基于嵌入式的无线通信研究1

1、1 近距离无线通信技术的背景及应用 目前，随着短距离无线数据业务迅速膨胀，近距离无线通信技术呈现出良好的发展势头。受到越来越多人的关注。因为在现实生活中存在着许多这样的应用情况，系统需要实时传输小量的突发信号，当然传统的无线通信技术虽然能够满足要求，但免不了存在成本高，体积大，功耗大的问题，这时成本小，体积小，功耗低的短距离无线通信技术就发挥了它的优势，尤其在传统无线通信系统难于或者不便于覆盖到的区域，短距离无线通信技术可以在近距离范围内实现相互通信或相关操作。但是当今信息技术高速发展，形成了令人眼花缭乱的无线通信协议和产品。如何能够低成本、方便快捷的实现近距离无线通信，使它能够广泛应用在工业

2、无线控制系统、家庭智能化建设、小型无线数据终端等无线传输系统中，成了一个很值得研究的课题。 近距离无线通信技术的应用前景非常看好。比如利用传感器和网络可以实现医疗中的远程监测病人身体状况，实现家庭自动化中的照明设备、空调设备、门禁系统的远程控制，实现工业生产中的数据自动采集和处理，农业生产中的自动化、网络化和智能化。另外还可用在数字办公环境中，减少线缆布放的麻烦，提供高速数据传输。我们有理由相信在不远的将来会有越来越多的近距离无线通信功能的设备进入我们的生活，并将极大地改变我们的生活方式。 2 近距离无线通信技术的发展过程及现状 从七十年代起，人们就开始了无线网的研究。在整个八十年代，伴随着以

3、太局域网的迅猛发展，具有不用架线、灵活性强等优点的无线网以己之长补“有线”所短，也赢得了特定市场的认可。到1997年6月，IEEE终于通过了802.11标准，无线通信和有线通信协议开始兼容。对应用来说，某种程度上的“兼容”就意味着竞争开始出现；而在IT这个行业，“兼容”，就意味着“十倍速时代”降临了。在MAC层以下，802.11规定了三种发送及接收技术：扩频技术；红外技术；窄带技术。而扩频又分为直接序列扩频技术和跳频扩频技术。而在近距离无线通信方面，出现的有影响力的技术主要有三种,分别是红外线技术、蓝牙传输、NFC技术。 红外线IrDA，简称IR，可以进行无线数据的传输。自1974年发明以来，

4、得到很普遍的应用，如红外线鼠标，红外线打印机，红外线键盘等等。红外传输是一种点对点的传输方式，无线，不能离的太远，要对准方向，且中间不能有障碍物也就是不能穿墙而过，几乎无法控制信息传输的进度；IrDA已经是一套标准，IR收/发的组件也是标准化产品。红外传输有很大的局限性，于是出现了一种新的无线通信技术：蓝牙。 蓝牙，对于手机乃至整个IT业而言已经不仅仅是一项简单的技术，而是一种概念。当蓝牙联盟信誓旦旦地对未来前景作着美好的憧憬时，整个业界都为之震动。蓝牙的创始人是瑞典爱立信公司，爱立信早在1994年就已进行研发。1997年，爱立信与其他设备生产商联系，并激发了他们对该项技术的浓厚兴趣。1998

5、年2月，5个跨国大公司，包括爱立信、诺基亚、IBM、东芝及Intel组成了一个特殊兴趣小组，他们共同的目标是建立一个全球性的小范围无线通信技术，即现在的蓝牙。它广泛应用于世界各地，可以无线连接手机、便携式计算机、汽车、立体声耳机、MP3播放器等多种设备。由于有了“配置文件”这一独特概念，Bluetooth产品不再需要安装驱动程序软件。此技术现已推出第四版规格，并在保持其固有优势的基础上继续发展。蓝牙无线技术是现在市场上唯一得到认可的主导短距离无线技术。 目前应用最为广泛的是Bluetooth2.0+EDR标准，该标准在2004年推出，支持该标准的产品也于2006年大量出现。虽然Bluetoot

6、h2.0+EDR标准在技术上作了大量的改进，但从1.X标准延续下来的配置流程复杂和设备功耗较大的问题依然存在。为了改善蓝牙技术目前存在的问题，蓝牙SIG组织推出了Bluetooth2.1+EDR版本的蓝牙技术。该新版本改善了装置配对流程，且省电效果也更佳。而未来还将会有UWB超宽带版本、Wibree超低功耗版本等新的标准出现。 而更新更先进的无线通信方式，是由飞利浦公司和索尼公司共同开发的NFC技术。NFC是Near Field Communication的缩写，该技术脱胎于无线设备间的“非接触式射频识别”及互连技术，它可以满足任何两个无线设备间的信息交换、内容访问、服务交换，并且使之更为简约

7、，只要任意两个设备靠近而不需要线缆接插，就可以实现相互间的通信。这将任意两个无线设备间的“通信距离”大大缩短。 随着时代的发展，不用多久，出现在手机等电子产品上的无线通信技术将是技术水平更成熟、更完善的无线通信技术。而且随着科技的进一步发展，超远距离的无线通信技术也总有一天会出现。 3 关键技术 本课题中用到的关键技术主要包括单片机接口电路设计、通信协议的设计及控制程序的设计等。 接口电路是硬件设计的重要部分。本次方案中主要涉及到的是单片机的串行通信接口技术。接口电路设计成功即完成了硬件之间的物理连接，并需以此为基础再进行相应的接口程序设计和软件控制。 通信协议指通信各方事前约定好的用心规则，

8、是为保证数据通信网中通信双方能有效、可靠的通信而规定的一系列约定。这些约定包括数据的格式，顺序和速率，数据传输的确认或拒收，差错检测，重传控制和询问等操作。通信协议可以自己制定。通信双方必须使用统一的通信协议。 串行通信分异步通信和同步通信两种基本方式。本次设计中主要研究了RS-232C串行通信接口方面的内容。 本课题中系统软件主要实现数据传输的功能，由串行通信软件和单片机间的通信程序组成。 利用单片机控制无线通信模块，通过设计传输协议，可以实现单片机之间的近距离无线数据的传输和显示。在整个设计过程中还需要软件的开发。以上技术都是对自己的动手能力及能否综合运用所学理论知识的一次重大考验和挑战。

9、 2本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径） 1 研究或解决的问题： 研究单片机系统近距离无线通信技术，完成单片机的接口电路和相关传输协议的设计。实现数据近距离无线传输及显示。 本课题要解决以下问题： （1）单片机接口电路设计； （2）无线通信模块的研究与学习； （3）控制程序的设计； （4）单片机及其它硬件的研究； 解决以上问题需要注意的地方： （1）必须熟悉通信协议原理，能编写传输协议； （2）必须熟悉单片机系统及接口技术，并且精通一门接口编程语言； （3）单片机的选择。目前市场上的单片机的种类不少，但其功能类似，具体类型的选择，对设计的效果会有影响。 （4）电路的设计。主要看懂

10、键盘、显示器的连接电路和无线通信模块接口电路。 2 实现方法 针对本课题提出使用以下几种无线通信模块的方案： （1）基于MC13192的Zigbee无线数据传输模块。 Zigbee是IEEE802.15.4协议的商业名称，是一种新兴的无线通信协议。Zigbee技术具有精简的协议栈、低应用成本、低功耗、CRC传输校验及安全算法等多种优良的特性，以及多种网络拓扑结构。这些特性决定了它在低成本、低速率的无线通信场合将有广泛的应用。 （2）基于AT86RF211S芯片的无线通信模块。 该模块采用功耗非常低的MSP430单片机作为主芯片。AT86RF211S芯片作为收发芯片，具有功耗低、接收灵敏度高、外

11、围设备少等特点。且即使利用无增益的PCB天线其传输距离也可达到100米以上。如果需要更远距离的传输，可改成带增益的天线。 该模块的MCU使用TI公司MSP430系列中的F123型单片机，与Atmel公司的AT86RF211S芯片实行串行异步方式通信。如果需要与RS-232总线或仪表总线等连接，只需要更换转换芯片即可。 （3）PTR2000无线通信模块。 该方案采用一种低价格的MCS-51单片机和PTR2000无线收发模块相结合来构成无线通信系统。PTR2000无线通信模块成本低功耗低，硬件设计相对简单，也是个不错的选择。 （4）基于红外技术的无线数据传输。 红外通信具有控制简单、实施方便、传输

12、可靠性高的特点，是一种较为常用的通信方式。红外通信以红外线作为通信载体，通过红外光在空中的传播来传输数据，它由红外发射器和红外接收器来完成，在发射端，发送的数字信号经过适当的调制编码后，送入电光转换电路，经过红外发射管转变为红外光脉冲发射到空中，在接收端，红外接收器对接收到的红外光脉冲信号进行光电变换。解调译码后恢复出原信号。该方案是本次毕业设计准备重点研究的方案。 设计思路： （1）熟悉单片机系统及无线通信模块工作原理，相关传输协议； （2）设计硬件接口电路，编写相关程序； （3）完成数据的传输、接收和显示。 红外通信方案系统框图如下： 3 本毕业设计课题工作进度计划： 2008年 2月18日2月25日 撰写开题报告及英文翻译。 2月26日2月28日 交开题报告及英文翻译给指导教师审阅再返回修改。 2月29日3月01日 交开题报告及英文翻译。 3月02日4月10日 编程，实现课题要求功能。 4月11日5月04日 调试、修改、完善。 5月05日5月23日 完成毕业论文。 5月24日5月30日 进一步完善设计成果，完成电子讲稿，准备答辩。 5月31日6月01日 毕业设计答辩。 指导教师意见： 1对“文献综述”的评语： 文献综述较为全面地介绍了近距离无线通信技术的当前现状，内容资料