点对点无线射频通讯器的设计

◎ 阚英男 庄宇 郭东升 刘政男 李冬洋 黄诗琪

基于单片机控制技术和无线通信技术，设计了计算机间点对点无线通信的射频通信系统，包括无线通信电路的硬件部分和上位机软件部分。系统中采用低成本、低功耗的单片机主控芯片作为主控制器，以433MHz的通信频率进行无线数据传输。设计的通信系统可用于计算机户外互联和数据加密通信等应用，同时具有科研价值和商业价值。

引言：近年来，随着无线射频技术的快速发展，物联网、互联网+、智慧城市、智慧家庭等诸多研究热点得到了广泛的发展和应用，越来越多的智能设备、智能家电应运而生，为人民提供了更加便利、舒适的工作和生活环境。然而，目前局域网内计算机之间的网络连接方式仍以路由器和交换机等设备为主，计算机之间需要此类网络设备作为中转，实现有线或无线的网络通信。本项目设计了一款低成本、便携式的点对点无线射频通信器，用于计算机之间的网络通信，实现数据通信功能。作为现有计算机通信方式的一种补充，可以实现更灵活的数据通信，尤其适用于对数据传输速率要求不高、对价格敏感的应用场景，可以在很多应用场合中发挥优势。

LabVIEW软件平台提供了一种图形化编程方法，包括硬件配置、测量数据和调试。使用LabVIEW可以有效地集成来自现有的商业化和自主开发的测量硬件，在程序框图上表现复杂的逻辑，开发数据分析算法，并可以设计自定义工程用户界面。

本文设计的点对点无线射频通讯器硬件，配合基于Lab-VIEW开发的上位机软件程序，能够满足计算机间的数据通信，具有高性价比的优势，可以应用在工业过程控制、户外计算机间的中短距离数据通信（一百米内）、计算机间点对点加密通信等应用场合，不仅具有科研实验的价值，还具有潜力巨大的商业价值，因此具有重要的研究意义。

一、通信系统的功能概述和器件选型原则

点对点无线射频通讯器的电路可以主要分为三个部分：1）供电电路：通讯器应具备USB供电和电池供电两种方式。2）主控制器电路：综合考虑处理能力、片上资源、稳定性、价格等要素后，选取适当的主控芯片并完成主控制器电路，还包含串口通信、无线通信等电路功能。3）按键和指示灯电路：用于控制无线通信的各项功能，包括开关、待机、通信参数配置等功能。完成后的通信系统功能示意图如图1所示，图中采用USB接口对通讯器进行供电和数据传输，在不超过100米的范围内，可以实现两台笔记本电脑的点对点通信功能。

为了降低成本和缩小硬件体积，提高无线射频通讯器的便利性，在硬件设计阶段就应该开展相关设计，在器件选型方面，选用性价比高、小体积、表贴封装的电子器件，可以有效地减小硬件体积，缩小PCB尺寸，达到低成本、小体积的设计要求。

二、通信系统的结构

系统结构示意图如图2所示，主控芯片控制通信电路和USB接口及控制电路，实现无线数据的通信传输和USB接口的数据通信，通过按键和指示灯可以对通讯器进行操作，通过主控芯片中烧写的程序对通讯器进行手动控制。通讯器与台式计算机或者笔记本相连接，在计算机中安装基于LabVIEW开发的软件，实现数据通信相关的一系列功能，包括串口通信控制、数据显示、数据发送和数据存储功能等。

三、软件程序设计

现实生活中的计算机操作系统具有多样化的特点，以微软公司的windows系列操作系统为例，综合考虑现实情况和未来的发展趋势，系统中需要分别开发32位和64位的上位机驱动和软件程序。针对32位的Windows XP系统和Windows 7系统开发32位的上位机软件，以兼容此类计算机，确保硬件驱动能够顺利安装，保证硬件正常识别。同时，需要开发64位的上位机软件，兼容Windows 7，8，10等操作系统的64位版本。基于LabVIEW软件平台，可以在完成主程序的开发之后，分别针对不同的操作系统生成对应软件安装包，以满足各系统的运行要求，保证软件能够正常运行。

结论：设计了用于计算机间点对点无线通信的射频通信系统，包括无线通信电路的硬件部分和上位机软件部分。以433MHz的通信频率进行无线数据传输，使用基于LabVIEW开发的上位机软件实现串口通信控制、数据显示、数据传输和数据存储功能。该通信系统可用于计算机户外互联和数据加密通信等应用，即具有科研价值，也具有一定的商业价值。