◎ 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(tǒng)，包括無線通信電路的硬件部分和上位機軟件部分。系統(tǒng)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(shù)據(jù)傳輸。設計的通信系統(tǒng)可用于計算機戶外互聯(lián)和數(shù)據(jù)加密通信等應用，同時具有科研價值和商業(yè)價值。

引言：近年來，隨著無線射頻技術的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)+、智慧城市、智慧家庭等諸多研究熱點得到了廣泛的發(fā)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(huán)境。然而，目前局域網(wǎng)內(nèi)計算機之間的網(wǎng)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(wǎng)絡設備作為中轉(zhuǎn)，實現(xiàn)有線或無線的網(wǎng)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(wǎng)絡通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信功能。作為現(xiàn)有計算機通信方式的一種補充，可以實現(xiàn)更靈活的數(shù)據(jù)通信，尤其適用于對數(shù)據(jù)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(fā)揮優(yōu)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(shù)據(jù)和調(diào)試。使用LabVIEW可以有效地集成來自現(xiàn)有的商業(yè)化和自主開發(fā)的測量硬件，在程序框圖上表現(xiàn)復雜的邏輯，開發(fā)數(shù)據(jù)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(fā)的上位機軟件程序，能夠滿足計算機間的數(shù)據(jù)通信，具有高性價比的優(yōu)勢，可以應用在工業(yè)過程控制、戶外計算機間的中短距離數(shù)據(jù)通信（一百米內(nèi)）、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(yè)價值，因此具有重要的研究意義。

一、通信系統(tǒng)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(wěn)定性、價格等要素后，選取適當?shù)闹骺匦酒⑼瓿芍骺刂破麟娐?，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(shù)配置等功能。完成后的通信系統(tǒng)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(shù)據(jù)傳輸，在不超過100米的范圍內(nèi)，可以實現(xiàn)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(tǒng)的結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(xiàn)無線數(shù)據(jù)的通信傳輸和USB接口的數(shù)據(jù)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?qū)νㄓ嵠鬟M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(fā)的軟件，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信相關的一系列功能，包括串口通信控制、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)存儲功能等。

三、軟件程序設計

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

結(jié)論：設計了用于計算機間點對點無線通信的射頻通信系統(tǒng)，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(shù)據(jù)傳輸，使用基于LabVIEW開發(fā)的上位機軟件實現(xiàn)串口通信控制、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)存儲功能。該通信系統(tǒng)可用于計算機戶外互聯(lián)和數(shù)據(jù)加密通信等應用，即具有科研價值，也具有一定的商業(yè)價值。