AVR 单片机的无线通信设计探析

2020-05-27毛夏煜文渊博方舒靖马晨雨

通信电源技术 2020年6期

毛夏煜，文渊博，方舒靖，马晨雨

（长安大学信息工程学院，陕西西安 710021）

1 应用分析

对于无线通信系统，通信是主要功能，包括发送逻辑、信道、收发设备、接收逻辑等，其中发送设备可将需发送的数据转变为特定信号，确保其在指定信道中有效传输。信道是信号传输的渠道，无线通信系统的信道主要是无线信道，不同系统使用不同的信道通信可以极大避免干扰。接收设备除可接收、解码信号外，还应进行一定程度检错、纠错[1]。

2 无线通信设计

收发系统可实现信号的发送或接收，应利用PWM技术对信号进行调制处理，然后将信号发往接收设备进行去定义处理。在接收端信号会被光敏三极管接收，经过放大滤波处理后通过特定的电路系统采集信号，再使用AVR 单片机进行解码处理，最终获得信息[2]。

3 AVR 单片机的无线通信设计

无线通信设计主要通过硬件正确连接系统各功能模块，确保信号在系统中正确流通；通过软件设计信号的编码方式、数据帧格式、校验位与有效数据[3]。

3.1 硬件设计

3.1.1 数字系统分析

传感器或通信模块已将信号处理为数字量，且电平稳定、沿陡峭。但传感器产生的数字信号不能直接通过无线通信模块发射，必须在硬件方面设置编码处理逻辑电路，以保证数据有效接收。传感器须与AVR单片机相连以将数据送至单片机进行处理变成适合通信的数据格式。无线通信模块与单片机相连时必须根据设计要求选择串口通信、SPI 通信、I2C 通信或其他通信方式，结合用户手册进行连接。大多数通信模块已经集成自编解码功能，因此用户只需正确连接电路，附以正确的AVR 单片机指令或AT 指令便可很容易地实现通信。无线通信系统分为星形系统和主从系统，在不同系统中AVR单片机或通信模块要进行不同配置，主要是通信模式的设定，用户可以通过AVR 单片机自定义问答通信协议，即自定义命令与地址实现主机询问从机回答的通信方式；也可以查看模块用户手册配置无线通信模块，即通过AVR 单片机的I/O 口输出配置信号实现硬件组网避免数据冲突[4]。

3.1.2 硬件电路

在硬件电路设计的工作中，应将其分为主机部分与从机部分，其中从机主要由AVR 单片机、单片射频接收器、数字传感器与其他硬件组成。在系统运行过程中，从机将传感器信号量化后通过AVR 单片机I/O口接收，之后将此信息生成数据帧，经无线收发模块将其发送到主机。主机会利用单片射频收发器设备接收从机数据反生成在液晶显示屏上显示，再利用串口通信上传至上位机。上位机系统可以在串口中接收具体的数据信号，通过串口调试助手将其显示出来，如果需要生成日志则需建立数据库或定义日志生成逻辑。于单片机而言，主要通过TTL 电平的高低形式对逻辑状态进行表达，而在串行通信方面，则是RS232 形式，即利用正电压与负电压将逻辑状态表达出来，两者间的逻辑定义存在差异，必须在接收端与上位机间通过电平转换电路MAX232 实现电平匹配以保证上位机的准确接收，如图1 所示。

图1 主机原理图

3.2 软件设计

软件的设计应考虑到系统运行需求，针对不同的需求必须进行不同的设计以确保运行效果。以问答通信下一主多从系统为例，建议在设计软件的过程中，分别定义回送数据命令与回送数据帧格式，即主机问一次从机答一次，主机不问从机不答，以此来避免多从机上数冲突。

3.2.1 主机软件

实现主机初始化，如I/O 口定义、串口通信波特率、系统时钟、LCD 初始化。完成初始化后，应定义主机问命令，问一次后适当延时以确保从机收到，之后主机便处于待接收状态。可以在下一次循环到来前针对所接收的数据信号进行判断，如果没有接收到数据就继续问，如果有数据接收便暂停直至接收到结束标志，然后对数据去定义处理以使其符合显示和上传的要求。处理完数据后，AVR 单片机将生成数据送至液晶显示模块，再利用串口将数据发送至上位机，此时一次通信就已经完成[5]。

3.2.2 从机软件

从机初始化后可以调用相关传感器信息采集程序，对接收到的数据进行处理，并将所采集的数据在液晶显示器上显示，如果没有收到主机的询问便继续单独工作，如果收到主机的询问便调用发送数据的程序将打包的数据发送给主机，即问一次答一次，确保系统有序工作[6]。

3.2.3 上位机软件与数据处理

上位机软件的设计可以利用VB 语言进行编写，VB 中的大量的通信组件可以很快实现上位机软件功能。在软件初始化时配置好波特率、校验位、停止位等，然后处于监听状态。如果收到主机的数据，便退出监听，接收数据直至收到结束标志，之后将其动态化显示，并输入到与软件相连的数据库或生成日志，即对于不同的从机都进行对应显示，以使用户能获取系统所有采集点数据。

3.3 应注意的问题

首先，无线通信模块使用前需要进行相关配置，应在初始化时利用AVR 单片机I/O 口进行配置，确保模块正常工作。其次，在实际应用中还需全面分析单片机、通信模块、传感器模块和显示模块结合使用是否存在通信协议冲突的问题，如果存在问题，则必须针对不同模块选择协议，如无线通信收发所使用的AVR 单片机通信协议极大可能与串口通信存在冲突。最后，在完成程序编写工作后，需进行多次测试，即通过实验判断系统是否存在不足，系统设计是否合理，如此以保证所设计的无线通信系统可被实际应用。