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一般的數字采集系統(tǒng)，是通過傳感器將捕捉的現場信號轉換為電信號，經模/數轉換器ADC采樣、量化、編碼后，為成數字信號，存入數據存儲器，或送給微處理器，或通過無線方式將數據發(fā)送給接收端進行處理。無線數據傳輸系統(tǒng)就是 樣一套利用無線手段，將采集的數據由測量站發(fā)送到主控站的設備。 1 系統(tǒng)組成 系統(tǒng)組成如圖1、圖2所示。 系統(tǒng)由測量站和主控站兩部分組成。測量站主要完成對現場信號的采集、存儲，接收遙控指令并發(fā)送數據。主控站的主要工作是發(fā)送遙控指令、接收數據信息、進行數據處理和數據管理、隨機顯示打印等。 2 AT89C51與數字電臺的串行通信 Atmel公司的AT89C51單片機，是一種低功耗、高性能的、片內含有4KB Flash ROM的8位CMOS單片機，工作電壓范圍為2.7～6V（實際使用+5V供電），8位數據總線。它有一個可編程的全雙工串行通信接口，能同時進行串行發(fā)送和執(zhí)著收。通過RXD引腳（串行數據接收端）和TXD引腳（串行數據發(fā)送端）與外界進行通信。 2.1 通信協議與波特率 數字電臺與單片機、終端主控機的通信協議為： 通信接口——標準串行RS232接口，9線制半雙工方式； 通信幀格式——1位起始位，8位數據位，1位可編程數據位，1位停止位； 波特率——1200 baud。 數字電臺選用Motorola公司的GM系列車載電臺，工作于VHF/UHF頻段，可進行無線數傳（9線制標準串行RS232接口），也可進行話音通信；采用二進制移頻鍵控（2FSK）調制解調方式，符合國際電報電話咨詢委員會CCITT.23標準。在話帶內進行數字傳輸時，推薦在不高于1200b/s數據率時使用。實際使用時，電臺工作于220～240MHz頻率范圍，采用半雙工方式（執(zhí)行收、發(fā)操作，但不能同時進行）即可滿足系統(tǒng)要求。 2.2 AT89C51串行口工作方式 AT89C51串行口可設置四種工作方式，可有8位、10位和11位幀格式。本系統(tǒng)中，AT89C51串行口工作于方式3，即鳘幀11位的異步通信格式：1位起始位，8位數據位（低位在前），1位可編程數據位，1位停止位。 發(fā)送前，由軟件設置第9位數據（TB8）作奇偶校驗位，將要發(fā)送的數據寫入SBUF，啟動發(fā)送過程。串行口能自動把TB8取出，裝入到第9位數據的位置，再逐一發(fā)送出去。發(fā)送完畢，使TI=1。 接收時，置SCON中的REN為1，允許接收。當檢測到RXD（P3.0端有“1”到“0”的跳變（起始位）時，開始接收9位數據，送入移位寄存器（9位）。當滿足RI=0且SM2=0或接收到的9位數據為1時，前8位數據送入SBUF，第9位數據送入SCON中的RB8，置RI為1；否則，這次接收無效，不置位RI。 串口方式3的波特率由定時器T1的溢出率與SMOD值同時決定： 方式3波特率=T1溢出率/n 當SMOD=0時，n=32；SMOD=1時，n=16。T1溢出率取決于T1的計數速率（計數速率=fosc/12）和TI預置的初值。 定時器T1用作波特率發(fā)生器，工作于模式2（自動重裝初值）。設TH1和TL1定時計數初值為X，則每過“2 8-X”個機器周期，T1就會發(fā)生一次溢出。初值X確定如下： X=256-fosc×(SMOD+1)/384×BTL 本系統(tǒng)中，SMOD=0，波行率BTL=1200，晶振fosc=6MHz，所以初值X=F3H。 2.3 AT89C51與數字電臺的硬件連接 AT89C51與數字電臺的硬件連接如圖3所示。 系統(tǒng)采用異步串行通信方式傳輸測量數據。利用單片機串口與數字電臺RS232數據口相連。電臺常態(tài)為收狀態(tài)（PPT=0，收狀態(tài)；PPT=1，發(fā)狀態(tài)），單片機P3.5腳輸出高電平。單片機使用TTL電平，電臺使用RS232電平，由MAX232完成TTL電平與RS232電平之間的轉換。3片光電耦合器6N137實現單片機與電臺之間的電源隔離，增強系統(tǒng)抗干擾性能。 單片機通過帶控制端的三態(tài)緩沖門74HC125、非門74HC14控制電臺的收發(fā)轉換，以及指令的接收和數據發(fā)送。接收時，P3.5=1,c2=1，74HC125B截止；P3.5經74HC14反相、光電隔離，使電臺PPT腳為低電平，將其置為接收狀態(tài)；同時c1=0，74HC125A導通，接收的指令由電臺的RXD端輸入，經MAX232電平變換、光電隔離、74HC125A緩沖門，送入單片機RXD腳。發(fā)射時，P3.5=0，經74HC14反相、光電隔離，使電臺PPT腳為高電平，將其置為發(fā)射狀態(tài)；同時c1=1，74HC125A截止，c2=0，74HC125B導通，數據由單片機TXD腳輸出，經74HC125B緩沖門、光電隔離、MAX232電平變換，通過電臺TXD端口將數據發(fā)送出去。 3 通信軟件設計 通信軟件至關重要，一旦出現問題，整個系統(tǒng)就會癱瘓。采取差錯控制與容錯技術是非常重要的。 *主控站發(fā)送的指令中包含一定數量的同步符55H和3字節(jié)的密碼。測量站在連續(xù)收到5個同步符后進行密碼驗證，驗證通過后正式接收指令字節(jié)；如未通過，則測量站發(fā)一信號讓主控站重發(fā)，三次驗證不過則停發(fā)該命令。測量站發(fā)/主控站收時，驗證方式與此相同。驗證通過后，測量站開始發(fā)送數據。 *一個指令由3字節(jié)構成，第二字節(jié)等于第一字節(jié)加上35H，第3字節(jié)等于第二字節(jié)加上36H。如果收到的指令不符合此規(guī)則，則重發(fā)該命令，連續(xù)三次錯誤時停發(fā)。 *主控站每發(fā)一個指令，測量站都回送一個應答信號。該應答信號中包含原指令樣本。 下面給出單片機串行口與電臺的基本通信程序。 初始化程序： BTL EQU 2FH ；波特率放在內部RAM的2FH單元 MOV TMOD，#21H；T0方式1，16位計數器，T1方式2，串口用 SETB TR0 ；啟動T0 MOV BTL，#0F3H ；波特率設定為1200 MOV SCON，#0C0H；串口方式3，9位數據，禁止接收 接收及驗證程序： NUM EQU 2BH ；同步符個數值存放在內部RAM的2BH單元 TEMP EQU 2CH ROM-CH：DB 55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H DB 55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H ；20字節(jié)同步符 MIM DB 'WSC'：3字節(jié)密碼“WSC” SETB P3.5 ；置電臺收狀態(tài) SETB REN ；允許串口接收 A1：MOV NUM，#0 ；記錄連續(xù)到同步符55H的個數 A2：JB RI，A2 ；串口有數據轉A3 A3：CLR RI ；清接收中斷標志 MOV A，SBUF ；讀串口數據 CJNE A，#55H，A1；不是同步符轉A1 INC NUM ；收到的同步符個數加1 MOV A，NUM ；取收到的同步符個數 CJNE A，#5，A2 ；未收夠連續(xù)5個55H轉A2 A4:MOV NUM,#0 ;密碼驗證，記錄收到密碼字節(jié)數 A5：MOV DPTR，#MIM；密碼字符首址 MOV A，NUM MOVC A，@A+DPTR；查表取密碼 MOV TEMP，A ；保存密碼 JB RI，A6 ；串口收完一個字節(jié)轉A6 … A6：CLR RI ；清接收中斷標志 MOV A，SBUF ；讀串口數據 CJNE A，TEMP，A4；與密碼不符轉A4 INC NUM ；收到的密碼個數加1 MOV A，NUM ；取已收到的密碼字節(jié)數 CJNE A，#3，A5 ；密碼未收完轉A5 發(fā)送程序： CLR P3.5 ；置電臺發(fā)狀態(tài) MOV B，#23 MOV DPTR，#ROM-CH B1：CLR A MOVC A，@A+DPTR；查表發(fā)送同步符和密碼共24字節(jié) INC DPTR LCALL SEND-CH ；調發(fā)送單字節(jié)子程序 DJNZ B，B1 … CLR A MOV DPTR，#7000H；外部RAM數據首址，發(fā)送外部RAM中的數據到電臺 B2：CJNE R4，#0，B3 CJNE R3，#0，B3；R4R3=發(fā)送字節(jié)數 B3：MOVX A，@DPTR；取數據 INC DPTR LCALL SEND-CH CJNE R3，#0，B4 CJNE R4，#0，B5 B4：DEC R3 LJMP B2 DEC R3 DEC R4 LJMP B2 … SEND-CH：SETB TB8 MOV SBUF，A DB 0，0，0，0，0，0，0，0 JNB TI，$ ；延時4μs CLR TI RET 結語 無線數據傳輸系統(tǒng)建成后，已經使用了兩年多，運行結果表明，系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠。由于采用了較完善的軟硬件設計和抗干擾措施，保證了系統(tǒng)工作的安全性和可靠性。測量站把采集的現場信號及時傳送到主控站，提高了數據處理的實時性。單片機和數字電臺接口的軟硬件設計具有很強的適用性，可廣泛應用于無線數傳設備。 |
