基于MEGA8的无线通信系统设计

龙滔滔

(扬州职业大学，江苏扬州 225009)

在整个体能测试系统内，无线通信系统非常重要，它大大改变了以往体能测试不能及时地将各个系统的数据传送至PC机进行保存的弊端。在以往的各类体育测试中，如需要采集数据，需要用U盘到两台以上的数据采集终端的存储器内去拷贝，大大浪费人力物力，而无线通信系统的设计解决了人工拷贝的问题，只需要在PC机上输入传送命令，各个数据采集终端就能将测试数据传送至 PC 机保存了［1］。

1 无线通信系统组成

无线通信系统的组成分为两个部分，第一部分为PC机无线通信系统，第二部分为数据采集终端无线通信系统。数据采集终端的作用是采集立定跳远的距离数据，将其保存在24C1024(存储器)中，通过串口传输至数据采集终端无线通信系统中，然后通过该无线通信系统传输至PC机无线通信系统中，再通过串口232传输至PC机中保存，立定跳远测试系统框图如图1所示。

图1 立定跳远测试系统框图

2 数据采集终端无线通信系统的设计

数据采集终端无线通信系统主要分为三个部分，第一部分为串口连接部分，主要为数据采集终端无线通信系统中的MEGA8单片机的2、3脚直接与数据采集终端的STC单片机的10、11脚相连，这样 MEGA8就可以从数据采集终端的24C1024存储器中调用测试数据;第二部分为无线模块PTR4000，主要是MEGA8将数据传送至PTR4000中;第三部分为电源。

2.1 串口连接部分

串口连接部分，如图2所示，是将MEGA8单片机的PD0、PD1接口通过跳线连接至数据采集终端STC单片机的P3.3、P3.4引脚上，当PC机发出传送数据命令时，MEGA8单片机和STC单片机发生通信，STC单片机从24C1024存储器中调出数据，然后传送至MEGA8单片机，再由其转发至无线传输模块中。

图2 串口连接工作原理图

2.2 无线模块PTR4000

在图3中，与MEGA8单片机相连的为一个16头插孔，这些插口为PTR4000的接口，这样设计的目的是将无线模块独立化。PTR4000的工作特性在本文中就不再赘述了。

2.3 电源部分

图3 无线模块PTR4000工作原理图

电源部分如图4所示，其主要作用是为无线通信系统提供3.3V的电源。因为MEGA8供电系统为+5V电压，超过了无线通信系统的工作电压，所以专门用一个稳压块将+5V的电压转换为3.3V电压。

图4 电源电路工作原理图

3 PC机无线通信系统的设计

图5 PC机无线通信系统工作原理图

PC机无线通信系统也分为三个部分，其中PTR4000及电源部分与数据采集终端系统中的无线通信部分一样，串口通信部分为串口232通信部分，如图5所示。当PC机无线通信系统接收到来自数据采集终端的信号数据后，需要将数据上传至PC机的数据库保存，这就需要PC机和无线通信系统的控制系统MEGA8发生通信。PC机用的是串口232，所以需要将TTL电平转化为串口232工作电平，因此在MEGA8串口上面需要加入串口232转化模块［2］。串口232转换模块如图6所示。

图6 串口232工作原理图

4 通信协议

4.1 有线通信协议

串口232将MEGA8单片机传来的信号做转化，然后通过串口DB9和PC机相连，上传至PC机的格式采用的是教育部统一的数据格式类型，因此需要对此格式类型进行协议的定义，主要分为四类:寻址握手协议、上传通信协议、下传通讯协议、清除数据通讯协议。在此不做详细阐述。通讯指令编码如表1所示:

表1 通讯指令编码表

4.2 无线通信协议

无线通信协议是两个无线传送模块中对于数据类型的规定，采用的是自己定义的协议类型。

4.2.1 PC机无线通信系统协议

协议格式:

F1+一个字节的机器号

PC机无线通信系统启动后，MEGA8控制PTR4000发出广播的射频信号，其格式F1为自定义的首字节，其后跟上一个字节的机器号，此机器号为数据采集终端无线通信系统的号码。找到之后，双方建立通讯。若没有收到回复，则寻找下一台数据采集终端主机。

F2+一个字节的数据采集终端无线通信系统上传记录数

F2也是自定义的首字节，以和上一个字节区分开来，其后跟上的是需要数据采集终端的无线通信系统传送的记录序号，也就是定义了要传多少组数据到PC机上。

4.2.2 数据采集终端无线通信系统协议

协议格式:

F1+一个字节的本机机器号+一个字节的上传记录数+8个字节的设备终端识别码

当数据采集终端无线通信系统接收到PC机发来的广播信号后，做通信响应，响应之后向PC机无线通信系统回传以上的协议格式，其中F1为首字节，8个字节的终端识别码全为0(默认值)。

F2+19个字节的数据记录

当数据采集终端的无线通信系统和PC机的无线通信系统通信响应完成后，开始传送数据，其中F2为自定义的首字节，一个数据记录为19个字节，传多少条记录由一个字节的上传记录数决定。

5 无线通信系统软件设计

图7 PC机无线通信系统主程序图

图7为PC机无线通信系统的主程序框图，实现了PC机无线通信系统与PC机的有线通信、PC机无线通信系统与数据采集终端无线通信系统的无线通信，从而实现了数据采集终端系统中数据记录的无线上传［3］。本小节中的上位机指的是PC机上的无线通信系统，而下位机指的是数据采集终端中的无线通信系统。

图8是数据采集终端无线通信系统的主程序框图，实现了与PC机无线通信系统的无线通信，以及与数据采集终端中单片机的有线通信，完成了数据采集终端中数据记录无线传输至PC机的功能要求。

图8 数据采集终端无线通信系统主程序图

图9是数据采集终端中的无线通信系统与存储器之间数据记录传输的框图，主要描述的是有线协议通信实现过程。通过此程序可以将数据从24C1024传送给无线通信系统，以及将数据从无线通信系统传送至PC机。

6 结语

本文利用无线通信系统传送数据能够大大地节约体能测试过程中的人手，提高测试效率，是电子体能测试仪器的发展方向。当然本文中的设计还存在很多不足，如控制部件的快速响应，无线传输模块的4G化等。可以预见，无线传输技术必将应用于更加广阔的领域。

图9 数据采集终端中的无线通信系统与存储器间数据记录传输框图

［1］付彬.利用nRF－401实现微机间无线通信［J］.世界电子元器件，2004(11):15－16.

［2］赵秋，刘国香，孙以材.一种扭矩传感器的无线数据传输系统［J］.微计算机信息，2006(1):16－17.

［3］王中杰.基于PTR2000的无线数据传输系统设计［J］.电力学报，2006(1):25 －26.