基于無線串口的數據傳輸網絡應用

卜彥君 劉志強 田雪 謝一博

摘要：文章對比了無線串口和工業、生活中常見的無線通信方式，提出構建基于無線串口的物聯網數據傳輸網絡。在一定的理論基礎下，進行了真實場景中的單點傳輸和星型組網測試，而且通過編寫程序實現了單片機自組網的測試，實驗效果良好。關鍵詞：無線串口；組網測試；數據傳輸

目前常用的無線通信技術有藍牙，WiFi，ZigBee等[1]，其中藍牙是一種用于替代某些電子設備上使用電纜或連線的短距離無線連接技術，傳輸距離約10 m； WiFi與藍牙技術一樣，同屬于在辦公室和家庭中使用的短距離無線技術，該技術使用的是2.4 GHz附近的頻段，傳輸距離約100 m；ZigBee是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通信技術，傳輸距離約100 m。在考慮敏捷開發、超長傳輸距離、低功耗、穿透能力等綜合因素時，無線串口有著明顯的優勢，所以本課題使用無線串口搭建數據采集網絡。

1 工作原理

串口是計算機與外部設備進行數據交換的重要介質，串行通信也因其線路簡單、操作靈活，在工程中有著廣泛的應用。無線數據傳輸網絡就是計算機與無線串口之間的通信鏈路，通過E32-TTL-100模塊，并配以天線，經過CP210X驅動可實現計算機之間數據的無線傳輸。其數據傳輸流程如圖1所示。

發送方：計算機上的COM 口與串口調試助手連接后，通過USB-T2將數據以十六進制形式傳給E32-TTL-100無線模塊，模塊根據當前的工作狀態，在若干時間片后，將數據打包發送。

接收方：無線串口通過解析比對發送方的地址和信道，對收到的數據進行逐幀校驗，校驗通過的數據通過USB-T2傳輸到串口調試助手以文本顯示[2]。

2 工作模式

模塊有4種工作模式，由引腳M0和M1設置，詳情如表1所示。

3 數據傳輸網絡的構建

3.1 單點傳輸

單點傳輸可采用透明傳輸或定向傳輸兩種工作方式，透明傳輸把接收和發送兩端的串口信道設置相同即可，定向傳輸需要設置接收和發送雙方的地址和信道，同時要設置模塊的標志位。就是把兩個無線模塊的信道值設置成相同的，它們就可以進行通信，進而進行數據傳輸，達到定點傳輸的目的。

3.2 星型組網

星型組網是一個一主多從的網絡架構，用戶可以給每一個從機規定一個地址和信道，并在發送數據時指定目的地址和信道，收到數據的從機判斷地址是否與自身匹配，若不匹配則直接丟棄，若匹配，則作出相應的動作。

星型組網測試以內蒙古工業大學金川校區為例，該校區包含高大建筑物17棟，占地約0.7 km2，對角線距離分別為584 m和888 m。實驗當天氣候干燥，風速4級，氣溫零攝氏度。實驗時4名同學分別位于校區的四角，每人手持筆記本和無線串口模塊，就位后我們進行了兩組測試。如圖2右側所示，兩兩之間互相發送數據，平均延時約0.1s。如圖2左側所示，一名同學位于學校中心建筑物，其他3名以其為中心輻射在不同的方向，然后進行數據傳輸。兩組實驗中每人都能收到其他3人的數據，且數據傳輸延時較低，這表明金川校區可采用基于無線串口的物聯網數據傳輸網絡[3-4]。

3.3 單片機自組網

單片機自組網是由PC機、單片機和無線串口組成的一個組網。他們之間是通過PC機把寫好的程序由USB串口下載到單片機里，然后單片機與無線串口通過他們的TXD和RXD相連接而完成通信。下面是單片機自組網通信程序。

（1）串口初始化程序void initSer（）

{

TMOD=TMOD|Ox20；//T1定時器模式，工作方

式2

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

TLl=0xfd；

SM0=0；//屬于SCON寄存器

SM1=1；//串口工作方式1，10位異步，波特率

可改

REN=1；//允許串口接收

ES=1；//開串口中斷

EA=1；//開總中斷

TR1=1；//啟動定時器

}

（2）發送一個字節數據void sendChar（uchar Value）

{

SBUF = Value；

sendFlag = 1；//設置發送標志位，發一字節就置位

while（sendFlag）；//直到發完數據，將sendFlag清零

后，才退出sendChar函數

}

（3）主函數void main（void）

{

initSer（）；while ⑴

{

while（receFlag）//單片機串口收到任意數據后，開始發送數據{

sendStr（）；

receFlag=0；

此單片機自組網首先通過sendStr（）函數把所要發送的數據發送到單片機緩沖區，然后單片機把所收到的數據轉發給無線出口，無線串口分析接收的數據，通過和自己先前設置好的地址和信道進行校驗，正確后，把數據轉發給另一個無線串口，然后把收到的數據在PC機上的串口調試助手得以顯示。

4 結語

本文研究了無線串口的通信方式和工作模式，并在真實環境中進行了組網測試，實驗中數據傳輸穩定，穿透能力強，誤碼率和延時都很低。通過對比實驗前期的準備工作，發現無線串口確實使用方便，對專業背景要求較低。

[參考文獻]

[1]金純，羅祖秋.ZigBee技術基礎及案列分析[M].北京：國防工業出版社，2008.

[2]薛衛強.基于物聯網的無線環境監測系統設計與軟件的實現[D].秦皇島：燕山大學，2013.

[3]黃建清，王衛星.基于無線傳感器網絡的水產養殖水質監測系統開發與試驗[J].農業工程學報，2013（4）：183-190.

[4]楊小牛，褸才.軟件無線電原理與應用[M].北京：電子工業出版社，2001.