1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

1. 选题的目的和意义

一般情况下，基于单片机的测控系统在获取传感器的数据后，还要将所获得数据传送到主机（一般是为微机）上，传送数据的方式可以采用有线的数据传输，例如采用有线的串、并型总线、C、总线、CAN总线等，也可以是无线数据传输。在本例中，主要说明一种和单片机密切相关的无线数据传输方式，即单片机和无线数据传输收发模块PTR2000的组合，形成单片机的无线数据传输系统，与微机进行无线数据传输[1]。

以往的设计无线数据传输产品常常需要相应的无线电专业知识和昂贵的专业设备而且传统的电路方案不是电路复杂就是调试困难而令人忘而却步，以至影响了用户的使用和新产品的开发研制工作。PTR2000的出现，使人们摆脱了传统无线产品设计的困扰。无线数据收发模块PTR2000性能优异，其显著特点是所需外围元件少，设计非常方便。该模块在内部集成了高频发射、高频接收、PLL合成、FSK调制/解调、参量放大、功率放大、频道切换等功能，因而是目前集成度较高的无线数据产品。

无线数据收发模块PTR2000采用抗干扰能力较强的FSK调制/解调方式，其工作率稳定可靠、外围元件少、功耗极低且便于设计生产，这些优异性使得PTR2000非常适用于便携及手持产品。另外，由于它采用了低发射功率、高灵敏度设计，因而可满足无线管制的要求且无需使用许可证，是目前低功率无线数据传输的理想选择。

无线数据传输模块PTR2000可广泛于遥控、遥测、小型无线网络、无线秒表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线标签、身份识别、非接触RF智能卡、小型无线数据终端、安全防火系统、生物信号采集、水文气象控制、机器人控制、无线232/422/485数据通信、数字音频、数字图像传输等理想系统。

2. 国内、外现状及发展趋势

科技的飞速发展，信息时代的网络互联已不再是简单地将计算机以物理的方式连接起来，取而代之的是合理地规划及设计整个网络体系、充分利用现有的各种资源，建立遵循标准的高效可靠、同时具备扩充性的网络系统。无线网络的诸多特性，正好符合了这一需求。

一般而言，凡采用无线传输的计算机网络都可称为无线网。从WLAN到蓝牙、从红外线到移动通信，所有的这一切都是无线网络的应用典范。就本文的主角#8212;#8212;WLAN而言，从其定义上可以看到，它是一种能让计算机在无线基站覆盖范围内的任何地点（包括户内户外）发送、接收数据的局域网形式，说得通俗点，就是局域网的无线连接形式。

随着移动通信技术飞速发展，越来越多的信息采集和远程控制系统采用了无线数据传送技术，它与有线数传相比主要有布线成本低、安装简便、便于移动的优点，而且随着互联网技术的迅猛发展和快速普及，越来越多的基于单片机为微控制器的的测控设备或智能仪器仪表都需要通过互联网上进行数据交换或传输数据。

无限收发一体数传MODEM模块PTR2000芯片性能优异，在业界居领先水平，它的显著特点是所需外围元件少，因而设计非常方便。该模板块在内部需成了高频接收、PLL合成、FSK调制/解调、参量放大、功率放大、频道切换等功能，因而是目前集成度较高的无线数传产品。

3.课题的主要工作

在本设计中，无线收发模块主要担当测控系统中单片机和微机之间的数据传输，如图1所示。可以说，无线收发模块相当于是单片机测控系统的一个特殊的执行模块。

如图1所示，单片机和微机之间的无线数据传输过程是：单片机处理需要发送的数据，利用串口将数据传输到无线数据模块的发送端，串行信号经调制后发送到地面计算机进行数据处理和数据记录[2]。

无线数据传输模块在测控系统中的主要功能表现于，在无法使用有线数据传输场合，或者是为了保证安全，采用无线数据传输模块和单片机配合数据传输的方案较为理想[3]。

图1无线收发模块

3.1完成课题所需的条件

由于无线收发芯片的种类和数量比较多，如何在设计中选择所需的芯片非常关键。正确的选择可以使开发工作少走弯路，以下几点是在选择芯片或者模块时所需注意的问题：

（1）收发芯片数据传输的编码方式

采用曼切斯特编码的芯片，在编程上会需要较高的技巧和经验，需要更多的内存和程序容量，并且曼切斯特编码大大降低数据传输的效率，一般仅能达到标称速率1/3。采用串口传输的芯片，如nRF401系列的芯片，应用及编程非常简单传送效率很高，标称速率就是实际速率，因而串口的编程相对简单，编程开发工作也很方便。

（2）外围元件数量

芯片外围元件的数量决定了模块的体积和重量，以及整个系统的复杂性，因而应该选择外围元件少的收发芯片。这方面nRF是一个较为理想的选择。外围元件仅10个左右，无需声表滤波器、变容管等昂贵的元件，只需要便宜且易于获得4MHz晶体，收发天线合一[4]。

（3）功耗

由于无线收发芯片是应用在测控系统上，因而功耗非常重要，应该根据需要选择综合功耗较小的模块。

（4）发射功率

在同等条件下，为了保证有效和可靠的通信，应该选用发射功率较高的产品。

（5）收发芯片的封装和管脚数

较少的引脚以及较小的封装，有利于减少PCB面积，适合测控系统的设计。nRF401仅20个脚，是管脚和体积最小的[6].。

3.2技术方案

在软件编程过程中，对PTR2000的工作模式和工作频道的选择尤为重要表1给出了该模块的工作模式控制及工作频道的选择方式。

表1 模块工作模式控制及工作频道选择表

（1） 发送

PTR2000的通信速率最高为20Kbit/s,也可工作在其它速率如4800bps、9600bps下，无需设置PTR2000的工作速率。

在发送数据之前，应将模块先置于发射模式，即TXEN=1。然后在等待至少5ms后（接收到发射的转换时间）才可以发送任意长度的数据。发送结束后应将模块置于接收状态，即TXEN=0。发射到接收的转换时间为5ms[7]。

（2） 接收

接收时应将PTR2000置于接收状态，即TXEN=0。然后将将接收到的数据直接送到单片机串口或经电平转换后送到计算机[8]。

（3） 待机模式

当PWR=0时，PTR2000进入节电待机模式，此时的功耗大约为8μA，但在待机模式下不能接收和发射数据。PTR2000 除了应注意在发送、接收和待机模式下的编程外，还需注意在无信号时，PTR2000的串口输出的是随机数据，此时，可定义一个简单的通信协议，如在发送时，在有效数据这前加两用人才个（或多个）字节的固定标志，以便在接收一方的软件中检测该固定标志并将其作出了为下式数据的开始。

为了使系统能够可靠地通信，在编程时应设计通信协议，并应考虑数据的纠检错，检错可采用较验方式或更好的CRC校验方式[9]。

4.参考文献

[1] 范逸之，陈立元，孙德营等，利用VisualBasic实现串行通信技术[M]，北京：北京清华大学出版社，2001

[2] 李金凤，曹顺，魏立峰，无线收发模块nRF401在矿山中的应用[J]，微计算机信息，2006

[3] 黄昌明，韩九强，郑云，基于无线通信的远程测控系统的研究[J]，计算机自动测量与控制，2001

[4] 武兴建，吴金宏，无线收发数据MODEM模块PTR2000的原理与应用[J]，国外电子器件，2001

[5] 楼然苗，李光飞，51系列单片机设计实例[M]，北京：北京航空航天大学出版社

[6] 胡汉才，单片机原理及其接口技术[M]，北京：清华大学出版社，1996

[7] 求是科技编著，单片机典型模块设计实例导航[M]，北京：人民邮电出版社，2004

[8] 刘宏斌，采用状态机和消息机制的串口接收程序[J]，单片机与嵌入式系统应用.2004

[9] 李广弟，单片机基础[M]，北京：北京航空航天大学出版社，1993

[10] 王福瑞，单片机测控系统设计大全[M]，北京：北京航空航天大学出版社

[11] 武庆生.基于nRF401的短距离无线局域网的研究及其应用设计.南京气象学院硕士学位论文，2004

[12] 韩全立.单片机控制技术及应用.北京:电子工业出版社，2000

[13] Theodore S Rappaport.无线通信原理与应用.北京:电子工业出版社，1999

[14] 方彦军，孙瑞涛.PC机与单片机系统无线通信及其实现.工业控制计算机，2004

[15] 赫 亮，无线数据传输系统的设计与实现，北京建筑工程学院学报，2000

[16] 武兴建,吴金宏. 无线收发数传MODEM 模块PTR2000 的原理与应用. 国外电子元器件,2001

[17] 艾学忠,翟玉文 应用PTR2000实现无线数据采集.电子测量技术,2004

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

1.本课题要研究或解决的问题

随着社会的发展和进步，人类活动越来越依赖于通信技术提供的服务，无线通信技术以其快捷方便，可以移动等特性，受到人们的高度关注，得以快速发展。人们对于无线通信技术的要求也越来越高，积极跟踪分析各种无线通信技术具有紧迫的现实意义，本课题就是在这样的背景下提出的。本文研究对比了各种短距离无线通信技术和计算机外设接口，介绍了一种无线传输模块ptr2000和单片机与pc机间无线数据通信系统。该系统以pc机为控制器，以模块ptr2000作为无线收发芯片，来实现两台pc机之间的数据传输。文中详细描述了基于ptr2000模块和单片机的无线数据通信接口, 并给出了其软硬件设计原理

及实现过程。该系统设计成本低，数据传输速度快,可靠性高,体积小,功能易扩展,传输距离在100米以内。