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1、基于M S P 4 3 0单片机的无线以及红外通信设计 引言 随着科技的发展，无线以及红外 这两种通信方式在我们现实生活中应 用的越来越广泛，我们对这两种通信 方式的依赖性也是越来越强，一件件 我们耳熟能详的产品都应用了这两种 通信技术，手机、电视、收音机、蓝牙等 等，都是基于这两种通信方式来工作 的。无线和红外通信方式各有各的通 信特点： 1)无线通信方式 无线通信(W i r e l e s s communication)是利用电磁波信号 可以在自由空间中传播的特性进行信 息交换的一种通信方式。无线通信方 式的优点是传输距离远，覆盖面积大， 有很强的抗干扰能力，可进行多址通 信，安全保密
2、，抗多径干扰。这种通信 方式用的典型应用就是手机。 中北大学信息与通信工程学院李晓雷崔唯佳 陈晓军 摘 要：随着社会的发展和人们对事物理解的加深，人们越来越懂得利用周边的有 利资源来改善人们的日常生活，无线以及红外的通信方式越来越被人们所采纳。本 设计采用的是Tl公司flMSP430系列单片机作为主控芯片，其低功耗的特性很适合用 于本通信系统。主要的通信过程为主控板间断的用红外发射一组8位的二进制数据， 当移动板通过HS0038红外接收头收到这组数据时，将通过31 5M无线模块向主控板 发射一组1 6位的无线数据，主控板接收到这组无线数据进行比对后，再发射一组8位 的红外确认信号，移动板收到确
3、认信息后，将再发射一组1 6位的确认信息，主控板 接收到这组数据后将第一次接到的那组数据传到上位机上。 关键词：无线红外MSP430 31 5无线模块 2)红外通信方式 红外通信，顾名思义，就是通过红 外线传输数据。跟无线通信方式相比， 红外通信具有更强的抗干扰能力，也 可以进行多址通信，安全保密，发射功 率小。因为红外线具有光的通性，所以 利用红外通信方式具有很强的方向 性，在短距离的点对点通信时，红外通 信是一种非常不错的选择。这种通信 方式的最典型应用就是遥控器。 根据这两种通信方式的特点，本 文设计了一种采用基于TI公司的低功 耗单片机MSP430，以无线和红外通信 方式作为数据载体，
4、进行一次数据的 通信。本设计主要是用于小区车库的 智能管理，主要由放置在车库入口处 的主控板和搭载在汽车上的移动板组 成。主控板使用的控制芯片是T I公司 的MSP430f2619。利用普通的红外发射 管组成红外发射电路发射红外数据， 3 l 5无线接收模块接收无线数据。移动 板使用的是资源相对较少的 MSP430f2013单片机作为控制芯片，利 用HS0038红外接收头接收红外数据， 3 l 5无线发射模块发射无线数据。 总体方案设计 以MSP430单片机为控制核心，电 路主要由红外发射电路，红外接收电 路，无线发射电路，无线接收电路，指 示灯电路，以及串口通信电路组成。系 统方框图如图l所
5、示。 控制器 本设计采用TI公司的l1MSP430 单片机作为通信系统的主控制芯片 1)主机MSP430f26l9单片机控制 电路 Servo ControI 7 1 1 图6红外发射图 成，用于节点之间的通信。 设计采用了常见的31 5无线收发模 块作为长距离无线收发器(因收发频 率为31 5MHz而得名)。3l5无线发射模 块电路原理图如图7所示，它是由声表 谐振器(SAW)和高频三极管组成的三 点式振荡电路。TXD输入引脚通过三极 管Q2控制高频振荡器。当TXD为高电平 时，Q2导通，高频振荡器起振；当TXD为 低电平时，Q 2截止，高频振荡器停振。 将MSP430f2013单片机的P1
6、0引脚与 TXD连接，即可完成数据的发射。 vce 图7：315发射模块原理图 l 31 5M无线信号的接受采用的是超 再生检波接收器。超再生检波电路是 一个受间歇振荡控制的高频振荡器， 这个高频振荡器采用电容三点式振荡 器，振荡频率和发射器的发射频率相 一致。间歇振荡是在高频振荡的振荡 过程中产生的，反过来又控制着高频 振荡器的振荡与间歇。间歇振荡的频 率是由电路的参数决定的(一般为一 百到几百千赫)。这个频率选低了，电 路的抗干扰性能较好，但接收灵敏度 较低，反之，频率选高，接收灵敏度较 好，但抗干扰性能变差。超再生检波电 路有很高的增益， 在未收到控制信号 时，由于受外界杂 散信号的干扰
7、和电 路自身的热骚动， 产生一种特有的噪 声，叫超噪声，这个 噪声的频率范围为 。 盖 ! 一 035kH之间。在无信号时，超噪声电 平很高，经滤波放大后输出噪声电压； 当有控制信号到来时，电路谐振，超噪 声被抑制，高频振荡器开始产生振荡， 输出信号。下图是常用的超再生接收 模块电路原理图，图中Q 1等组成高放 电路，Q 2及相关元件组成超再生检波 电路，检出的控制信号经两级运放进 行放大处理后，从输出端输出接收到 无线信号。超再生检波接收器电路原 理图如图8所示 。 无线收发模块在本设计中采用的 3l 5M无线收发模块，其结构简单、使用 方便，只要在发射模块输入信号，在接 受模块中就可以接受
8、到相同的信号， 例如在发射端输入高电平，在接收端 就能采到高电平。本设计中所用的电 路图如图9所示。 图9无线收发模块电路图 显示指示设备 本设计中，采用发光二极管以及 上位机作为指示电路，通过二极管的 亮灭来指示设备的工作状态，当接收 到正确的信号时主控电路也即 MSP430f2619单片机通过串口把收到 的数据发送到上位机上。在串行通信 中本设计中采用MAX3232芯片进行电 平转换，以保证单片机和上位机通信 时电平的正确性。 输出 Cn 村睁 串行通信模块的电路图如图1 0所 示。 图10串行通信电路图 电源供电模块 在本设计中我们采用了33V和5V 两种电压，所以在主控板中我们采用 了
9、LMl1l75oNLM11l733两个 电源管理芯片，以满足不同的电压需 求。同时为了给其它外围模块供电，在 板上预留了几个33V供电接口，其电 路图如图ll所示。 在移动板MSP430f20l3中，考虑到 便携性，我们采用3颗干电池供电，单 片机等33V供电电路我们采用3V供 电，而5V电路采用45V供电。 软件设计 主控板程序流程图和移动板程序 流程图如图l 2和图1 3所示。 1)红外二进制信号的软件编码、发 射与接收 根据红外接收头HS0038的特性可 Servo ControI 73 在MSP430f2013中本设计采用P1 7口作为数据接收端，由红外发射电路 分析可知接收到的信号其
10、实是发送数 据的反码(例如发射0101，0101，反码为 1 01 0，1 01 0也即接收的数据为1 01 0， 1010)。 红外接收数据程序段如下： for(S=0；S=1： j=P1IN&BIT7； k=kI J； delay(360)； 2)无线数据的编码、发射与接收 3l 5无线收发模块的接收方式当发 射模块发射l时接收端接收到的信号 也是1，发0时收到的信号则是0。在移动 板MSP430f2013单片机中，单接收到正 确的红外信号时，将由P 10口送出一 组16位的无线数据，通过无线发射模块 发射出去。同时主控板将由3l 5无线接 收模块接收数据并传于MSP430f2619 单片
11、机的P20口。由电路的原理可知， 接收到的信号其实是发射信号的倒置 (例如发射二进制信号为01 10，0l01， 0l01，0l 0l接收到的信号则是1 01 0， 1010，1010，0l10)。 其msp4302013发射信号的程序 段为： m=0x6555； 要发送 的1 6位无线数据 for(S=0；S1： delay(365)； Msp430f2619接收信号的程 序段为： k=0xO000： for(S=0；S16；S+) 接收16位无线数据 k=1： j=P2IN&BIT0； k=kl J； delay(330)； 当移动板接收到由主控板发射的 正确的红外信号时将发射一组1 6位
12、的 无线数据，主控板接收到这组信号时将 点亮一盏L ED灯并再次用红外发射一组 8位的确认信号，一会后将点亮的灯熄 灭。当移动板接收到的是这组确认信号 时，将用315无线模块再次发射一组l6位 确认信号，同时点亮LED灯，发射完一段 时间后灯也将熄灭，而在主控板上接收 到正确的无线确认信号时将点亮一盏 LED系统将由串口将第一次接收到的无 线数据发送到上位机并熄灭刚点亮的 灯。至此一次完整的通信过程就完成。 其中串口程序代码如下： int_usart() P 3 0 U T &= (BIT4+BIT5)； P3SEL=0x30； P34，5=USCIA0 囝R) UCA0CTLl l=UCSS
13、EL一2： CLK=SMCLK UCA0BR0=0x36： l9200 UCAOBR1=OxO0； f UCAOMCTL=UCBRSl+ UCBRSO： UCA0CTL 1 &= UCSWRST； sentbyte(uns igned int data) while(IFGI&UTXIFG0) =0)；判断发送缓；中区是否结束 UCAOTXBUF=data： J 在本设计中无线发射的信号没有 加密，直接采用二进制数据的形式发 射，电源的稳定对发射和信号的正确 性将产生很大的影响，所以在主控板 中采用的是TI公司生产的具有高稳定 性的电源芯片LM11175和LMl1l7 33。而在移动板中采用的
14、是干电池供 电，这种设计已经尽可能的减少了电 源对电路的影响。 调试分析及结果 1)测试过程 在系统测试使用的仪器有数字示 波器、数字万用表、干电池、稳压电源、串 口交叉链接线、表头。系统上电前先检 查个模块电路的连接情况，特别注意检 查电源的正负极，以免因为电源接错而 烧坏整个系统。在确认迎接连接无误 后，用JTAG口把编译好的程序分别下载 到主控板和移动板的MSP430单片机里。 把程序下载到单片机后运行程序， 首先用示波器测试主控板中 MSP430f2619的P10口，看能否测试到 38KHz的数据信号，在确定数据信号无 误后，再用数字示波器的另一个探头去 测试移动板中单片机的P17口，也即一 体化红外接收头HS0038的数据输出端 口，看能否接收到解码后的二进制数据 信息，如果能接到到再查看移动板中发 光二极管指示灯是否闪烁，如不能则检 查MSP430f20l3的红外接收程序，直到 调式到发光二极管闪烁。接下来以同样 的方式调试无线收发模块，直到整个通 信过程都正常的运行为止。同时把主控 板的MSP430f26l9与上位机用串口线 连接起来，借助串口调试精灵，查看移 动板传上来的数据是否正确。 当上述都调试正常了，再把移动 板拿到1 0米远处，让红外接收头正对红 外发射管，再次查看系统通信是否正 (下转第63页) ServO Control 75 1
