【摘要】本文详细介绍了一种采用USB通信接口设计的无线数据通讯终端系统。此系统以高速、可靠、可在线编程的STM32F103C6T6为主控制器件,实现了通过计算机与其他终端之间数据及文件的无线传输功能。实验证明,该系统的设计具有低成本、高集成度和设计简单等优点,实现无线联网和组网功能,适于便携式电子设备的文件远端下载和上传,为诸如无线切割机、各类物联网掌上终端等设备的数据传输提供了解决方案。
【关键词】数据采集;界面;USB通信;MCU UART
1.引言[1,4]
目前仪器设备多数采用RS232接口与计算机通信,但是随着计算机技术的发展,支持热插拔的USB标准接口将取代RS232接口,因此计算机将越来越少配置甚至不配置RS232接口。RS232接口与USB接口虽然都属于串行接口,但它们的数据格式、通信协议、信号电平以及机械连接方式则不同。这样计算机不能控制现有仪器设备,解决这一问题就得把现有的仪器设备的RS232接口转换成USB接口。实现这种转换可以采用USB/RS232桥接器件如CP2102,CP2103进行设计,计算机通过USB接口虚拟一个RS232接口,与传统设备器件连接,设备对计算机接口的形式为USB接口。
2.无线数据通讯终端系统的接口设计
无线数据通讯终端系统系统包括:CP2102 USB转RS232模块,STM32F103C6T6控制模块,NRF2401+无线发送模块。结构框图如图1所示:
图1 整体结构
3.无线数据通讯终端系统的选型[2,3]
Silicon Laboratories公司推出的USB接口与RS232接口转换器CP2102/CP2103是一款高度集成的USB-UART桥接器,提供一个使用最小化元件和PCB空间来实现RS232转换USB的简便解决方案。如图2所示,CP2102/CP2103包含了一个USB功能控制器、USB收发器、振荡器和带有全部调制解调器控制信号的异步串行数据总线(UART),采用5×5mm MLP-28的封装。
图2 接口电路
P2102/CP2103作为USB/RS232双向转换器,一方面可以从主机接收USB数据并将其转换为RS232信息流格式发送给外设;另一方面可从RS232外设接收数据转换为USB数据格式传送至主机,其中包括控制和握手信号。
表1 数据格式和波特率
数据位5,6,7和8
停止位1,1.5和2
校验位无校验,偶校验,奇校验,标志校验,间隔校验
波特率300,600,1200,1800,2400,4000,4800,
7200,9600,14400,16000,19200,28800,
38400,51200,56000,57600,64000,76800,
115200,128000,153600,230400,250000,
256000,460800,500000,576000,921600
图3 CP2102外围电路图
图4 主控制器电路图
通过编程设置UART,支持各种数据格式和波特率。在PC机的COM端口编程设置UART的数据格式和波特率。表1为其数据格式和波特率。
NRF24L01+模块无线数据收发模块,采用Nordic公司的nRF24L01+高性能无线射频芯片,以2.4GHz的无线频段进行无线数据传输,保证了高速通信质量,并且可以在无线通信协议上实现严格的数据校验机制,保证数据的可靠通信。NRF24L01+模块可进行本机地址和发送地址的配置,可以选择频道(0-127)从而实现频率的设置,实现多各电子系统的数据传输,即可实现设备和设备之间的无线数据传输,实现方便,简单。
4.无线数据通讯终端系统的的硬件设计
CP2102的外围设计如图3所示,主控制器电路如图4所示。
5.无线数据通讯终端系统调试
PC端软件设计界面如图5所示。
图5 设计界面
6.结束语
本设计利用USB转UART技术,结合无线技术,为PC与远端设备数据通讯提供了一个简单使用的方案,减少了开发时间,降低了开发成本,简化了外设口,为外设提供了5V电源,可用于数据传输和信号控制;并为数据无线应用系统的开发和学习提供了一种便捷而廉价的方法。
参考文献
[1]徐民,张博.基于CP2102/CP2103的RS232转为USB接口设计[J].国外电子元器件,2008(5):15-21
[2]刘亮.单片机外围电路—常用USB转串口芯片介绍[J].无线电,2008(5):87-88.
[3]f24l01+无线收发模块中文资料FF[OL].http://电子发烧友http://bbs.elecfans.com,电子技术论坛.
[4]马伟.计算机USB系统原理及其主从机设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004.