基于无线收发数传模块PTR2030的温度测控系统设计

 

   摘要：PTR2030是超小型、超低功耗、高速率的无线数传MODEM模块。它性能优异，是目前低功率无线数传应用方面的理想器件。文中介绍了PTR2030的主要特点、引脚功能、软件设计、硬件连接方法及具体应用电路。

１　概述

由于目前无线收发模块的种类较多，因此如何在设计中选择所需要的模块显得非常关键，正确的选择可以少走弯路，降低成本，更快的将产品推向市场。本文介绍的新型无线收发模块ＰＴＲ２０３０就是一种超小型、超低功耗、高速率的无线数传ＭＯＤＥＭ。它采用串口传输，应用及编程非常简单，传送的效率很高，而且所需的外围元件少，产品开发成本低，功耗低，管脚少，封装小，因而有利于减小ＰＣＢ板面积和降低成本。

ＰＴＲ２０３０由单ＩＣ组合而成，它采用ＦＳＫ调制，而且接收发射合一，因而抗干扰能力很强；由于采用标准的ＤＩＰ引脚间距，因此更适合嵌入式设备。另外，它采用低发射功率、高灵敏度设计，可满足无线管制的要求且无需使用许可证，是目前低功率无线数传的理想选择。ＰＴＲ２０３０的主要特性如下：

●接收发射合一;

●工作频率为国际通用的３１５ＭＨｚ数传频段;

●采用ＦＳＫ调制方式，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合;

●采用频率合成技术，频率稳定性极好;

●灵敏度高达－１０５ｄＢｍ;

●最大发射功率为＋１０ｄＢｍ;

●工作电压低（２．７Ｖ～３．３Ｖ），功耗小，待机状态电流仅为８μＡ;

●工作速率最高可达２０ｋｂｉｔ／ｓ（也可在较低速率下工作?如９６００ｂｐｓ）;

●超小体积;

●可直接与单片机串口相连，编程非常方便;

●由于采用了低发射功率、高接收灵敏度设计，使用时无需申请许可证;

●标准的ＤＩＰ引脚间距更适合于嵌入式设备。

２　ＰＴＲ２０３０的引脚功能

ＰＴＲ２０３０模块的引脚图如图１所示。各引脚的功能如下:

ＶＣＣ：正电源，范围为２．７～３．３Ｖ；

ＣＳ：频道选择端，必须设为高（即ＣＳ＝１），即选择工作频道为３１５ＭＨｚ；

ＤＯ：数据输出端；

ＤＩ：数据输入端；

ＧＮＤ：电源地；

ＰＷＲ：节能控制端，ＰＷＲ为１时，为正常工作状态；ＰＷＲ为０时，为待机微功耗状态；

ＴＸＥＮ：发射接收控制端，ＴＸＥＮ为１时，模块为发射状态；ＴＸＥＮ为０时，模块为接收状态。

３　ＰＴＲ２０３０的软件编程

在软件编程过程中，对ＰＴＲ２０３０的工作模式和工作频道的选择尤为重要，表１给出了该模块的工作模式控制及工作频道的选择方式。

表1 模块工作模式控制及工作频道选择表

 

模块引脚输入电平			模块状态
TXEM	CS	PWR
0	1	1	接收
0	1	1	接收
1	1	1	发射
1	1	1	发射
X	X	0	待机

 

ＰＴＲ２０３０的通信速率最高为２０ｋｂｉｔ／ｓ，也可工作在其它速率?如４８００ｂｐｓ、９６００ｂｐｓ?下。实际上，使用时无需设置ＰＴＲ２０３０的工作速率。

在发送数据之前，一般应将模块置于发射模式，即置ＴＸＥＮ为１，然后在等待至少５ｍｓ后（接收到发射的转换时间需要）才可以发送任意长度的数据。发送结束后，应将模块置于接收状态?即置ＴＸＥＮ为０。发射到接收的转换时间为５ｍｓ。

接收时，应将ＰＴＲ２０３０置于接收状态?即置ＴＸ-ＥＮ为０，接收到的数据可直接送到单片机串口或经电平转换后再送到计算机。

当ＰＷＲ为０时?ＰＴＲ２０３０将进入节电待机模式，此时的待机功耗电流大约为８μＡ。待机模式下，一般不能接收和发射数据。

４ ＰＴＲ２０３０在温度测控系统中的应用

用ＰＴＲ２０３０可实现数据采集的点对点传输，也可构成点对多点的双向数据传输通道。图２所示是ＰＴＲ２０３０用于温度测控系统中的电路图。

在该系统中，ＰＴＲ２０３０可将温度传感器采集到的温度数据传送给计算机，同时将计算机发出的控制信号传送给单片机，从而实现单片机与计算机之间的无线数据通讯。ＰＴＲ２０３０可直接接单片机的串口或Ｉ／Ｏ口。连接时，ＰＴＲ２０３０无线ＭＯＤＥＭ的ＤＩ端应接单片机串口的发送端?ＤＯ端应接单片机串口的接收端。利用单片机的Ｉ／Ｏ可以控制模块的发射、频道转换和低功耗模式。ＰＴＲ２０３０与计算机相连时，必须经过电平转换来将ＴＴＬ电平转换为ＲＳ２３２电平。电平转换可选用一片ＭＡＸ２３２来完成。

图2

    基于无线收发模块的特点? 在对系统进行软件设计时，应该特别注意通信协议的制定及纠检错的处理。无信号时，ＰＴＲ２０３０的串口输出为随机数据，所以协议的第一件事就是要能够识别噪声和有效数据。通过测试和试验发现，０ｘＦＦ后跟０ｘ００在噪声中不容易发生，因此，单片机发送数据可以任意内容的字节开始（因为第一个字节的数据在发送时易丢失），然后是０ｘＦＦ后跟一个０ｘ００，接收协议规定只接收以０ｘＦＦ开始。并在其后跟一个０ｘ００的数据包。

另外应注意数据的纠检错。本系统检错采用校验和方式?纠错采用连续传送三次的方法。同一数据连续发送三次，然后在接收端比较三个数据中的每一位，若至少有两个数据的该位相同，则该位为正确。总之，一个完整的无线传输协议为：

[开始１][开始１][开始２][数据１][数据２][数据３][校验和]。

其中开始１是０ｘＦＦ，开始２是０ｘ００，如果校验和正确，则说明数据传输完整。然后再比较数据１、数据２、数据３，取其两个相同者给出应答信号，如果数据本身传输不完整、则不应答，系统会重新发送数据。

     由ＰＴＲ２０３０构成的系统可完成点对点的数据采集传输及点对多点的双向数据传输，因此ＰＴＲ２０３０可广泛用于遥控、遥测、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线标签、身份识别、非接触ＲＦ智能卡、小型无线数据终端、安全防火系统、无线遥控系统、生物信号采集、水文气象监控、机器人控制、信息家电、无线２３２、４２２／４８５数据通信等系统。