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1、单片机的多机无线短信通信系统设计 维普资讯 | l | j 单片机的多机无线短信通信系统设计* 一 漳州师范学院 周 锦 荣 周 小 方 李 志 雄 郭 海 燕 白 炳 良 阐述一种基于 PIC16F877A单片机的 自定义无线传输协议和短信通信协议，以433MHz的高频发射和 摘 要 接收模块作为桥梁设计实现 了多机之间的相互无线短信通信。该系统类似于普通手机 系统，其人机 交流 界面友好 ，性能稳 定。 关键词 无线传输 短信通信协议 PICI6F877A 现代通信技术的迅速发展使得许多应用领域都采用 射、接收以及时钟均要用到独立的定时器，所要求的定时 器的个数不少于 3个。基于设计需要，
2、采用 Microchip公 无线的通信方式进行数据传输。编解码芯片 PT2262、 司的 PlCl6F877All芯片作为系统的主控制器。该电路主 PT2272组成的电路 ，由于具有体积小、功耗低、功能强、成 要由主控芯片、晶体振荡电路和在线仿真接口组成，如图 本低等特点，广泛应用于各类的无线遥控器、无线报警器 2所示。设计 中使用 MCIR、RB6、RB7三个接 口作为在 以及玩具等其他小型电器装置。但是 ，这种电路极少用在 线仿真接 口。 多个字节数据的通信方面，具有一定的局限性。本文主要 2 介绍利用 433MHz高频发射模块和接收模块来制作多机 - 了 RA0，AN0 RE0瓜D，AN
3、5 RAl，ANl REl懈 ，AN6 无线 ASCII码格式 的短信通信。该通信方式是在 433 R 2，AN2 RE2CS，AN7 6RA3，AN3，VR MHz高频发射模块和接收模块的基础上自己定义无线传 。 。 RA4，T0CKI RD0PSPO RA5AN4SS RDlPSPl 输协议 ，实现任意两机之间的多个字节数据通信。 ：线仿真接口 B0 33 RD2PSP2 CLR Bl 34RBOINT RD3PSP3 1 B2 35I l RD4PSP4 1 硬件系统设计 2 +5 B3 36RB2 RD5PSP5 ND 、B4 37RB3 RD6PSP6 3 本系统主要由 PIC16F
4、877A单片机构成控制系统，周 5 圭 B5 38I 4 RD7PSP7 4 B7 B6 、B6 39 RB5 围 4个模块分别是：按键输入模块、显示输出模块、接收模 土 三一 B7 40 PIC16F877A vss MCLR 块和发射模块。系统整体结构框图如图 1所示。 VSS _ lMCLR ， VDD RC0厂rlC 显示输出模块 广 0VDSCD1CLKINRCRC4RR3SCCSD2lCICCK，SCCSDPPQA2l 黩 呵 1 4 RCR5C6S，DIX0 0SC2，CLK0UT RC7似 44按键输入模块 图 2 主 机 电路 图 1 系统 结 构 框 图 11 主机电路的设
5、计 12 发射和接收电路的设计 由于系统涉及的程序量 比较大，所以要求 Flash程序 采用 433MHz高频发射和接收模块。433MHz的高 存储器的存储量不能太小；对发射和接收的短信进行存 频发射电路在控制脚为高电平时起振并发射等幅高频信 储 ，要用到 EEPROM数据存储器模块，EEPROM 数据存 号，当控制脚为低电平时停止振荡。因此，可以用控制脚对 高频 电路完成 幅度键控 ASK调制 ，相 当于调制度 为 储器存储的内容掉电时不会丢失 ；接收解码需要脉宽的捕 100 的调幅。当接收模块接收到 433MHz的等幅高频信 捉和比较功能，要用到捕捉比较脉宽调制 CCP模块 ；发 号时，信
6、号脚就输出高电平，否则输出低电平。所以接收信 *福建省科技计划项目 项目编号：2007F5100 。 号脚的高低电平变化会与发射控制脚的高低电平变化相对 R9 聋I者缸一岛 ：刍； 踊 ， ，rL#m、 维普资讯 应用天地 应。多个接收模块可以 低电平，可以控制单片机对诺基亚 3310LCD写数据或者 同时接收到同一个发射 写命令。5引脚为使能端，低电平有效。8引脚为复位端， 模块发射的信号，可 以 低电平有效。l1引脚接背光灯电源的正级，12引脚接背 实现一机发送，多机同 光灯电源的控制级。9、10引脚为诺基亚 3310LCD自带 时接收。图3所示电路 的喇叭，此喇叭用单片机来控制的声音效果
7、并不理想 ，所 是高频 433MHz载波 以改用直流自带振荡蜂鸣器 。为了避免蜂鸣器和背灯光 的发射和接收模块。 工作时对液晶电源造成影响，蜂鸣器和背灯光由 5V的电 433MHz的高频 源来供电，与液晶电源分开。 发射电路在控制脚 B5 为高 平时，三级 管 T1 图3 发射和接收模块电路 2 软件系统设计 导通，T2射级接地起振并发射等幅高频 433MHz的信 本系统在主程序中运用模块化结构 ，使得各个模块之 号；当控制脚 B5为低电平时，就停止振荡 。因此 ，可以用 间关系清晰明了。复位分为两个部分 ，以区分上电复位与 控制脚 B5对高频电路完成幅度键控 ASK调制 ，相当于 非上电复位
8、 ，上电复位执行上电复位初始化程序；运用散 调制度为 i00的调幅。当接收模块接收到 433MHz的 转结构，再根据重要数据 3比 2表决，实现无扰动重入；所 等幅高频信号时，信号脚就输出高电平到 C2口，若未收 有控制量 开关量 和接收数据集中处理，提高了处理效 到433MHz的等幅高频信号则输出低电平。所以接收信 率；特殊功能寄存器冗余重置，使整个系统更稳定地工作。 号脚的高低电平变化会与发射控制脚的高低 电平变化相 主程序总流程如图 6所示。 对应。例如给 B5引脚输入图 4所示的波形 ，那么在接收 状态值0 开 始 正在开机模块 模块的C2引脚上也将 出现同样的波形。注意，B5和 C2
9、 状态值1 的控制信号分别由主控芯片 PIC16F877A的 RB5和 RC2 发出 。 状态值2 状态值3 状态值4 状态值5 图4 发射接收波形 所有复位初始化 5ms定时设置 13 液晶外围控制电路的设计 保存新状态值 N 采用诺基亚 3310LCD显示模块。该 LCD为 8448 点阵的液晶屏 ，一屏可显示 47个 1212点阵 汉字， 或614个 68点阵 英文、数字、标点符号等字符。该 5ms定时重设 液晶显示器轻薄短小、低功耗电量，常用于手机显示。液 清定时标志 晶外围电路如图 5所示。 一一一一一一一一一一一一一一一一 接收查询模块 工 特殊功能 寄存器重设 T 蜂鸣器 时钟走
10、时 一 按键扫描 按键去抖 键后处理 图 5 液晶外围电路 本设计中，诺基亚 3310LCD用 3V的电压供电。其 关键数据3比2表决，根据状态值转相应模块 中，1引脚是电源脚 ，6引脚接地线 ，2引脚为 SCLK，3引 脚为 SDIN。4引脚为数据地址选择端，分别给 4引脚高 图 6 主程序总流程 papermesnetcorncn 投稿专用 Micr。c。ntr。11ers&EmbeddedSystems 63 维普资讯 大于 l2288 s，则认为该脉冲为干扰信号，当低电平时 3 通信模块功能及算法 间宽度大于 8192 s时也认为是干扰信号。收到干扰信 本无线通信协议模仿 OS1分层模
11、型分为以下 3层 ，各 号后将脉冲个数计数器清0，并把正在接收的码字丢弃处 层之间相互独立，灵活性好，适应性强。 理。当接收到 25个脉冲后对前面 16个脉冲进行处理，若 1 物理层 每个位码不是由一个窄脉冲和一个宽脉冲组成的，就认为 物理层处于最低层，其任务是传送和接收比特流。物 接收正常。接收正常后，通过一个接收到数据的标志位反 理层关心的问题是：如何表示“l”和“0”；如何排除干扰；传 馈到MCP 短信通信协议 上处理，通信协议会根据该标 输是否在两个方向上同时进行等。本设计中使用433MHz 志位到接收缓存中取刚刚接收到的数值。 高频发射模块和接收模块作为无线通信桥梁，固定的频率 一
12、个字节的数据波形如图 8所示。根据无线传输协 限制了数据传输在同一时刻只能在一个方向上进行，所以 议定义，发送的一个完整的码字由数据码、校验码、同步码 两个方向上的数据传输要在交替发生的情况下才能完成。 组成 图中用虚线隔开这 3个部分 。数据码和校验码都 2 数据链路层 用宽度不同的脉冲来表示，2个窄脉冲表示“0”，2个宽脉 数据链路层使用由物理层提供的服务，并通过添加错 冲表示“1”。每组字码之间有同步码隔开，同步码用一个 误处理机制将简单的数据链路改造成可靠的数据链路 ，再 窄脉冲和一个比较宽的低电平表示。一个字码由 8位数 提供给应用层。数据链路层以码字为单位传输数据，每一 据码、4位
13、校验码和 1个窄脉冲组成。若每个位码用 2个 码字包括数据和必要的校验信息。在此自定义为无线传 脉冲来代表，则一个码字就是由25个脉冲组成。无线传 输协议 WirelessTransmissionProtocol，wTP 。 输协议定义窄脉冲时间宽度为 7392 s，宽脉冲时间宽度 3 应用层 为 l1568 s，而脉 冲之间的低 电平时间统一为 3312 应用层处于最高层，它为应用进程提供了接入点，直 s，同步码的低电平时间宽度为 5ms。 接为用户的应用进程提供服务。在此自定义为短信通信 协议 MessageCommunicationProtocol，MCP 。 31 定时器 T2中断模块
14、 中断处理采用片内CCP1中断捕捉方式，对外部接 口 图 8 25个脉冲波形 引脚 CCP上输入的脉冲信号上升沿或下降沿进行实时捕 图 8表示发送一个十六进制数“57H”，ASCII码的 捉检测。借助于这个强大的边沿捕捉功能，很容易对信号 “57H”表示字符“w”。图中前 16个脉冲表示“57H”的数 的高电平时间进行检测，从而实现对 wTP解读功能。中 据码，二进制表示为“B01010111”；中间 8个脉冲表示校验 断服务程序流程如图 7所示。 码，在该协议 中校验码 固定定义为半个字节 的“AH”，二 进制表示为“B1010”；同步码则为一个时间宽度为 7392 ,aS的窄脉冲和一个时间
15、宽度为 5ms的低电平。 器 同步头检测或干扰中断处理模块 该协议中从以下几个方面来提高抗干扰能力： N1 每个码字由25个脉冲组成； 发射中断处理模块 时器2中断 二 每个位码用 2个脉冲来表示； 校验码用“B1010” “0”、“1”间隔 来排除干扰； 若数据码大于 7FH，则作为无效数据处理。 CCP1中断? 二 接收中断处理模块 N 32 发送短信模块 这个模块实现MCP功能，编辑短信采用 ASCII码格式， !堑堡旦 图 7 中断服务程序流 程 短信内容取值范围为 ASC码的 2OH7AH，ASCII码内容 可以参照 ASCII码表。7CH7FH作为特殊功能码来处理。 在解读 wTP
16、过程中只要判断出同步码，就对这一码 短信内容格式要求为3个字符的“名字+内容”。例如：要给 字进行初始化，把脉冲个数计数器清 0；然后每捕捉到一 名为LZX的通信器发短信，可写成“LZX：”。应用层的 个高电平，脉冲个数计数器就加 1并保存记录该脉冲。捕 短信通信协议要求发送机发送短信顺序是： 捉到一个高电平后，若高电平时间宽度为 40968192 s，就认为是窄脉冲；高电平时间宽度为 819212288 发送短信开始码 即 7FH ； 发送短信的头 3个字符 即接收者的名字 ； s，就认为是宽脉冲；若高电平时间宽度小于4096 s或 64 平I 机嵌入式彖碗应用_雹囝圈圈I圈硼 advmes
17、netcornon 广告专用 维普资讯 应用天地 等待接收者的短信开始应答信号 即7DH ； 的第一行显示“receiveamess”，并以声、光形式提示收到 收到应答信号后开始发送短信内容； 短信，由用户手动查阅新的短信。 短信内容发完后发短信结束码 即7EH ； 34 编辑短信模块 等待接收者的短信结束应答信号 即7CH 。 这个模块实现对短信的编辑，类似于手机编辑短信的 由于是无线发送与接收，有时会接收不到信号，所 以 模式；有单字删除键、快速删除键、全部清除键、标点符号 当没有收到短信开始应答信号时就从第一步再开始执行。 键、输入状态大小写字母或数字的切换键，短信尾部可显 若执行 8次依旧没有收到应答信号，就得 出“无此人发送 示光标 。因为受液晶屏幕所限，规定一条短信内容长度为 失败”的结果。若没有收到短信结束应答信号，就得出“发 7O个字符 ，编辑时限制字数为 67个字符，发送时软件上 送中止失败”的结果，否则就显示“对方已收到”。 自动在短信尾部添加本机名并发送。液晶屏幕第一行显 因为无线发射的特点，第一组字码非常容易受零电平 示正在编辑状态、现在的时间和大小写输入状态。在该模 干扰，往往会产生误码，所以刚开始发射的短信开始码一 块中，主要是要定位好显示和编辑指针 ，然后对各个按键 般要发 23次。如 图 9所示，发送 了 5个码字 的数据：