PC机与单片机的无线通信

摘要：本文重点介绍了pc机与单片机的无线通信系统。该系统通过无线收发模块rf418实现pc机与单片机之间的数据异步串行无线传输，可用于小区无线抄表、gps及柱上断路器远程控制等。本文从工程实际的角度，设计了硬件电路及相应的上下位机程序。

关键词：单片机无线通信 rf418 pc机

近年来，随着单片机及微机技术的不断发展，特别是网络技术的广泛应用，采用pc机与多台单片机构成的测控系统越来越多。但在一些场合，如与移动的测控对象进行通信、较远距离通信不适合布线的地方等，则不适合采用有线通信。随着无线技术的不断完善和发展，无线通讯技术逐渐应用于pc机与单片机之间。在本文中的无线通讯主要采用无线收发模块rf418，通过一定频率的电磁波实现pc机与单片机之间的无线通信，由此可以方便地进行数据处理和远程控制。该无线通信系统可实现的通信距离为6～15公里，完全克服了红外无线传输的直线性、静止性、受环境因素影响等缺点。

一、无线通信系统的构成及工作原理

（一）无线通信系统的构成

机

pc机在该无线通信系统中作为dte（数据终端设备），主要用于接收由下位机部分采集到了数据，并对数据进行计算、处理、动态显示等。同时可以把一些数据、命令字等数据传给下位机部分，用于与下位机部分的双向信息沟通或对下位机部分控制等。

2.无线收发模块rf418

该模块作为dce（数据通信设备），在该无线通信系统中有着重要的作用，主要用于两个或多个数据终端设备之间数据传输。通过该模块可以把数据的电平信号转换成无线电信号，以一定频率电磁波的方式传送出去。同时也可以接收电磁波中的无线电信号，并把其转化成数据的电平信号传输到数据终端设备。

总线标准接口板

由于计算机内部的数据信号是ttl电平标准，而通信线上的数据信号却是rs-232c电平标准，该接口板主要用于较远距离通信的dce与dte之间的ttl电平和rs-232电平的相互转换。

4.单片机系统

单片机通过一定的方式与控制元件相连，起到了数据采集、处理和发出控制指令的作用。对于点对多点的多机通信则需采用多个单片机。单片机要采集处理数据，需要软件支持，要控制下位机模块rf418也要软件来支持。因此，要用程序存储器来存储单片机要执行的程序。无论单片机采集到的数据，还是上位机传给单片机的数据，都需要存储起来，然后才能进行处理或传输，而大容量的数据存储器起到了数据存储仓库的作用。同时单片机系统还需要电源模块，外围控制输出继电器等。

5.无线收发模块rf418

该模块与上位机部分的模块完全相同，在作用上也是一致的。在数据传输过程中，两个模块的频率必须保持一致，并且每个模块的发送与接收不能同时进行，而两个模块的发送与接收必须协调一致。对于点对点通信只需要一个rf418模块，而对于点对多点的无线通信则需要多个rf418模块，并且每个模块有不同的地址。

（二）无线通信系统的工作原理概述

单片机向pc机发送数据：单片机将采集到的数据经转存处理后，把其传出，送入模块b的缓冲区，模块b 检测到tx空闲时间超过5毫秒后把要发送的数据以打包方式或自动跳频抗干扰模式发送出去，从而模块a接收到模块b发出的数据，测试rts是否有效，当rts有效时，模块a则接收字节，并发送到pc机。

pc机向单片机发送数据：首先，pc机把要发送的数据（包括命令字等）经过rs232接口板的电平转换，把其送入模块a，当模块a检测到tx空闲超过5毫秒则将以无线电波的形式发射出去，当模块b检测到rts有效时则接收数据，并把其送入单片机，存在下位机部分的ram中。单片机对接收到的数据进行判断与识别，并根据预先设好的情况进行动作。

二、硬件设计

（一）下位机部分电路设计

外ram和外rom由于控制信号及使用的数据传送指令不同，故不会发生总线冲突。扩展后的电路原理简图如图2-1所示。从原理图中可以看出，外ram的存储空间地址为0000h～7fffh，外rom的存储空间地址为0000h～1fffh。

根据rf418的使用参考手册，rf418的8个引脚中，引脚3为引脚，使其空着不用，对于引脚4为电源开关，在接电源或空开时，电源则为打开，而接地则为关断电源。在这里，为了简便，空开引脚4从而打开电源。rf418的rx和tx引脚要与8031的rxd与txd引脚对应相接，从而可以使rf418与8031之间自由的传送数据。至于rf418的rts和cts引脚分别由8031的和口控制，并且只有在它们为低电平时有效。电路原理简图如图2-1所示。

图2-1单片机外部存储器扩展及与rf418电路原理简图

（二）上位机部分电路设计

pc机内部为ttl电平，而传输线上为rs232电平。为了使ttl电平与rs232电平能互相转化，须使用

rs232接口板（9针）把pc机与rf418模块连接起来。其原理简图如图2-2所示。

三、软件设计

（一）pc机程序设计方法

（二）单片机的通信程序设计方法及流程

本方案为点对多点（一pc机对多单片机）、双向（pc机可以向某一单片机发送数据，又可以从某一单片机那里接收数据）通信。采用pc机主动向所有单片机发出握手信号，然后所有的单片机对接收到的握手信号进行判断处理的方式。在pc机发出的握手信号中包括五个字节，第一个字节和第二个字节为握手信号的起始符（分别为feh、efh），第三个字节为想要与之通信的从机地址（00h～0ffh，可达255台从机），而第四个字节为从机接收或发送数据的命令字（00h表示从机接收数据，01h表示从机发送数据），第五个字节则为握手信号的结束符（ffh）。所有单片机接收完握手信号，并判断握手信号中的第三个字节是否与自己的地址相符，如相符则清sm2位，然后开始判断pc机发给的命令字，如果是从机接收数据的命令，则单片机就转到从机接收子程序；如果是从机发送数据的命令，则单片机就转到从机发送子程序。相应的pc机也开始做好发送或接收数据的准备。本方案中没有校检和部分，并且上位机也不向下位机传输从机接收或发送数据的个数。其中寄存器r6中存放着从机发送字节个数，寄存器r7中存放从机接收字节个数，从机要发送的数据存在外ram 的0000h～5fffh单元里，从机接收到的数据存在外ram的6000h～7fffh单元里。