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基于无线串口的数据传输网络应用

范文

卜彦君刘志强田雪谢一博

摘要：文章对比了无线串口和工业、生活中常见的无线通信方式，提出构建基于无线串口的物联网数据传输网络。在一定的理论基础下，进行了真实场景中的单点传输和星型组网测试，而且通过编写程序实现了单片机自组网的测试，实验效果良好。关键词：无线串口；组网测试；数据传输

目前常用的无线通信技术有蓝牙，WiFi，ZigBee等[1]，其中蓝牙是一种用于替代某些电子设备上使用电缆或连线的短距离无线连接技术，传输距离约10 m； WiFi与蓝牙技术一样，同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术，该技术使用的是2.4 GHz附近的频段，传输距离约100 m；ZigBee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通信技术，传输距离约100 m。在考虑敏捷开发、超长传输距离、低功耗、穿透能力等综合因素时，无线串口有着明显的优势，所以本课题使用无线串口搭建数据采集网络。

1 工作原理

串口是计算机与外部设备进行数据交换的重要介质，串行通信也因其线路简单、操作灵活，在工程中有着广泛的应用。无线数据传输网络就是计算机与无线串口之间的通信链路，通过E32-TTL-100模块，并配以天线，经过CP210X驱动可实现计算机之间数据的无线传输。其数据传输流程如图1所示。

发送方：计算机上的COM 口与串口调试助手连接后，通过USB-T2将数据以十六进制形式传给E32-TTL-100无线模块，模块根据当前的工作状态，在若干时间片后，将数据打包发送。

接收方：无线串口通过解析比对发送方的地址和信道，对收到的数据进行逐帧校验，校验通过的数据通过USB-T2传输到串口调试助手以文本显示[2]。

2 工作模式

模塊有4种工作模式，由引脚M0和M1设置，详情如表1所示。

3 数据传输网络的构建

3.1 单点传输

单点传输可采用透明传输或定向传输两种工作方式，透明传输把接收和发送两端的串口信道设置相同即可，定向传输需要设置接收和发送双方的地址和信道，同时要设置模块的标志位。就是把两个无线模块的信道值设置成相同的，它们就可以进行通信，进而进行数据传输，达到定点传输的目的。

3.2 星型组网

星型组网是一个一主多从的网络架构，用户可以给每一个从机规定一个地址和信道，并在发送数据时指定目的地址和信道，收到数据的从机判断地址是否与自身匹配，若不匹配则直接丢弃，若匹配，则作出相应的动作。

星型组网测试以内蒙古工业大学金川校区为例，该校区包含高大建筑物17栋，占地约0.7 km2，对角线距离分别为584 m和888 m。实验当天气候干燥，风速4级，气温零摄氏度。实验时4名同学分别位于校区的四角，每人手持笔记本和无线串口模块，就位后我们进行了两组测试。如图2右侧所示，两两之间互相发送数据，平均延时约0.1s。如图2左侧所示，一名同学位于学校中心建筑物，其他3名以其为中心辐射在不同的方向，然后进行数据传输。两组实验中每人都能收到其他3人的数据，且数据传输延时较低，这表明金川校区可采用基于无线串口的物联网数据传输网络[3-4]。

3.3 单片机自组网

单片机自组网是由PC机、单片机和无线串口组成的一个组网。他们之间是通过PC机把写好的程序由USB串口下载到单片机里，然后单片机与无线串口通过他们的TXD和RXD相连接而完成通信。下面是单片机自组网通信程序。

（1）串口初始化程序void initSer（）

{

TMOD=TMOD|Ox20；//T1定时器模式，工作方

式2

THl=0Xfd；// 256-（11059200/（32*12*9600））

TLl=0xfd；

SM0=0；//属于SCON寄存器

SM1=1；//串口工作方式1，10位异步，波特率

可改

REN=1；//允许串口接收

ES=1；//开串口中断

EA=1；//开总中断

TR1=1；//启动定时器

}

（2）发送一个字节数据void sendChar（uchar Value）

{

SBUF = Value；

sendFlag = 1；//设置发送标志位，发一字节就置位

while（sendFlag）；//直到发完数据，将sendFlag清零

后，才退出sendChar函数

}

（3）主函数void main（void）

{

initSer（）；while ⑴

{

while（receFlag）//单片机串口收到任意数据后，开始发送数据{

sendStr（）；

receFlag=0；

此单片机自组网首先通过sendStr（）函数把所要发送的数据发送到单片机缓冲区，然后单片机把所收到的数据转发给无线出口，无线串口分析接收的数据，通过和自己先前设置好的地址和信道进行校验，正确后，把数据转发给另一个无线串口，然后把收到的数据在PC机上的串口调试助手得以显示。

4 结语

本文研究了无线串口的通信方式和工作模式，并在真实环境中进行了组网测试，实验中数据传输稳定，穿透能力强，误码率和延时都很低。通过对比实验前期的准备工作，发现无线串口确实使用方便，对专业背景要求较低。

[参考文献]

[1]金纯，罗祖秋.ZigBee技术基础及案列分析[M].北京：国防工业出版社，2008.

[2]薛卫强.基于物联网的无线环境监测系统设计与软件的实现[D].秦皇岛：燕山大学，2013.

[3]黄建清，王卫星.基于无线传感器网络的水产养殖水质监测系统开发与试验[J].农业工程学报，2013（4）：183-190.

[4]杨小牛，褛才.软件无线电原理与应用[M].北京：电子工业出版社，2001.

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