點對點無線射頻通訊器的設計

◎ 闞英男 莊宇 郭東升 劉政男 李冬洋 黃詩琪

基于單片機控制技術和無線通信技術，設計了計算機間點對點無線通信的射頻通信系統，包括無線通信電路的硬件部分和上位機軟件部分。系統中采用低成本、低功耗的單片機主控芯片作為主控制器，以433MHz的通信頻率進行無線數據傳輸。設計的通信系統可用于計算機戶外互聯和數據加密通信等應用，同時具有科研價值和商業價值。

引言：近年來，隨著無線射頻技術的快速發展，物聯網、互聯網+、智慧城市、智慧家庭等諸多研究熱點得到了廣泛的發展和應用，越來越多的智能設備、智能家電應運而生，為人民提供了更加便利、舒適的工作和生活環境。然而，目前局域網內計算機之間的網絡連接方式仍以路由器和交換機等設備為主，計算機之間需要此類網絡設備作為中轉，實現有線或無線的網絡通信。本項目設計了一款低成本、便攜式的點對點無線射頻通信器，用于計算機之間的網絡通信，實現數據通信功能。作為現有計算機通信方式的一種補充，可以實現更靈活的數據通信，尤其適用于對數據傳輸速率要求不高、對價格敏感的應用場景，可以在很多應用場合中發揮優勢。

LabVIEW軟件平臺提供了一種圖形化編程方法，包括硬件配置、測量數據和調試。使用LabVIEW可以有效地集成來自現有的商業化和自主開發的測量硬件，在程序框圖上表現復雜的邏輯，開發數據分析算法，并可以設計自定義工程用戶界面。

本文設計的點對點無線射頻通訊器硬件，配合基于Lab-VIEW開發的上位機軟件程序，能夠滿足計算機間的數據通信，具有高性價比的優勢，可以應用在工業過程控制、戶外計算機間的中短距離數據通信（一百米內）、計算機間點對點加密通信等應用場合，不僅具有科研實驗的價值，還具有潛力巨大的商業價值，因此具有重要的研究意義。

一、通信系統的功能概述和器件選型原則

點對點無線射頻通訊器的電路可以主要分為三個部分：1）供電電路：通訊器應具備USB供電和電池供電兩種方式。2）主控制器電路：綜合考慮處理能力、片上資源、穩定性、價格等要素后，選取適當的主控芯片并完成主控制器電路，還包含串口通信、無線通信等電路功能。3）按鍵和指示燈電路：用于控制無線通信的各項功能，包括開關、待機、通信參數配置等功能。完成后的通信系統功能示意圖如圖1所示，圖中采用USB接口對通訊器進行供電和數據傳輸，在不超過100米的范圍內，可以實現兩臺筆記本電腦的點對點通信功能。

為了降低成本和縮小硬件體積，提高無線射頻通訊器的便利性，在硬件設計階段就應該開展相關設計，在器件選型方面，選用性價比高、小體積、表貼封裝的電子器件，可以有效地減小硬件體積，縮小PCB尺寸，達到低成本、小體積的設計要求。

二、通信系統的結構

系統結構示意圖如圖2所示，主控芯片控制通信電路和USB接口及控制電路，實現無線數據的通信傳輸和USB接口的數據通信，通過按鍵和指示燈可以對通訊器進行操作，通過主控芯片中燒寫的程序對通訊器進行手動控制。通訊器與臺式計算機或者筆記本相連接，在計算機中安裝基于LabVIEW開發的軟件，實現數據通信相關的一系列功能，包括串口通信控制、數據顯示、數據發送和數據存儲功能等。

三、軟件程序設計

現實生活中的計算機操作系統具有多樣化的特點，以微軟公司的windows系列操作系統為例，綜合考慮現實情況和未來的發展趨勢，系統中需要分別開發32位和64位的上位機驅動和軟件程序。針對32位的Windows XP系統和Windows 7系統開發32位的上位機軟件，以兼容此類計算機，確保硬件驅動能夠順利安裝，保證硬件正常識別。同時，需要開發64位的上位機軟件，兼容Windows 7，8，10等操作系統的64位版本。基于LabVIEW軟件平臺，可以在完成主程序的開發之后，分別針對不同的操作系統生成對應軟件安裝包，以滿足各系統的運行要求，保證軟件能夠正常運行。

結論：設計了用于計算機間點對點無線通信的射頻通信系統，包括無線通信電路的硬件部分和上位機軟件部分。以433MHz的通信頻率進行無線數據傳輸，使用基于LabVIEW開發的上位機軟件實現串口通信控制、數據顯示、數據傳輸和數據存儲功能。該通信系統可用于計算機戶外互聯和數據加密通信等應用，即具有科研價值，也具有一定的商業價值。