基于MIcrochip PIC24F单片机的无线数据传输电路软硬件设计

哈尔滨哈投投资股份有限公司供热公司 于 强

1.引言

随着科学技术的不断进步，传感器技术、数据采集技术、数字信号处理技术以及无线通信技术都得到了长足的发展，并已成为了国内外重点发展的科技领域之一[1]。传感器技术在工业、医疗、军事等众多领域中得到了广泛应用。传感器通过感知被测量，按照某一规律完成转换并输出信号。利用数据采集技术实现对信号的采集并进行相应的信号处理。当在一些现场环境复杂、恶劣或者是地处偏远的情况下，有限传输方式无法适应时，就需要采用无线传输方式来解决问题。

目前，无线传输的实现方案有多种，例如：无线局域网（WLAN）、ZigBee、红外线技术、蓝牙（Bluetooth）技术、RFID等[2]。WLAN技术主要特点是上下行速率高、建网快速、组网方式多、移动性强、组网成本低等；红外线技术实现的是点对点的通信，具有功耗低、体积小、简单易用等特点，但点对点之间不能有障碍物的阻挡；蓝牙技术具有多点连接、功耗小、高速率的特点[3]。

本文设计了一种基于Microchip PIC24F单片机的无线数据传输系统，该系统采用了Microchip PIC24F单片机作为CPU，采用Zigbee CC2530作为无线数据收发模块，具有电路结构设计简单、实用性强的特点。

2.无线传输系统设计

本文设计了一种基于Microchip PIC24F单片机的无线数据传输系统，该系统采用Zigbee CC2530作为无线数据收发模块，实现下位机和上位机之间的数据通信；采用Microchip PIC24F单片机作为系统CPU，一方面可以通过Microchip PIC24F单片机内部自带的A/D转换器实现数据的采集，另一方面通过SPI接口实现对Zigbee CC2530的控制。Microchip PIC24F单片机作为系统的CPU，还担负着信号处理的功能。当接收传感器的输出信号时，Microchip PIC24F单片机便可以实现数据的采集和处理，并将处理后的数据通过无线数据收发模块Zigbee CC2530进行无线数据的发送。在接收端依然采用无线数据收发模块Zigbee CC2530进行数据的接收，并送到Microchip PIC24F单片机中。为了可以利用PC机显示发送端上报的数据，采用了串口通信技术，实现了Microchip PIC24F单片机与PC机的数据通信。具体的系统设计方案如图1所示，包括了图1（a）无线传输系统发送端，图1（b）无线传输系统接收端。

2.1 Microchip PIC24F单片机电路

Microchip PIC24F单片机是美国微芯科技公司推出的16位单片机，采用nanoWatt XLP超低功耗技术，在深度休眠模式下，功耗低至20nA，具备16 MIPS的性能、电容触摸传感外设、8 KB RAM、32或64 KB闪存、10位A/D以及实时时钟和日历（RTCC）。该单片机还能够通过外设引脚选择重新配置数字I/O引脚。此外，该单片机具有44引脚QFN和TQFP封装和28引脚QFN、SOIC和PDIP封装。

2.2 无线收发模块CC2530电路

图1 基于Microchip PIC24F单片机的无线数据传输系统

图2 CSP执行流程图

CC2530是TI公司推出的2.4GHz ISM频带的一款芯片，该芯片支持Zigbee/IEEE 802.15.4协议，并且该芯片内部集成了具有高性能射频收发器、工业标准的增强型8051MCU内核。该芯片内部具有8位和16位的定时器，256KB Flash ROM和8KB RAM，具有8个输入可配置的12位ADC，同时具备强大的DMA功能，支持5种工作模式，具备超低功耗系统，在接收和发送模式下，电流损耗分别为24mA。

2.3 串口通信电路

本设计中上位机部分为了实现Microchip PIC24F单片机与PC机之间的通信，采用了串口方式实现通信，即采用了MAX232实现。MAX232芯片是美信公司的一款电平转换芯片，按照RS-232标准串口设计，采用+5V单电源供电。

2.4 电源模块电路

本设计中系统外部供电电压为+5V，而Microchip PIC24F单片机和无线收发模块Zigbee CC2530都工作在+3.3 V，因此需要采用电源模块实现电压转换，采用了低压差线性稳压器TPS7333实现电压转换。

3.系统软件设计

系统软件设计包括下位机软件设计和上位机软件设计。前者主要是Microchip PIC24F单片机通过SPI口对Zigbee CC2530的控制，后者包括串口通信和主界面设计。

Zigbee CC2530片上集成的命令选通协处理器（CSP）提供了Microchip PIC24F单片机与无线电直接的接口，可以处理Microchip PIC24F单片机发出的命令。有程序执行和立即选通命令两种模式[7,8]。其中24字节的程序存储器用以存储软件算法，充当Microchip PIC24F单片机的协处理器。当命令选通协处理器（CSP）复位后，指令写指针复位到位置0，每次RFST写入期间指令写指针累加1，直到程序存储器的终点。命令选通协处理器（CSP）还具备4个寄存器，分别是CSPX、CSPY、CSPT和CSPZ。Microchip PIC24F单片机对他们可以读写，设置命令选通协处理器（CSP）运行所需的参数。程序执行模式下运行一个命令选通协处理器（CSP）的流程如图2所示。

4.结论

本文介绍了一种基于Microchip PIC24F单片机的无线数据传输系统，该系统采用了无线收发模块Zigbee CC2530实现无线数据的传输，采用了低功耗单片机Microchip PIC24FF449实现无线数据收发模块的SPI接口配置。该系统可以利用Microchip PIC24FF449单片机对多个传感器输出的信息量进行采集，并通过无线收发模块Zigbee CC2530实现无线数据传输。上位机部分接收数据后可通过串口通信方式将数据上传至PC机，并通过上位机主界面显示所需数据。由于采用了无线传输方式，该系统适用于各种条件复杂、恶劣或是偏远的安装场合，因此具有较高的应用价值。

[1]蒋俊.基于PIC单片机的网络嵌入式系统研究[D].湖南师范大学,2009(10).

[2]张磊.基于PIC24系列微控制器的嵌入式实时操作系统的设计与实现[D].山东大学,2009(01).

[3]张雅洁.基于PIC单片机的电能质量检测仪[D].安徽理工大学,2010(06).

[4]杨占军,杨英杰.基于无线传输技术的多路温度数据采集系统设计[J].东北电力学院学报,2005(1):73-75.

[5]黄浩,李旭婷.ZigBee技术在智能家居中的应用[J].黑龙江科技信息,2011(25).

[6]喻金钱,喻斌.短距离无线通信详解[M].北京:北京航空航天大学出版社,2009.

[7]李兴春,李恒文,张巍.基于Zigbee CC2530的温度数据无线采集系统的设计[J].仪器仪表用户,2007(2):51-52.

[8]郑陆君.基于ZigBee技术的低功耗电能参数无线监测系统[J].集成电路应用,2011(08).