在 主控機(jī)中，主單片機(jī)的串行口既要與通信單片機(jī)交換數(shù)據(jù)，還要與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，而 51 單片機(jī)只有一個(gè)串行口，不能同時(shí)滿足需要，因此，這里采用了通信選擇電路來(lái)對(duì)其進(jìn)行選擇。當(dāng)通信選擇電路的控制端 (電路中為主單片機(jī)的 P16 引腳 )為高電平時(shí)，選中的是 RS232 通信電路，與計(jì)算機(jī)通信 :控制端為低電平時(shí)，選中的是通信單片機(jī) 89C2051，與各分機(jī)進(jìn)行無(wú)線通信。 SETCLRSRI C I 2 3 28 9 C 2 0 5 1u1x2x1f(x1...xn)無(wú) 線 接 收至 計(jì) 算 機(jī)無(wú) 線 發(fā) 射8 9 C 5 1T X D 圖 32 通信選擇電路示意圖 通信發(fā)送選擇電路由三個(gè)門電路構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，如圖 32 所示。如果主控機(jī) 正在與分機(jī)進(jìn)行通信時(shí)，恰好此時(shí)計(jì)算機(jī)也給主控機(jī)發(fā)數(shù)據(jù)，則計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)將不會(huì)被主控機(jī)響應(yīng)。為了解決這一問(wèn)題，使對(duì)來(lái)自計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)能被實(shí)時(shí)響應(yīng)，在實(shí)際電路中，通信選擇電路只是對(duì)主單片機(jī)的發(fā)送端進(jìn)行選擇，而接收端直接與通信單片機(jī)的 TXD 端相連，沒有參與選擇。來(lái)自計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)先送到通信單片機(jī)的 RXD 端，由通信單片機(jī)負(fù)責(zé)接收，無(wú)線通信模塊接收到的數(shù)據(jù)也通過(guò)通信單片機(jī)的 I/O 口送到通信單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行解碼，由通信單片機(jī)對(duì)這兩種數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，然后通過(guò)串行口送到主單片機(jī)的 RXD 端。這樣，就不會(huì)產(chǎn)生通信屏蔽問(wèn)題。而在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí) ，主單片機(jī)因?yàn)槭侵鲃?dòng)發(fā)送，因此可以通過(guò)通信選擇電路來(lái)選擇發(fā)送對(duì)象。 主單片機(jī)與計(jì)算機(jī)和各分機(jī)進(jìn)行通信的程序流程圖如下 : 哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 22 初 始 化選 擇 與 分 機(jī) 通 信發(fā) 出 讀 分 機(jī) 命 令最 大 嘗 試 次 數(shù) N = N 1選 擇 與 P C 機(jī) 通 信延 時(shí) B返 回 程 序 入 口延 時(shí) 。 A分 級(jí) 數(shù) 據(jù) 接 收 成 功N = 0 ?程 序 開 始否否是是 圖 33 主單片機(jī)程序流程圖 哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 23 無(wú)線通信模塊 F05 系列 由于微電子技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線數(shù)傳的發(fā)射電路與接收電路都已實(shí)現(xiàn)模塊化?，F(xiàn)在市面上的無(wú)線數(shù)傳模塊種類繁多，但基本可以分為 3 類 :第一種是采用鎖相環(huán)技術(shù)，晶振穩(wěn)頻，性能比較優(yōu)良，價(jià)格也很昂貴 ； 第二種是采用聲表諧振器，頻率穩(wěn)定度僅次于晶體 ； 另外一種是采用 LC 振蕩器，可靠性不高，價(jià)格也相對(duì)便 宜 . 大多數(shù)無(wú)線收發(fā)模塊芯片都需要進(jìn)行曼徹斯特編碼后才能傳輸，這大大增加了軟件的工作量和產(chǎn)品開發(fā)的難度。本系統(tǒng)選用的安陽(yáng)電子研究所F05 系列收發(fā)模塊可以直接傳送單片機(jī)串口數(shù)據(jù)，避免了雙極性曼徹斯特編碼，使用方便。 F05 系列采用聲表諧振器穩(wěn)頻，頻率穩(wěn)定度僅次于晶體。 F05 具有較寬的工作電壓范圍及低功耗特性，當(dāng)發(fā)射電壓為 3V 時(shí)，發(fā)射電流約 2mA，發(fā)射功率較小， 12V為最佳工作電壓，具有較好的發(fā)射效果，發(fā)射電流約 5～8mA。 F05 對(duì) 2400～ 9600 波特的數(shù)據(jù)信號(hào)具有較好的發(fā)射效率 [10] F05 加小拉桿天線在 開闊區(qū)最大發(fā)射距離約 250 米，在障礙區(qū)相對(duì)要近。如需更遠(yuǎn)的可靠距離，可在 F05 的輸出端加一級(jí)射頻功率放大器。 J04 內(nèi)含放大整形電路，輸出為數(shù)據(jù)信號(hào)可直接至單片機(jī)，使用極為方便。 J04 具有極低功耗， V3 時(shí)只消耗 電流，可長(zhǎng)期處于守機(jī)狀態(tài)。 F05A 工作頻率為 413M，對(duì)應(yīng)頻點(diǎn)的的接收模塊為 J04H， F05B 工作頻率為 315M，對(duì)應(yīng)頻點(diǎn)的的接收模塊為 J0E4。在系統(tǒng)中，主控機(jī)發(fā)送模塊用的是 F05A，接收模塊是 J04E； 各分機(jī)的發(fā)送模塊用的是 F05B，接收模塊是 J04 H。 可靠的數(shù)據(jù)編碼 設(shè)計(jì)原理 由 于無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸只能采用串行發(fā)送，數(shù)據(jù)的串行編碼方式會(huì)影響到傳輸?shù)目煽啃?。不同的編碼有其不同的用途，有些編碼具有強(qiáng)的抗干擾性，可以提高通信的可靠性 ； 有些編碼中含有準(zhǔn)同步脈沖，便于同步處理 ； 有些編碼便于差錯(cuò)控制等。好的編碼方式將帶來(lái)強(qiáng)的抗干擾性。數(shù)據(jù)編碼及控制發(fā)送大都由單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，有的數(shù)傳模塊可以直接與單片機(jī)的串行口相接 (如 RF401 系列， F05 系列等 )，而多數(shù)模塊則需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行曼徹斯特編碼 (一種雙相位編碼格式 )。曼徹斯特碼元波形如圖 35(a)所示，編碼的每一位中間都有一個(gè)跳變，位中間的跳變既作為時(shí)鐘也表示 數(shù)據(jù)。從高到低跳變表示 “ 1” ，從低到高跳變表示“ 0”。這種編碼方式的優(yōu)點(diǎn)是碼元中含有同步信號(hào)，并且不存在直流成分。但是這種編碼方式要求在編程上要有較高的技巧和經(jīng)驗(yàn)，并且需要更多的內(nèi)存和程序容量。 哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 24 1 0 0 1 0 1 1 1 （ b ）（ a ）(a)為曼徹斯特編碼波形 (b)為改進(jìn)的編碼波形 圖 35 兩種編碼波形比較 在系統(tǒng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，如果用單片機(jī)串口送出的數(shù)據(jù) 直接調(diào)制F05A，則收到的數(shù)據(jù)誤碼率很高，經(jīng)分析其原因主要是由于數(shù)據(jù)中連續(xù)出現(xiàn)的“ 0”或“ l”使得調(diào)制脈沖的占空比過(guò)大而引起發(fā)射過(guò)調(diào)制的緣故 。而在沒有數(shù)據(jù)發(fā)送的時(shí)候 (空閑態(tài) )，接收端又極易被干擾，時(shí)常收到一些噪聲數(shù)據(jù) 。如果將頻率適中的方波信號(hào)直接調(diào)制發(fā)射模塊 F05A，則接收端收到的方波信號(hào)波形特別穩(wěn)定。由此總結(jié)出 :分布均勻的方波信號(hào)可以抑制噪聲。這是許多無(wú)線數(shù)傳模塊在使用中都存在的現(xiàn)象。針對(duì)這一問(wèn)題，作者設(shè)計(jì)了一種基于方波的 FKS 編碼調(diào)制電路，取得了良好的收發(fā)效果。 由 F05A 的器件特性可知， F05A 對(duì) ～ 波特的數(shù)據(jù)信號(hào)具有較好的發(fā)射效率。因此本系統(tǒng)選擇 與 ，將要發(fā)送的數(shù)據(jù)分別調(diào)制到這兩種方波中。采用 1 個(gè)周期的 方波代表二進(jìn)制數(shù)“ 0”， 2 個(gè)周期的 方波代表二進(jìn)制數(shù) “ 1”。 總的數(shù)據(jù)發(fā)送速率為 。數(shù)據(jù)的發(fā)送模擬單片機(jī)的串行口。單片機(jī)處于空閑態(tài)時(shí)總線電平為高電平 1，數(shù)據(jù)發(fā)送是從總線被拉為低電平開始的。由于系統(tǒng)中是用 的方波信號(hào)代表數(shù)字 “ 1”。 因此無(wú)數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，信道中始終發(fā)送 的方波信號(hào)。有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，先發(fā)送 1 位起始位“ 0” (對(duì)應(yīng)的為哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 25 一個(gè)周期的 方波 )，然后接下來(lái)便是要發(fā)送的數(shù)據(jù)位，最后是停止位。數(shù)據(jù)總的傳輸速率是 。這樣在傳輸過(guò)程中，數(shù)據(jù)隱含在 2 種方波信號(hào)中，且方波都在最佳傳輸速率中，因此可以有效抑制噪聲數(shù)據(jù)。 例如要發(fā)送的數(shù)據(jù)是 97H (二進(jìn)制 10010111)，相應(yīng)的單片機(jī)串口數(shù)據(jù)波形與基于方波的 FKS 編碼調(diào)制波形如圖 36 所示。 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 ( b )（ a ）圖 36 發(fā)送 97H 時(shí)編碼與不編碼波形的比較 實(shí)現(xiàn)電路及程序 這種編碼調(diào)制方式另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，不需復(fù)雜編程。發(fā)送與接收功能由一片通信單片機(jī) 89C2051 完成。 89C2051 負(fù)責(zé)產(chǎn)生兩種方波信號(hào)(兩種方波時(shí)序要求嚴(yán)格同步，見圖 37)，主單片機(jī)從串口發(fā)送數(shù)據(jù)對(duì)兩種方波進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制后的信號(hào)由 F05A發(fā)射出去 。接收到的數(shù)據(jù)先由 89C2051譯碼，然后將譯碼后的數(shù)據(jù)通過(guò)串行口送給主單片機(jī)處理。 AAA圖 37 兩種方波波形的時(shí)序關(guān)系 發(fā) 送電路如圖 38 所示，其工作原理描述如下 :主單片機(jī)串口輸出的數(shù)哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 26 據(jù) (TXD)控制對(duì)兩種方波信號(hào)進(jìn)行選擇輸出 :TXD=1 時(shí)， 方波送給F05A； TXD=0 時(shí)， 方波送給 F05A。 EN 為數(shù)據(jù)發(fā)送允許端 :數(shù)據(jù)位的發(fā)送是從兩個(gè)方波波形都為負(fù)跳變開始的，此時(shí) EN輸出為低電平。每次發(fā)送數(shù)據(jù)前，主單片機(jī)都要檢測(cè) EN， EN=0， 才允許數(shù)據(jù)發(fā)送。這主要是為保持?jǐn)?shù)據(jù)與方波信號(hào)同步 (在圖 37 中， A 區(qū)即為發(fā)送允許區(qū)間 )，這樣，在每發(fā)送一個(gè)字節(jié)前，信號(hào)都被同步一次，減少了波特率誤差。 發(fā) 送 模 塊接 收 模 塊選擇器P 1 . 0P 1 . 1I n t oT X D+主 單 片 機(jī)R X DP 1 . 0T X D4 . 8 K H Z2 . 4 K H Z 圖 38 發(fā)送電路原理圖 發(fā)送部分無(wú)需編程，主單片機(jī)只要檢測(cè)到 EN=0，即可將要發(fā)送的數(shù)據(jù)字節(jié)寫到串口寄存器 SBUF 中即可。接收與譯碼中斷程序如下 : EXO_INT： ； 外部中斷 0,邊緣觸發(fā) PUSH ACC MOV A； THO ； TO 工作于模式 1，用于計(jì)算方波周期 MOV RO； TLO MOV TLO； 00H MOV THO； 00H JB RV_BUSY,IN_RV； RV_BUSY=1, 表示正在接收 ； RvBUSY=0，空閑態(tài) JB ； NEW_BYTE ； 接收到起始位“ 0” XCH A； R0 JB ； IDLE ； 接收到空閑態(tài)標(biāo)志“ 1” AJMP RV_ERROR IDLE： AJMP RV_EXIT； 空閑態(tài) NEW_BYTE： SETB RV_BUSY 哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 27 CLR RV_BYTE CLR HALF_BIT MOV R2， 09H AJMP RV_EXIT IN_RV： JB ， RV_0 ； 接收到“ 0” XCH A， R0 JB ， RV_1 ； 接收到“ 1” AJMP RV_ERROR RV_1： JBC HALF_BIT， NEW_BITI ； 收到數(shù)字“ 1”的第 2 個(gè)周期，則清除HALFBI， T SETB HALF_BIT ； 收到數(shù)字“ 1”的第 1 個(gè)周期，則置位隊(duì) LFBIT， AJMP RV_EXIT NEW_BIT1： SETB C NEW_BIT0： DJNZ R2， RV_PARITY ； 接收到校驗(yàn)位 MOV A， RV_BYTE RRC A ； 將接收到的數(shù)據(jù)位保存 MOV RV_BYTE， A AMJP RV_EXIT RV_0： CLR C ZJMP NEW_BIT0 RV_PARITY： MOV TB8， C BYTE_END： ； 一個(gè)字節(jié)接收結(jié)束 MOV A， RV_BYTE MOV SBUF， A ； 將收到的字節(jié)發(fā)送給主單片機(jī) CLR RV_BUSY ； 清忙標(biāo)志 AJMP RV_EXIT RV_ERROR： ； 接收出錯(cuò)處理 CLR RV_BUSY CLR HALF_BIT AJMP RV_EXIT RV_EXIT： POP ACC RETI 哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 28 無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)的幀格式 在遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，數(shù)據(jù)大都是以異步方式傳輸?shù)?。在異步?shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，數(shù)據(jù)要么是按字節(jié)一個(gè)接一個(gè)被連續(xù)傳送，要么就是多個(gè)字節(jié)構(gòu)成一個(gè)數(shù)據(jù)幀，然后數(shù)據(jù)是以幀為單位被傳送的。在實(shí)際使用中以