【正文】 d secondexploit software and hadware interface. It also educated speciality knowledge and skills, exhibited programming software.Keywords: RS232。 nRF905。而在由一臺PC機(上位機)和多臺單片機(下位機)構(gòu)成的分布式控制系統(tǒng)中，往往以PC 機為上位機完成較為復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和對前沿機的監(jiān)督管理，以及對下位機進(jìn)行多機協(xié)調(diào)；單片機主要執(zhí)行上位機的命令，對來自微機串行口的命令進(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給上位機。在這樣的分布式控制系統(tǒng)中，單片機與微機之間的通信是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵。本文設(shè)計了在Windows 環(huán)境下利用Delphi開發(fā)微機與單片機通訊無線控制系統(tǒng)，并詳細(xì)的介紹了無線通訊的原理和工作方式，并通過實物進(jìn)行測試，驗證了方案的可行性，為分布式無線控制系統(tǒng)的設(shè)計奠定了基礎(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。伴隨著集成化工業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展，各個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用于其中。串口通訊由于其可靠性高而被PLC（Programmable Logic Controller）所青睞。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、實現(xiàn)無線通訊的原則，本文設(shè)計研究了改串口無線通訊。充分的鍛煉了畢業(yè)生的實踐動手能力和專業(yè)業(yè)務(wù)運用能力，對于整個項目的管理和開發(fā)流程進(jìn)行了一定的訓(xùn)練，并且結(jié)合實際運用的場所及運用的投入成本開發(fā)周期等，進(jìn)行了基本的考察，另外也鍛煉了上位機設(shè)計及應(yīng)用軟件編寫。對于串口通訊的研究已經(jīng)相當(dāng)成熟，并且有相應(yīng)的上位機控制端編寫軟件對其進(jìn)行支持，因此對于與單片機串口通訊功能的實現(xiàn)較為容易。而本設(shè)計所采用的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)計無論是在理論還是在實際的運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。2 系統(tǒng)概述 本設(shè)計所涉及的系統(tǒng)由上位機設(shè)計、單片機控制的串口更能模塊、無線通訊模塊和演示電路模塊組成，其中上位機設(shè)計為應(yīng)用軟件編寫部分，屬于軟件設(shè)計范疇；單片機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)及下位機功能部件，屬于硬件設(shè)計及驅(qū)動編寫部分；無線通訊模塊為無線通訊模塊，屬于硬件電路設(shè)計；演示電路為功能電路，可根據(jù)下位機具體的功能而進(jìn)一步更新，同時單片機也可以根據(jù)需要進(jìn)行替換。 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。在接收數(shù)據(jù)時，串行的位被轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)據(jù)。在Windows環(huán)境（Windows NT、Win9Windows2000）下，串口是系統(tǒng)資源的一部分。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。 串口信號線的接法一個完整的RS232接口有9根線，采用標(biāo)準(zhǔn)的9芯插頭座。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。本設(shè)計采用此種接法，如有需要可以完全使用9線制的方式進(jìn)行連接。即每個電臺的頻帶寬度限制在9KHz內(nèi)。頻偏的大小是隨音頻信號的振幅大小而定。 在調(diào)頻發(fā)射機中允許將最大頻偏限制在75KHZ。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）兩個方面來看，一般而言，都是PSK系統(tǒng)最佳。在本設(shè)計中無線通訊采用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。其最簡單的形式是，載波在二進(jìn)制調(diào)制信號控制下通斷， 這種方式還可稱作通斷鍵控或開關(guān)鍵控(OOK)。 調(diào)制類型：2ASK,MASK。MASK，又稱多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制法。但在許多實際的數(shù)字傳輸系統(tǒng)中卻往往采用多進(jìn)制的數(shù)字調(diào)制方式。但由此付出的代價是增加信號功率和實現(xiàn)上的復(fù)雜性。加寬碼元寬度，就會增加信號碼元的能量，也能減小由于信道特性引起的碼間干擾的影響等。這說明MASK應(yīng)用對SNR的要求比普通OOK要高。即在符號速率相同的情況下，二者具有相同的功率譜。 PSK相移鍵控法 根據(jù)數(shù)字基帶信號的兩個電平使載波相位在兩個不同的數(shù)值之間切換的一種相位調(diào)制方法。②選擇法：用數(shù)字基帶信號去對相位相差180度的兩個載波進(jìn)行選擇。 S PSK =AS DIG (T)COS(W 0 T+O 0 ) 式中：S DIG (T)=1或1 解調(diào)方法：只能采用相干解調(diào)。 FSK頻移鍵控法FSK是信息傳輸中使用得較早的一種調(diào)制方式，它的主要優(yōu)點是： 實現(xiàn)起來較容易，抗噪聲與抗衰減的性能較好。所謂FSK就是用數(shù)字信號去調(diào)制載波的頻率。 解調(diào)方法：相干法和非相干法。 在上述三種基本的調(diào)制方法之外，隨著大容量和遠(yuǎn)距離數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了一些新的問題，主要是信道的帶寬限制和非線性對傳輸信號的影響。這些技術(shù)的研究，主要是圍繞充分節(jié)省頻譜和高效率的利用頻帶展開的。從傳統(tǒng)數(shù)字調(diào)制技術(shù)擴展的技術(shù)有最小移頻鍵控（MSK）、高斯濾波最小移頻鍵控（GMSK）、正交幅度調(diào)制（QAM）、正交頻分復(fù)用調(diào)制（OFDM）等等。Hz，若利用正交載波調(diào)制技術(shù)傳輸ASK信號，可使頻帶利用率提高一倍。能夠完成這種任務(wù)的技術(shù)稱為正交幅度調(diào)制（QAM）。通常有二進(jìn)制 QAM，四進(jìn)制QAM（16QAM），八進(jìn)制QAM（64QAM）等。因此，對己調(diào)信號有兩點要求，一是要求包絡(luò)恒定；二是具有最小功率譜占用率。現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)的關(guān)鍵在于相位變化的連續(xù)性，從而減少頻率占用。 MSK（最小頻移鍵控）是移頻鍵控FSK的一種改進(jìn)形式。所謂MSK方式，就是FSK信號的相位始終保持連續(xù)變化的一種特殊方式。MSK使用相干載波最佳接收機解調(diào)。 在GSM系統(tǒng)中，為了滿足移動通信對鄰信道干擾的嚴(yán)格要求，采用高斯濾波最小移頻鍵調(diào)制方式（GMSK），該調(diào)制方式的調(diào)制速率為270833Kbit/sec，每個時分多址TDMA幀占用一個時隙來發(fā)送脈沖簇，其脈沖簇的速率為33．86Kbs。 系統(tǒng)框圖PC控制端單片機232接口控制模塊無線模塊電路收發(fā)無線電波單片機被控部件硬件電路無線模塊電路收發(fā)無線電波無線電波圖 21 系統(tǒng)整體框圖 上位機設(shè)計原理本設(shè)計采用Delphi編程環(huán)境進(jìn)行上位機的控制端的編寫，方便快捷的開發(fā)過程是該環(huán)境的突出優(yōu)點，Delphi是Borland公司推出的基于Windows環(huán)境的快速程序開發(fā)工具。Delphi是一款功能強大的集成開發(fā)環(huán)境，和以往Delphi的每一個新版本一樣，本設(shè)計所采用的Delphi 7繼續(xù)改善了開發(fā)環(huán)境，幫助程序員提高效率。 1）Code Complete（代碼完成） Code Complete功能在Delphi 5中就已經(jīng)加入了，這項功能非常受程序員的歡迎，因為Code Complete可以大幅度地減少程序員需要鍵入的程序代碼，并且減少鍵入錯誤。Delphi 7的Code Complete窗口加入了色彩分析，以及對對象分門別類的能力。另外，程序員在新的Code Complete窗口中選擇使用某個方法之后，Code Complete會自動地在方法名稱之后加上“（）；”字符，把光標(biāo)停在圓括號之中，并且自動顯示這個方法需要的所有參數(shù)，Delphi的確比以前更聰明更方便了。這個新的窗口除了可以顯示窗體中所有的對象之外，也可以以分層方式表達(dá)組件之間的關(guān)系。當(dāng)窗體復(fù)雜，擁有大量的組件時，Object Tree View窗口可以讓用戶迅速找到這個組件，并且知道與當(dāng)前組件相關(guān)的組件，非常方便。 3）可定制的View窗口 Delphi 7最強勁的集成開發(fā)環(huán)境功能應(yīng)該要算是新的可定制的View窗口了。 4）新添加Indy Intercepts和Indy I/O Handler構(gòu)件組 企業(yè)版的Delphi 7 中，這兩個構(gòu)件組基本上提供了針對現(xiàn)今流行的Internet協(xié)議編程的構(gòu)件。 5）新添加IW Standard、IW Data、IW Client Side和IW Control構(gòu)件組 這些構(gòu)件也是Delphi 7的顯著改革之一，將Intra web（內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)）集成到了標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)件板中，我們就可以很方便地開發(fā)基于Web的應(yīng)用程序。 Rave報表構(gòu)件是一個可視化的報表設(shè)計工具，大大簡化了在應(yīng)用程序中加入報表的工作。它的功能包括：圖片支持、對齊、精確頁面定位、打印機設(shè)置、字體控制、打印預(yù)覽、報表內(nèi)容重用，并支持PDF、HTML、RTF等文本格式。DB Express是一組存取各種不同關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫的原生驅(qū)動程序，以及一組基于這些驅(qū)動程序而開發(fā)的統(tǒng)一的組件。程序員通過統(tǒng)一的組件來存取不同的數(shù)據(jù)庫，以方便開發(fā)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)。Delphi 7的Web Snap允許程序員使用組件和可視化的方式快速開發(fā)復(fù)雜的Internet/Intranet應(yīng)用系統(tǒng)。 9）MIDAS的進(jìn)化版本——Data Snap 在Delphi 7中，MIDAS被改名為Data Snap。此外Data Snap也改善了MIDAS的執(zhí)行效率，讓使用它的應(yīng)用程序能夠執(zhí)行得更快。除了增加許多新的VCL組件，讓程序員不必使用低階的COM接口或是復(fù)雜的API就可以輕易的處理XML/XSL文件和資料之外，MIDAS的資料更可以直接輸出成XML，或是把XML的資料直接導(dǎo)入成MIDAS的Data Packet，Delphi的程序員再也不需要為復(fù)雜的XML程序設(shè)計傷腦筋了。Delphi 6在這方面也不落后，Delphi 6提供了SOAP和Web Service向?qū)?，讓程序員能夠快速地開發(fā)SOAP應(yīng)用系統(tǒng)，也可以匯入WSDL自動產(chǎn)生骨架程序代碼。 Delphi 6是Borland支持SOAP的第一個產(chǎn)品，由于SOAP是標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議，因此通過Delphi 6開發(fā)的SOAP應(yīng)用系統(tǒng)可以和COM+、Delphi的程序員現(xiàn)在就可以使用它開發(fā)未來的應(yīng)用系統(tǒng)。Delphi 6 允許程序員快速建立SOAP應(yīng)用程序和Web Service。同時為了跨平臺的目的，在數(shù)據(jù)存取引擎、可視化組件架構(gòu)和運行時期函數(shù)庫方面也進(jìn)行了大幅度的改善。 當(dāng)Microsoft不再推出VB/VC新一代版本的Windows開發(fā)工具，而Power Builder等其他Windows開發(fā)工具也逐漸被淘汰之際，Delphi 6可以說是惟一最新的Windows開發(fā)工具，也是最好的Windows開發(fā)工具。 本設(shè)計上位機采用Delphi 7的第三方組件進(jìn)行串口的編寫，其串口操作已經(jīng)由其他軟件工程師封裝到了空間中，我們沒有必要詳求其代碼。本設(shè)計用到的第三方控件為SPCOMM控件，根據(jù)網(wǎng)上開源的串口調(diào)試助手進(jìn)行軟件的修改，使之達(dá)到快速開發(fā)上位機程序的目的。設(shè)計好的控制端界面如下圖所示：圖22 控制終端界面 可以看出控制臺界面比較的友好，更適合用戶的使用。收發(fā)數(shù)據(jù)類型為字符串或是數(shù)組。圖 23 SPCOMM控件及屬性框第3章 各功能部件硬件設(shè)計 無線模塊設(shè)計及應(yīng)用 本設(shè)計采用Nordic公司的nRF905芯片，nRF905單片無線收發(fā)器工作在433/868/915MHz的ISM頻段，由一個完全集成的頻率調(diào)制器，一個帶解調(diào)器的接收器，一個功率放大器，一個晶體振蕩器和一個調(diào)節(jié)器組成?？梢院苋菀淄ㄟ^SPI接口進(jìn)行編程配置，電流損耗低，在發(fā)射功率為10dBm時，發(fā)射電流為11mA。內(nèi)部集成的調(diào)制器采用GFSK的調(diào)制方式，將數(shù)字信號與載波進(jìn)行調(diào)制，解調(diào)器對其進(jìn)行解調(diào)，因此若使用軟件調(diào)制時需要考慮到與GFSK調(diào)制的協(xié)調(diào)性。圖33 無線模塊實物圖[14] 圖33所示即為蘇州木蘭電子科技有限公司的無線模塊，根據(jù)模塊的使用手冊，可以方便的開發(fā)出實用的通訊網(wǎng)絡(luò)，使用國家的公頻頻段進(jìn)行無線通訊。 單片機串口通訊模塊設(shè)計 本設(shè)計采用AVR單片機系列中的Atmega8單片機，ATmega8是基于增強的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。ATmega8特性：⑴高性能、低功耗的 8 位AVR174。只需要配置相應(yīng)的寄存器就可以精簡編程。所謂三線即RX、TX、GND三根線，其中串口與單片機板連接線共地，RX、TX為數(shù)據(jù)輸入線，串口接口采用9針母頭座。本設(shè)計采用7個LED燈進(jìn)行演示，點亮不同的燈表現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)信號，當(dāng)上位機模擬燈狀態(tài)選定后點擊發(fā)送命令，會將命令及LED燈的狀態(tài)發(fā)送的下位機進(jìn)行無線數(shù)據(jù)發(fā)送，并被其他功能部件接收后將數(shù)據(jù)表現(xiàn)在功能模塊的LED燈上，以達(dá)到演示效果。演示模塊的下位機電路如下圖所示：圖38 演示電路硬件模塊演示電路的LED17連接控制單片機的引腳，由單片機接收到控制信息后進(jìn)行控制，置相應(yīng)的引腳為高電平點亮相應(yīng)序號的LED燈來達(dá)到演示的目的，該部分電路可以有其他功能電路所取代，而且單片機也可以由其他種類型號的單片機所取代，為進(jìn)一步的二次開發(fā)提供硬件接口。4 軟件流程設(shè)計 軟件是用計算機語言來描述的一種對現(xiàn)實的模擬算法，相當(dāng)于控制系統(tǒng)的靈魂，在軟件的設(shè)計上也是相當(dāng)有難度的，其工作量對于電子信息工程專業(yè)的學(xué)生來說有點大。 上位機軟件設(shè)計上位機采用開放源代碼的串口調(diào)試助手進(jìn)行編寫，基本的框架已經(jīng)建立，只需要在界面上添加演示控制指示的LED燈即可，然后將程序中有關(guān)控制信息的代碼進(jìn)行編寫即可。包長八位LED控制包如下表所示：表 41