串口通用无线数据传输系统设计

【摘 要】 提出一种低成本的通用无线数据传输系统设计，配备通用串行接口，可与所有具备通用串口的通信终端相连。系统由射频收发器、单片机和通用串口组成，单片机用I/O口模拟硬件SPI接口，通过SPI接口连接射频收发器，单片机外接STC232芯片扩展通用串行接口，给出了电路设计原理和系统应用方案，数据终端、数字话机、低速多媒体终端可通过无线传输系统实现点对点无线通信。

【关键词】 射频收发器 单片机 串口

【Abstract】 Propose a low-cost design of universal wireless data transmission system with universal serial ports， which can communicate with other terminals by serial ports. The system consists of RF transceiver， single chip and universal serial ports. Single chip microcomputer simulates hardware SPI interface by I/O interfaces and connects RF transceivers. It extends serial ports by STC232 chips. The circuit diagram and application schemes are provided. Point-to-point wireless communications can be achieved between two data terminals， two digital phones， or two low speed multimedia terminals.

【Key words】 RF transceiver single chip serial port

无线数据传输具有安装方便、不需要布线、通信距离远、成本低、效率高的诸多优点，广泛应用在野外通信、军事通信、工业无线网、智能家居等领域中。本文提出一种低成本的通用无线数据传输系统设计，配备通用串行接口，可与所有具备通用串口的通信终端相连，最大无线通信速率可以达到1Mbit/s。

1 系统总体设计方案

串口无线数据传输系统总体方案如图1所示，由nRF24L01射频收发器实现无线数据传输，STC232收发器扩展RS232串口，实现用户接入，系统中央控制器为STC89C52单片机，实现对射频收发器和232收发器的控制，并对数据进行缓存处理。任何具备RS232串口的通信终端都可接入该系统，实现最高1M bit/s的无线数据传输。

2 nRF24L01射频收发机

nRF24L01是一款工业级内置硬件链路层协议的低成本单芯片广播式无线射频收发器。该器件工作于2.4GHz全球开放频段，内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，其输出功率和通信频道可通过程序配置。

nRF24L01结构如图2所示。通过设置PWR_UP、CE、CS三个引脚，可使nRF24L01分别工作于接收/发送模式、配置模式、睡眠模式、关闭模式。当nRF24L01处于接收/发送模式时，可工作于两种状态：无线射频模式和直接发送模式[1][2]。

3 STC89C52单片机

STC89C52是一种带8K字节可编程可擦除只读存储器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器。该器件采用高密度非易失存储器制造技术，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容[3]。

STC89C52单片机拥有256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路，是一种价格低廉的通用微处理器。

4 无线模块与单片机的连接

单片机通过6个控制和数据信号线与nRF24L01相连接，如图3所示。其中CSN为芯片的片选线，SCK为SPI时钟，MISO和MOSI分别为SPI数据输出和输入，IRQ为可屏蔽中断信号，CE为芯片模式控制线。CSN、SCK、MISO、MOSI构成了nRF24L01的硬件SPI端口。

nRF24L01与单片机的连接主要是nRF24L01的硬件SPI端口的连接，单片机可用I/O口P0.1-P0.4模拟硬件SPI口，IRQ和CE分别接单片机的P0.5和P0.0口。

5 RS232串口的扩展

如图3所示，采用STC232芯片扩展一个RS232通用串口，STC232收发器的TTL/CMOS数据输入端口TIN和数据输出端口ROUT分别与单片机的TXD（P3.1）和RXD（P3.0）相连接，用于接收和发送与单片机之间通信的数据，STC232收发器的RS232端口RIN和TOUT连接在一个标准DB9插座上，插座可与RS232接口的通信终端相连接。

6 无线数据传输应用方案

图4为串口通用无线数据传输系统的典型应用方案，该传输系统尚不具备多节点组网互通功能，最典型的应用是两个通信节点之间的点对点无线通信。数据终端、数字话机、低速多媒体终端可通过RS232串口连接无线传输系统，与通信对端的终端进行无线通信，其最高无线通信速率为1Mbps。

7 结语

本文提出的一种串口无线数据传输系统成本低廉、结构简单、通用能力强，所有具备通用串口的通信终端都可以连接此无线传输系统从而实现无线通信。基于此无线传输系统，用户可以很方便的实现无线语音通信、无线数据通信、无线视频传输。

参考文献：

[1]Nordic Semiconductor. nRF24L01 Single Chip 2.4GHz Transceiver Product Specification，2007.

[2]张玉健.基于nRF24L01的无线温湿度检测系统设计[J].物联网技术，2012，12（1）：21-23.

[3]宏晶科技.STC89C51RC/RD+系列单片机中文指南，2005.