一種基于USB/RS232的無線通訊終端應用設計

【摘要】本文詳細介紹了一種采用USB通信接口設計的無線數據通訊終端系統。此系統以高速、可靠、可在線編程的STM32F103C6T6為主控制器件，實現了通過計算機與其他終端之間數據及文件的無線傳輸功能。實驗證明，該系統的設計具有低成本、高集成度和設計簡單等優點，實現無線聯網和組網功能，適于便攜式電子設備的文件遠端下載和上傳，為諸如無線切割機、各類物聯網掌上終端等設備的數據傳輸提供了解決方案。

【關鍵詞】數據采集；界面；USB通信；MCU UART

1.引言[1，4]

目前儀器設備多數采用RS232接口與計算機通信，但是隨著計算機技術的發展，支持熱插拔的USB標準接口將取代RS232接口，因此計算機將越來越少配置甚至不配置RS232接口。RS232接口與USB接口雖然都屬于串行接口，但它們的數據格式、通信協議、信號電平以及機械連接方式則不同。這樣計算機不能控制現有儀器設備，解決這一問題就得把現有的儀器設備的RS232接口轉換成USB接口。實現這種轉換可以采用USB/RS232橋接器件如CP2102，CP2103進行設計，計算機通過USB接口虛擬一個RS232接口，與傳統設備器件連接，設備對計算機接口的形式為USB接口。

2.無線數據通訊終端系統的接口設計

無線數據通訊終端系統系統包括：CP2102 USB轉RS232模塊，STM32F103C6T6控制模塊，NRF2401+無線發送模塊。結構框圖如圖1所示：

圖1 整體結構

3.無線數據通訊終端系統的選型[2，3]

Silicon Laboratories公司推出的USB接口與RS232接口轉換器CP2102/CP2103是一款高度集成的USB-UART橋接器，提供一個使用最小化元件和PCB空間來實現RS232轉換USB的簡便解決方案。如圖2所示，CP2102/CP2103包含了一個USB功能控制器、USB收發器、振蕩器和帶有全部調制解調器控制信號的異步串行數據總線（UART），采用5×5mm MLP-28的封裝。

圖2 接口電路

P2102/CP2103作為USB/RS232雙向轉換器，一方面可以從主機接收USB數據并將其轉換為RS232信息流格式發送給外設；另一方面可從RS232外設接收數據轉換為USB數據格式傳送至主機，其中包括控制和握手信號。

表1 數據格式和波特率

數據位5，6，7和8

停止位1，1.5和2

校驗位無校驗，偶校驗，奇校驗，標志校驗，間隔校驗

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

圖3 CP2102外圍電路圖

圖4 主控制器電路圖

通過編程設置UART，支持各種數據格式和波特率。在PC機的COM端口編程設置UART的數據格式和波特率。表1為其數據格式和波特率。

NRF24L01+模塊無線數據收發模塊，采用Nordic公司的nRF24L01+高性能無線射頻芯片，以2.4GHz的無線頻段進行無線數據傳輸，保證了高速通信質量，并且可以在無線通信協議上實現嚴格的數據校驗機制，保證數據的可靠通信。NRF24L01+模塊可進行本機地址和發送地址的配置，可以選擇頻道（0-127）從而實現頻率的設置，實現多各電子系統的數據傳輸，即可實現設備和設備之間的無線數據傳輸，實現方便，簡單。

4.無線數據通訊終端系統的的硬件設計

CP2102的外圍設計如圖3所示，主控制器電路如圖4所示。

5.無線數據通訊終端系統調試

PC端軟件設計界面如圖5所示。

圖5 設計界面

6.結束語

本設計利用USB轉UART技術，結合無線技術，為PC與遠端設備數據通訊提供了一個簡單使用的方案，減少了開發時間，降低了開發成本，簡化了外設口，為外設提供了5V電源，可用于數據傳輸和信號控制；并為數據無線應用系統的開發和學習提供了一種便捷而廉價的方法。

參考文獻

[1]徐民，張博.基于CP2102/CP2103的RS232轉為USB接口設計[J].國外電子元器件，2008（5）：15-21

[2]劉亮.單片機外圍電路—常用USB轉串口芯片介紹[J].無線電，2008（5）：87-88.

[3]nrf24l01+無線收發模塊中文資料FF[OL].http：//www.elecfans.com電子發燒友http：//bbs.elecfans.com，電子技術論壇.

[4]馬偉.計算機USB系統原理及其主從機設計[M].北京：北京航空航天大學出版社，2004.