单片机与单片机之间的无线数据传输

2 2 2 光栅移动距离的计算 为了计算光栅移动的距离 我们选择了通过控制成像区域 也 就是先截取图像的某一范围进行计算 保证截取图像中只有一个莫 尔条纹的方法 通过计算二值化后莫尔条纹重心的移动来计算条纹 移动的象紊点 我们选用了其中计算重心的模块 将截取莫尔条纹 的图像输给它 它便能计算出图像的重心坐标 具体的编程如下 使用I M A QA r r a y T o I m a g e l M A Q P a r t i c l eA n a l y s i sR e p o r t A r r a yT oC l u s t e r U n b u n d l eB yN a m e 提取图像的重心坐标 X Y 计算机由截取的图像区域获得单根莫尔条纹的重心象素坐标 通过对比移动前后的重心坐标的像素点的变化再乘以单位像素点对 应的实际距离就得到实际移动的距离 实验中求得移动一个英尔条 纹的距离 也就是某一确定点第一次变为暗纹到第二次变为暗纹时 它移动的像素点的变化大约为1 0 0 我们已知光栅的栅距为2 0 u m 因此测量系统测量到的单位像素点对应的实际距离为0 2 u m 1 2 测量系缱的界面 圈3 图像采毫编程 3 实验结果和误差分析 本测量系统中的误羞主要来自两个方面 一是测量系统本身带 来的系统误差 例如两个光栅相接近不够 实验平台的震动 以及 U S B 摄像头的最小C M O S 元件的距离 另外一个重要的误差来源 于莫尔的二值化 从理论上来说 莫尔条纹的暗条纹应该是一条直 线 但是由于采用的光是平常的自光照射 由于对光的衍射不一 致 因此太阳光下和电灯光下的宽度不一样 同时 如果光照射不 围4 囝像的二值化处理编程 均匀 条纹的二值化结果也不理想 图像二值化的不均匀对重心位 置的求解会产生影响 因为参考光栅在移动的过程中重心应该不 变 如果变化 这种变化就会影响前后图像的像素点的变化 导致 误差的产生 另外一个误差来源是单位像素点的变化和实际物体移 动距离的比例系数 实验中我们使用的方法是测量移动一个莫尔条 纹引起图像变化的像素点 实际上 如果我们能够采集移动多个莫 尔条纹的方法来测量这个系数 能够更高的提高测量精确度 个 改进的方法是使用更高分辨率的摄像头或者数码相机 本实验采用 的摄像头分辩率3 0 万像素 如果采用一般的数码相机 其分辨率 为S 万像素 测量系统的测量精度预计可以达到0 0 2 u m 参考文献 l 赵斌 无衍射光英尔条纹法直线度测量仪 光学仪器 2 0 0 3 2 5 2 1 l 4 3 4 6 2 李丰露 钟金刚 位移的莫尔条纹测量技术 实验技术与管理 2 0 0 2 1 9 3 3 0 3 3 3 J 曹田荣 董荣生 王正岭 莫尔条纹在微小振动测量中的应用 激光杂志 2 0 0 4 2 5 2 6 4 6 5 4 夏良正 数字图像处理 M 东南大学出版社 1 9 9 9 作者简介 韩定安 1 9 7 6 佛山科学技术学院理学院 讲师 博士 主要研 究方向 量子光学 计算机应用 曾亚光 1 9 7 5 佛山科学技术学院理学 院 讲师 主要研究方向为计算机应用 抹镇河 1 9 8 6 佛山科学技术学 院 擘士 主要研完方向为计算机应用 用彦尧 1 9 8 6 佛山科学技术学 院 学士 主要研究方向为计算机应用 文章编号 16 7 1 10 4 1 2 0 0 7 0 3 0 0 9 0 0 2 单片机与单片机之间的无线数据传输 杨冬涛 黄杰贤 许青林 广东工业大学信号与信息处理 广东S l e e e 6 摘要 幸文介绍了擎片机与单片机之间数据的无线传输原理 介绍了编码与 解码的方法 并在此基础上针对在千扰的条件下为保证数据传输的稳定性与 正确性而对电路的改进 阐述了程序设计的方法 关键词 簟片机 无线传输 抗干扰 中田分类号 T N 9 19 3 文献标识码 B 1 前言 如今市场上出现了许多无线传输的电子产品 但往往价格比较 昂贵 如果将这些昂贵的设各用到小数据量传输的产品应用上 往 往增加产品的成本 削弱了产品的竞争力 在本文中的无线数据传输以单片机与单片机无线传输为例 不 仅降低了成本 而且通过对电路的改进与软件的编码 解码也确保 了数据传输的稳定性 正确性 2 工作原理 2 1 基本工作原理 本系统主要由单片机 编码芯片H T l 2 E 解码芯片H T l 2 D 发射模块 接收模块以及控制软件组成 整个系统的工作原理为 收稿日期 2 0 0 6 1 2 2 0 9 0E I CV 0 1 1 42 0 0 7N o 3 以单片机作为一个控制器对要发送的数据进行编码 驱动芯片 H T l 2 E 进行数据发送 而另一块单片机则通过接收到H T l 2 D 接收 到数据的信号而取走接收到的数据 并对其进行反馈校验 校验正 确则对接收到的一连串数据进行解码 从而完成数据的传输的工作 图1 豳1 无线数据传输的原理框图 2 2 传统的单片机数据无线传输基本工作方式 数据发射部分主要由单片机C 5 1 H T l 2 E 3 1 5 M 的无线发 射模块组成 发射模块采用声表谐振器稳频 频率稳定度极高 工 作频率3 1 5 M H z 使用中无需调整频点 如图2 电路所示 H T l 2 E 采用4 位数据码与8 位地址码的编码方式 其编码字 为 8 位地址码 A 7 A o 加4 位数据码 A D 8 A D l l 每位的 地址码的状态有三种 0 l 2 悬空 如图2 电路中8 位地址码从高位到低为 0 0 0 0 0 0 0 0 C 对应的H T l 2 D 解码 欢迎光临本刊网站h t t p w w w e i c c o m c n 万方数据 仪器仪表用户 芯片的地址码也要为0 0 0 0 0 0 0 0 才能接收到数据 其中O S C 为 P r 2 2 6 2 芯片编码基准时钟 由电阻R x 决定 在图2 中A D 8 A D 9 A D l 0 A D l l 为数据输入端 与单片机的P 1 0 P 1 1 P 1 2 P 1 3 相连 H T l 2 E 编码芯片的T E 端为发射使能端 低电 平有效 当T E 为高电平的时由D O U T 端输出为低电平 当T E 为 低电平的时候D O U T 开始输出串行数据 发射模块开始传输数 据 T E 端与单片机的P 2 7 脚相接 用于使能H T l 2 E 编码芯片开 始输出数据至发射模块 在图2 中 H T l 2 E 为编码 占片 A D 8 A D 9 A D l 0 A D l l 为数据输入端 与单片机的P 1 0 P 1 1 P 1 2 P 1 3 相 连 单片机传输数据每次只能发送4 比特 因此发送数据的时候只 能将一 个字节分为高4 位与低4 位来发送 圈2 发射 接收电路如图2 右半部分所示由一块H T l 2 D 解码芯片 3 1 5 M 的无线接收模块 C 5 1 单片机组成 从图2 右半部分电路我们可以 看出H T l 2 D 的地址码从高位到低位为 0 0 在无线接收模块没有接收3 1 5 M H z 信号时 输出的只是干扰信 号 解码集成电路H T l 2 D 的V T 端输出为低电平 无线接收模块 接收到3 1 5 M H Z 的信号时 H T l 2 D 的V T 端输出的是高电平 此 时T E 经过反相器变为低电平输入到单片机钓I N T 0 端 使单片机 产牛 个外部0 中断 通过P 2 O P 2 3 口取数据 从而完成基本的 数据无线传输功能 2 3 改进后的无线传输系统 但是在实际的应用中 往往出现以下两种情况 1 数据丢失 接收端未收到发射端传过来的数据 2 数据被错误接收 数据在无线传输过程中受到干扰而出 错 在本文中为保证数据的传输的稳定与正确 对硬件电路实施改 进 并对单片机的程序做了修改 1 增加反馈电路 2 对要发射的数据进行编码 接收到数据后进行解码 所谓增加反馈电路指的是指整个电路增加一组发射 接收电 路 接收端的单片机收到数据后再将数据发送回发射端进行校验 发射部分电路图如图3 所示 C 5 1 的P 1 0 P I 3 与H T l 2 E 的A D 8 一A D l l 相接 用于发射数据 C 5 1 的P 1 4 P 1 7 与解码芯片H T l 2 D 的D 8 D 1 1 相接用于接收反馈的数据从而判断接收端接收到的数据 是否在正确 接收部分电路电路如图4 所示 图4 比图2 多了 个H T l 2 E 簟片札 哔 睦 一 隧 育 Z 避 昔 二 善萨壹 T 冀 键 萼 F W T 广T 群 荨 n 图3 改进后发射部分电路 欢迎订阅欢迎撰稿欢迎发布产品广告信息 照经验壅遗鲤 芯片 一个发射模块 用于对发射数据的反馈 H T l 2 E H T l 2 D 的数据码同接于C 5 1 单片机的P Z 0 P 2 3 用于 旦接收到数据则 立即使能H T l 2 E 将数据反馈给发射端 圄4 改进后接收部分电路 2 4 数据传输方式 该系统的数据传输方式是首先发送起始位 F 紧接着发送 规定好字长的数据内容 每次接收端收到数据都向发射端反馈刚接 收的数据 接收端接收到 F 后开始接收数据 若是在规定字长 内接收到 F 则说明接收的数据可能错误 接收的这组数据无 效 接收端重新开始接收数据 若是接收端收到规定字长的一组数据内容后仍有除 F 以外 的数据 那么上一组数据接收无效 接收端向发射端发射数据 A 发射端收到数据 A 后 重新发射上一次的数据 3 软件实现部分 编码 要传输的数据先从1 6 进制码转化为B C D 码 在数据传 输中起始位为F 当接收端单片机接收到 F 后接收端单片机开 始接收数据 传输 数据内容以每次4 比特的方式发送数据 当在规定的时 间没有收到反馈信号时 数据重新发送 计时由单片机的T O 中断 来实现 校验 接收端接收到数据后再将接收到的数据进行反馈 数据 传给发射端 发射端如果发现反馈数据错误 则重新发送数据 F 告之接收端此次接收这 组数据无效 需要重新接收数据 而当数据长度超过预先规定的字长时 接收端向发射端发送错误的 数据 A 则此次传输数据无效 要求发射数据重新发送一组数 据 解码 当成功接收完数据之后 接收端数据对所接收到的B C D 码进行解码 根据所规定的字长进行数据组合与转化 4 结束语 实验证明 数据在单片机之间能够进行准确的传输 能在比较 复杂的环境下工作 有效传输距离能达到3 0 0 米 其工作原理能运 用在其他低数据量传输 无线传输的电子产品产品上 能够降低成 本 有利提高产品的竞争力 O 参考文献 1 何立民 单片机应用技术选编 3 北京租航空航天大学出版社 1 9 9 8 2 肖景和 赵健 实用遥控电路 人民邮电出版社 2 0 0 0 f 3 周航慈 单片机程序设计基础 北京 北京航空航天出版杜 2 0 0 3 作者简介 杨冬涛 1 9 8 1 女 汉 广东人 研究生 主要研究方向为信 号与信息处理 黄杰贤 1 9 8 2 男 汉 广东人 研究生 主要研究方向 为信号与信息处理 许青林 1 9 6 3 湖北武汉人 副教授 项导 主要研 宄方向为软件工程 工作流技术 E l CV O I 1 42 0 0 7N O 39 1 万方数据 单片机与单片机之间的无线数据传输单片机与单片机之间的无线数据传输 作者 杨冬涛 黄杰贤 许青林 作者单位 广东工业大学 信号与信息处理 广东 510006 刊名 仪器仪表用户 英文刊名 INSTRUMENTATION CUSTOMER 年 卷 期 2007 14 3 引用次数 1次 参考文献 3条 参考文献 3条 1 何立民 单片机应用技术选编 3 1998 2 肖景和 赵健 实用遥控电路 2000 3 周航慈 单片机程序设计基础 2003 相似文献 10条 相似文献 10条 1 期刊论文 杨永庄 赵维康 单片机软硬件在数据无线传输中的抗干扰设计 科海故事博览 科教创新2008 6 随着单片机发展和应用领域的扩大和深入 其在无线传输 电子信息 通信 自动控制及计算机应用领域的重要性日益突出 由于无线传输环境愈加 复杂的因此单片机系统的抗干扰性能很大程度上制约着单片机应用系统的性能发挥 深入研究单片机抗干扰性能 合理的使用软件 硬件抗干扰技术 可使 系统最大限度地避免干扰的产生和使系统恢复正常 以保证系统稳定的工作 2 期刊论文 张海波 毕立群 唐一禄 段江春 ZHANG Hai bo BI Li qun TANG Yi lu DUAN Jiang chun 基于单片机 的监测数据无线传输装置设计与实现 仪器仪表用户2008 15 5 监测数据的无线传输在无线遥控 遥测 复杂环境的工业数据采集等领域具有广泛的应用 监测点利用单片机采集数据 通过无线数据传输模块传输 在监测站利用无线数据传输模块接收后 发送到监测站计算机 实现远程监测的目的 3 期刊论文 陈德明 孙光民 王强 赵天雪 张程 CHEN De Ming SUN Guang Min WANG Qiang ZHAO Tian Xue ZHANG Cheng 基于AVR 8位单片机的短距离立体声数字音频无线传输系统开发 电子技术应用2007 33 9 采用WM8739 8731 nRF2401和ATmega48等芯片实现短距离数字音频无线传输系统的设计 详细介绍了系统的软硬件设计 实现以及ADPCM音频编码方 法等 为解决低成本采集和传输数字音频问题提供了一种参考方法 4 学位论文 柯兆盛 无线传输高精度测温系统 2004 温度作为一项热工参数 在工业现场和过程控制中具有至关重要的作用 因而 各种以热电偶 铂电阻作为传感器的温度变送器和数字温度计普遍 使用 在这些情况下 多采用有线连接方式采集温度信号及传输数据 这虽然满足了测温目的 但存在电缆布线引起的一些问题 为满足某些测温场合 的无线传输温度参数要求 远程控制测温过程 满足测温过程温度信号处理易实现的要求 研制了可无线传输 可视化编程的高精度测温系统 系统中 采用无线通讯 温度信号调理和单片计算机电路构成无线传输的高精度数字温度计 采用了单片无线收发芯片nRF401 发射功率为10dBm 传输距离室内 可达20m 室外100m 还可根据不同需要安装外接天线 达到更远的距离 采用可视化编程技术构成温度数据接收 处理系统 实现远程控制测温 测温系统从功能可分为三大部分 第一部分由温度传感器铂电阻 温度信号调理电路及中央控制单元组成的温度参数采集和处理电路 铂电阻感受温度 信号 送交温度信号调理电路处理 在中央控制单元的控制下 温度信号调理电路将模拟量转化为数字量 经过线性修正 得到最后的测量值并显示给 测量者 第二部分 单片无线收 发模块和中央控制单元组成的无线传输部分 主要完成温度数据和测量命令的无线传送和接收 无线收 发模块采用瑞 典nordic公司生产的ISM频段的单片无线收 发模块nRF401 中央控制单元控制nRF401功能引脚完成无线传输 使用C语言编制的通信协议 完成错误检验 错误纠正和自动请求重传功能 达到最终的可靠通信 第三部分是可视化编程实现的上位机远程控制部分 此项功能是可选的 控制按键中有一远程 控制功能 如果中央控制单元检测到此键按下 其他功能键失效 控制功能全部交由上位机完成 上位机和控制单元通过RS 232口传递数据和控制命令 测温过程控制和数据处理更加方便 温度信号调理电路采用CS5532芯片 调理电桥输出信号 对其实现24bit的A D转换 CS5532采用 过采 样技术 具有转换位数高 24bit 支持SPI接口协议 便于与MCS51单片计算机连接的特点 CS5532的1脚和2脚连接的是温度参数的模拟输入端 PT100感受温度变化 电桥输出电压发生变化 这个电压直接连接到CS5532的1脚和2脚 在微控制器控制下精确测量出电压值 再依据拟合曲线求出阻 值 准确计算温度值 桥臂中的电阻 根据PT100的电流不能超过1mA 计算出其值是1 5k 全部选用高精度电阻 温漂系数满足要求 MAX6138基准电源 输出值是1 205V 3脚和4脚之间连接一个22nF的电容 5脚和6脚分别连接模拟电源的正极 2 5V 和负极 2 5V 为了保证稳定 使用稳压管LM385 AD7660将 5V电压转换为 5V电压 为ADC提供负基准电源 9脚和10脚之间连接的是ADC晶振 4 9152MHz 11脚 12脚和13脚三个引脚被称为SPI 串行协 议接口 是最简单的串行通信协议 方便与微控器通信 11脚通过隔离器连接到微控制器的21脚做为串行通信的时钟 12脚通过隔离器连接到微控制器 的23脚做为串行通信的数据输出端 13脚通过隔离器连接到微控制器的22脚做为串行通信的数据输入端 隔离器的使用减少了干扰 通信更加稳定 提 高了通信效率 14脚芯片选择端接地 芯片始终被选中 15脚接 5V电源 16脚 17脚 19脚 20脚接地 18脚基准输出端 接2 5V基准电压 无 线传输高精度测温系统采用nRF401单片无线收 发芯片实现无线传输温度数据和测量命令 nRF401是一个专用工业频段 433MHz 无线收发芯片 它采用 FSK 移频键控 调制解调技术 具有无需曼彻斯特编码 误码率低 便于与单片计算机连接等特点 最高传输速率可达20KHz 满足静态温度测量要求 为了可靠通信 编程时可设计通信协议并考虑数据的纠检错 检错可采用效验和方式或更好的CRC 循环冗余校验 校验方式 使用单片计算机的I O口 分别对nRF401的发送 接收模式 上电 待机模式和通道选择模式进行设置和程序控制 即可实现温度数据的无线发送 接收传输 无线传输高精 度测温系统的第三部分 可视化编程实现的上能机远程控制部分 上位机程序主要由可视化编程软件TESTPOINT编写 可以远程完成对温度参数的测量 保存 打印和历史记录的查询 TESTPOINT是美国CapitalEquipmentCorporation公司生产的一种基于GUI 图形用户界面 的可视化编程软件 TESTPOINT最大的特点是能够很方便实现各种通信 加上其功能强大的数学计算能力 非常适用于各种测量和图形处理软件的编写 通过拖拉 TESTPOINT控件和对各种功能的重新组合很方便实现所需要功能 大大缩短了软件开发周期 可视化编程远程控制系统主要具有以下几项功能 1 远程测量 2 数据显示 3 数据记录 4 数据保存 5 数据打印 6 历史记录查询 数据通过CODE控件可很方便的与外部程序接口 以便进行保存和处理等操作 使用远程控制程序 可以使测量过程更加直观 便于数据测量 保存 查询等 我们研制的无线传输高精度测温 系统由于采用了高精度温度信号调理电路 因此其测量精度主要取决于不同现场测温要求所选用的热电阻 我们铂电阻PT100在实验室条件下对测温系统 进行多次无线传输的实验检定 测试是在两个实验室内进行的 一个放发送端 一个放接收端 数掘传输需要穿过一面墙 从 50 400 每隔50 作 为一个测试点 用普通直流稳压电源再经过二次稳压 其它电路的电源也都经过二次稳压 电压表用直流数字电压表 测试时用可变电阻箱代替铂电阻 进行测试 对应的电阻值是从某仪表厂生产的分度号为PT100 比位 R100 R0 为1 3851的铂电阻手册查得的 根据实验数据 可以看出误差在千 分之一到千分之五范围以内 无论是用上位机控制传输数据还是直接采用按钮控制传输数据 一秒钟之内可以传输一个数据 通过上述分析可见 本文描述的测温系统 可实现无线传输温度和可视化编程处理测温过程的功能 具有实用价值 测温系统采用的温度信号调理电路具有精度高 可以达到 千分之一到千分之五之内 电路简单易于实现的特点 适于作为数字温度计的信号处理电路 温度数据的无线传输与可视化编程技术相结合 为现场测 温提供了一种更易于观测处理的方案 无线传输距离在室内可达到20米 可以穿过一面墙 室外可达到100米 5 会议论文 王晓雷 吴必瑞 基于无线传输的瓦斯浓度监测系统设计 2008 为了监控矿井瓦斯浓度 介绍了以nRF2401器件为通信芯片的矿井瓦斯浓度无线监测系统 叙述了系统的设计原理与软硬件实现方法 系统采用 MSP430F449单片机作为核心器件 采集传感器检测出瓦斯浓度的浓度值 实现对监控矿井瓦斯浓度实时采集 测量 无线传输和上位机通信等功能 经过应 用表明 该监控系统可以安全准确地采集矿井瓦斯浓度数据 具有状况监测 历史记录数据查询和数据分析等多种功能 6 学位论文 潘卫江 家庭心电远程监护系统的研究 2002 该课题介绍了一种家庭心电远程监护系统 系统由五部分组成 心电检测单元 单片机控制及A D转换单元 家庭无线传输单元 家庭嵌入式网关及医院 数据管理单元 心电检测单元以低功耗 高精度 高集成度 抗干扰性为设计目标 完成心电信号的放大功能 单片机采用了TI公司的超低功耗MSP430F149 利 用其内带的12位A D和串行口来完成A D转换及数据通讯 同时利用其内带的硬件乘法器进行数字滤波 无线传输单元以高可靠性 调试简单性 模块化设计 为目标 采用了集成无线传输模块PTR2000 完成心电信号从单片机传送到家庭网关的功能 家庭网关由Linux嵌入式系统来完成 它可以作为家庭信息化的 平台 扩展后可以连接其他家庭监护单元 简略介绍了医院接收端的数据管理 抗干扰是家庭心电监护系统必须考虑的因素 分析了手机对心电检测的影响 及消除办法 重点介绍了自适应滤波的效果 7 会议论文 王莎 刘福贵 石海洋 一种基于无线传输的高压直流在线监测系