单片机通信系统无线通信论文

摘要：本文为解决当前中小企业生产车间内如何提高叉车驾驶员搬运货物效率的问题，提出一种基于ATMEGA8L单片机和CC1100无线通信模块，组成一个小型的星形网络拓扑结构的无线通信系统的设计方案。在保证系统可靠通信的情况下，可以为叉车驾驶员节约取货时间，减少叉车行驶距离，降低搬运过程中的运营成本，大幅度提升搬运效率的同时，又可保证通信系统扩展的优越性。今天小编为大家精心挑选了关于《单片机通信系统无线通信论文(精选3篇)》，欢迎大家借鉴与参考，希望对大家有所帮助！

单片机通信系统无线通信论文 篇1：

基于GPRS的智慧教室安防的远程监测系统设计

摘 要：随着物联网技术、通信技术的迅速发展，越来越多的领域通过远程数据传输来实现实时有效监测。文章主要基于MSP430单片机和GPRS无线通信模块为智慧教室的安防设计的远程监测系统，文中介绍了从底层数据采集到单片机接收处理再通过AT指令控制GPRS通信模块发送数据到指定终端的过程，实现了对智慧教室实时可靠的安防数据监控与记录，详细阐述并实验测试了单片机控制GTM900C模块发送数据的过程，并对数据传输过程中的错误和丢包问题进行了分析，完成了一个稳定可靠的智慧教室安防监控系统的架构。

关键词：GPRS 数据传输 GTM900 MSP430单片机 远程监控

1 系统硬件设计

本系统通过单片机MSP430控制GTM900C模块实现无线远程数据的传输，整个无线传输系统由数据采集模块、GTM900C模块、单片机MSP430模块、控制中心服务器和电源模块组成，如图1所示。数据采集模块主要有各种类型的传感器组成，主要负责采集智慧教室的相关参数，如用人体红外传感器可采集智慧教室内外人员的进出数据。使用接触式探测器可监测门、窗、柜、仪器外壳、抽屉等打开的信息。采集模块将采集到的不同信号源的模拟量转换成数字量，然后传给串口通信模块，串口通信模块是利用双串口单片机实现数据采集模块与GPRS 模块的数据传输。GTM900C模块通过GPRS网络把采集的数据发送到远程数据控制中心，紧急时模块及时发送短信或拨打电话通知值班安保人员，同时它还负责接收来自中心服务器的控制命令及有关信息。

1.1 无线GPRS模块

GPRS（General Packet Radio Service）是通用分组无线服务技术的简称，它是第2.5代移动通信系统，是GSM向3G过渡的一个桥梁，完成在移动终端和Internet网络的路由器之间传输分组数据。GPRS通信模块支持多种工作模式，且基于上述优点，使得其已广泛应用于工业检测、农业自动化、智能化运输、智能家居等行业。

本系统使用的无线GPRS模块是华为生产的GTM900 C。华为GTM900无线模块是一款三频段GSM/GPRS无线模块，它支持标准的AT命令及增强AT命令，提供丰富的语音和数据业务，能够打电话、发短信、传数据等，是高速数据传输等各种应用的理想解决方案。该模块还提供了功能完备的系统接口，其中TTL/232接口使用户可以轻松的外部接入5V或者3.3V电平的单片机，在很多领域都得到广泛应用。

GTM900C与单片机之间数据通信时，两者收发端口交叉对应。GPRS模块接收口对应单片机的发送端，用于接收单片机传来的数据，然后再通过其天线将数据发送到服务器端或安保人员的手机端。

1.2 串行通信模块

本系统使用的单片机是MSP430F5438A，对于MSP430F5438A_V4.2 开发板，板载了一个USB 转TTL 芯片CH340。在此开发板中，CH340 共有两种用途，其一是430 的BSL 下载方式。其二就是串口通信。因此不需要用TTL 模塊，直接用USB 线就能和电脑串口通信。

MSP430系列单片机是一种新型的16位超低功耗、具有多种低功耗模式的混合信号处理器。功能强，速度快。存储空间统一编址，其最显著的特点是超低的功耗和丰富的片上外设资源以及高效的开发方式。该系列单片机的常用电压一般为1.8V至3.6V之间，因此该系列的单片机常用于用电池供电的便携式检测仪表中。另外，MSP430F149单片机是FLASH 型类型器件，有十分方便的开发调试环境，可以先下载程序到FLASH内，在器件内通过软件控制运行，由JTAG 接口读取单片机内信息，实时监测单片机上运行的程序，甚至可以设置断点加以调试，实施所谓的在线仿真。

MSP430系列单片机自带的USCI 模块支持的通信方式有UART、IrDA、SPI 等，本系统使用到的是UART模式（通用异步接收/发送模式）。UART异步串行通信模式被广泛的用于与外部设备通信，如与PC、GSM模块、GPS模块等，它也是很多标准协议的基石。

2 系统软件设计

本系统软件模块的设计主要包括智慧教室终端的数据采集、数据传输和远程数据监控三部分。另外，定时器与中断部分的设计，定时器用于对智慧教室数据信息的采集定时，中断用来控制单片机的两个串口与采集模块和无线通信模块之间的数据收发。

2.1 数据传输模块

单片机通过一串口接收外部采集模块从智慧教室中各类传感器采集的数据，然后通过另一串口发送给GPRS 模块，最终GPRS模块把数据转发到服务器，实时记录智慧教室的安防数据。通过将程序写入单片机，使单片机通过向GTM900C模块发送AT命令控制该模块实现GPRS网络的附着、TCP 激活、Internet的接入和向服务器端传输数据。

2.2 远程数据中心

为了接收数据采集终端通过GPRS网络发送的数据，数据中心必须先启动一个服务器端接收程序，以便数据采集终端能与数据中心建立连接进行数据传输。在进行双方通信时，服务器必须首先启动，服务器端开放一个端口，启动服务后，进行终端数据的监听。数据中心的软件采用模块化设计，采用java语言进行开发并配合MYSQL数据库技术和Socket网络编程技术，分别实现了数据库操作和通信操作。

在服务器端的数据库中创建好智慧教室安防信息表，启动服务器后，建立数据库连接，当与GPRS模块建立连接后，实时接收GTM900C模块发送的数据，提取需要的数据，存入智慧教室安防信息数据库中，并用可视化图表将数据呈现到网页上，方便管理员查看。

3 实验测试

测试实验所需器材包括：GTM900C模块；MSP-FET430P-JTAG仿真器；MSP430单片机实验板；服务器端通信软件；IAR嵌入式工作平台。

3.1 自动发送数据和短信

将GTM900C模块与MSP430单片机串口UART1相连，插入SIM卡，调整好天线，MSP430单片机串口UART0通过串口线接到PC机，将并口型仿真器（MSP-FET430P-JTAG）的并口通过25PIN芯电缆线与计算机的并口连接。IAR嵌入式工作平台中设计编写代码，软件编译通过后，从Project菜单中选择Debug将代码下载到目标系统，进行调试。

同时，在服务器端打开SocketTool软件，创建TCP Server，启动监听，软件会自动获取本地IP 地址或者直接分配0.0.0.0[端口号]，端口号选择0-65535的一个数值就行，这里选择8000。在PC机上打开GSM串口调试助手，选择正确的端口号，波特率默认为9600，8位数据位，1位停止位，打开串口，查看指令执行情况。

本测试拟完成编写程序写入单片机，自动发送AT指令控制GTM900C模块发送GPRS数据到服务器端、发送短信到用户，数据和短信内容、短信接收用户能灵活调整，可塑性高。

服务器端测试结果，如图2和图3所示。

3.2 实验问题分析与总结

数据在GPRS網络上传输，可选择TCP或UDP传输协议。本系统采用的是TCP协议。TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是基于连接的协议，在正式收发数据前必须和对方建立可靠的连接，发送完数据必须经接受方确认并有超时重传等机制，可靠性比UDP协议高。但GPRS网络是一个开放的网络系统，需要考虑的是，当数据通过GPRS传输时，有可能会受到网络攻击或者信号差等干扰，造成GPRS模块掉线进而导致数据的误传或者丢包情况。所以应该在程序的循环中加入检测GPRS是否在线的子程序，一旦发生模块掉线的情况，马上进行自动连接，同时从SD卡中调取所需要的实时数据并发送至上位机。若出现数据的误传或者丢包的现象，则由上位机发出控制信号，操作SD卡中的数据并进行重传。这样可使系统尽最大的可能保护数据的完整性和准确性。

4 结语

文章阐述了上位机和下位机之间的通讯的完整系统，研究了基于单片机和GPRS技术的远程数据传输技术，实验测试实现了单片机控制GTM900C模块收发短信和数据。系统基于对智慧教室安防监控的考虑，将其应用到当前智慧教室的安防管理中，实现了监测传感器数据的实时采集和传输，提高了智慧教室安保工作的可靠性和高效性，对应用于电梯监测、车辆监控、粮情监测以及无人值守等领域有很高的参考价值。但系统然存在不足，后续研究将在提高系统的容错性和安全性方面做进一步努力。

参考文献

[1] 咸金龙，羊阳.基于GTM900的粮情远程测控系统的研究与实现[J].河南工业大学学报：自然科学版，2011， （5）：79-82

[2] 房启志，戈永哲，徐宏宇.基于GPRS的电梯RTU监控终端的设计[J].电子设计工程，2012（24）：96-98.

[3] 王威.省级污水处理厂 GPRS无线数据传输监测系统设计与实施[J].环境保护与循环经济，2009（3）：30-32.

[4] 王振起.基于单片机和GPRS数据传输技术的研究[D].哈尔滨理工大学，2009.

[5] 王亚婷.基于GPRS的电梯远程监控系统的设计[J].南京理工大学，2013.

[6] 成春旺.监控系统中基于GPRS的无线数据传输系统的研究与实现[D].北京邮电大学，2006.

作者：章玉霞　刘梦君

单片机通信系统无线通信论文 篇2：

一种应用在叉车上的无线通信系统的设计

摘 要：本文为解决当前中小企业生产车间内如何提高叉车驾驶员搬运货物效率的问题，提出一种基于ATMEGA8L单片机和CC1100无线通信模块，组成一个小型的星形网络拓扑结构的无线通信系统的设计方案。在保证系统可靠通信的情况下，可以为叉车驾驶员节约取货时间，减少叉车行驶距离，降低搬运过程中的运营成本，大幅度提升搬运效率的同时，又可保证通信系统扩展的优越性。

关键词：单片机；无线通信模块；星形网络；通信系统扩展

一、设计背景

当前，许多中小企业的生产车间内，叉车成为货物运载的主要交通工具，而仓库与生产线往往位于车间的两端，叉车驾驶员首先需查看哪一条生产线上有货物下线，然后使用叉车将货物搬运到几百米远处的仓库内，接着再一次返回到生产线上查看哪条生产线上有货物下线……周而复始，不断地重复这样的工作。在此过程中，假设有5条生产线，驾驶员需要不断的对5条生产线进行轮询，时间、油耗、行驶路程都会大大增加，工作效率低是目前叉车驾驶员最大的困扰。

为此，本设计采用433MHZ的CC1100无线通信模块、ATMEGA8L单片机、光电开关、LED显示等器件，采用自定义的通信协议，共由7个节点构成一个小型无线通信网络。包括检测节点1、2、3、4、5，一个中继节点，和一个自由节点。

二、硬件描述

（1）检测节点由ATMEGA8L单片机的某一个IO端口外接一个型号为E3F-DS10C4的光电开关，调节其检测距离在50厘米左右，单片机通过读取该IO的电平状态可得到生产线上是否有货物下线。一般低电平表示有货，高电平表示无货。ATMEGA8L的串行口外接CC1100无线通信模块，接收来自中继节点的轮询指令，并及时给与信息回馈，如图1所示。

（2）中继节点主要完成信息收集，所有工作均由串口完成。所以设计中继节点电路时，只需ATMEGA8L的串行口外接CC1100无线通信模块，外加供电电源即可，如图2所示，所有功能通过软件编程实现。在整个网络拓扑结构中，中继节点处于主机的地位，而其它节点均处于从机地位。

（3）自由节点是唯一有顯示信息的装置，通过ATMEGA8L的IO驱动一定数量的发光二极管，用以点亮或熄灭前面板上已经雕刻好的数字字形符、故障指示灯，同时ATMEGA8L的串行口外接CC1100无线通信模块，接收来自中继节点的显示信息，如图3所示。

三、供电方法

根据车间内的实际情况，在系统供电方面，为了保证系统可以长期工作，检测节点1、2、3、4、5及中继节点由AC220V转DC5V1A的适配器供电，并在节点接线盒下方预留电源接入插孔。因自由节点需随叉车在车间内自由移动，它的供电电源可以取自叉车的DC12V供电电瓶，并通过DC/DC降压变换而得到DC5V电压，为控制芯片和显示装置提供电源。

四、通信协议

从生产线上有货物下线开始，直道自由节点上的显示信息有反馈结束，这一段时间称为该系统的一个反馈周期。一般反馈周期只要低于0.5秒，都能满足客户要求。为了系统软件容易实现，系统采用自定义协议，由中继节点对5个检测节点进行轮询，并要求每个检测节点在50ms内给予信息回馈。对于有回馈信息的，中继节点会记录下该生产线上货物信息。无回馈信息的，中继节点会标记为该检测节点处于未连接状态。当轮询周期结束后，中继节点将5个检测节点的回馈信息进行整合，然后以数据帧的形式发送给自由节点。自由节点接收到这一帧数据后，对其进行解析，然后将检测信息显示在叉车上的显示面板上。

我们设定通信超时时间为10毫秒，根据系统工作中最坏的情况考虑，假设所有检查节点均处于未连接状态，此时反馈周期是最长的，约为10毫秒*5=50毫秒的时间。这样，在1秒时间内，自由节点中的显示内容至少可以刷新20次以上，完全能够满足客户对于反馈周期的要求。

五、安装需求

CC1100无线通信模块的直线通信距离大约250米左右，而且使用时需确保车间内无其它433MHZ无线干扰源；需远离电动机等强磁干扰源；架设天线时，需远离大面积金属，并垂直向上摆放，其架设高度需超过2米；安装时尽量使任意2个节点之间通信无遮挡。此拓扑结构适合架设在长度在250米～500米之间的生产车间内使用。当车间长度低于250米，可以省去中继节点，由自由节点代替中继节点完成相同的工作。当车间长度大于500米，可增设中继节点个数，以达到信息中继、长距离可靠传输的目的。

在本通信系统网络拓扑中：

（1）检测节点1、2、3、4、5分别安装在5条生产线上，每个节点上都有一个光电开关用于检测是否有货物下线；

（2）中继节点安装在车间的正中心，用于收集5条生产线上的货物信息，并进行数据加工整理，发送给自由节点。若通信距离不可靠，可以适当偏向生产线一侧，自由节点在取货过程中一定会进入可靠通信范围内；

（3）自由节点安装在叉车上，随着叉车在车间内自由移动，并实时接收来自中继节点的数据信息，解析后显示在屏幕上。

六、显示信息设计

该系统所有信息均在自由节点上显示，方便叉车驾驶员及时发现工作信息和故障信息；

显示器上电自检，状态为1-5的数字字形依次点亮，然后进入工作状态；

若任一条生产线上有货物下线并需要运载，则对应的数字将被点亮。货物被取走后，对应数字将熄灭。

数字下方的超时故障指示灯正常工作时，均处于熄灭状态。若某个指示灯点亮表示该生产线对应的检测节点与中继节点之间发生失联，此时请检查通信故障：（1）检测节点未供电；（2）该节点与中继节点之间的距离超出可靠通信范围；（3）天线未拧紧等。

若自由节点的显示面板上出现所有数字和超时故障指示灯频繁闪烁，表示自由节点与中继节点之间发生失联，此时请检查通信故障：（1）中继节点未供电；（2）自由节点与中继节点超出了可靠通信范围；（3）天线未拧紧等。

七、测试方法

按照拓扑中从右向左的顺序测试，可以及时掌握所有显示信息并可最快做出故障判断。

第1步：自由节点接入直流12V电源后打开电源开关，系统先进行自检，然后出现频繁闪烁；

第2步：中继节点接入DC5V1A的电源适配器后打开电源开关，显示器上5个数字熄灭，频闪故障消失，下方的5个超时信号灯点亮，此种情况表明中继节点与自由节点正常通信；

第3步：5个检测节点接入DC5V1A适配器后，依次打开电源开关。每给一个节点上电，就会发现其对应的超时灯熄灭，用手遮挡光电开关，对应的数字被点亮，手移开，数字熄灭，表示该检测节点与中继节点通信正常。

八、结语

该系统在设计过程中，充分考虑了硬件电路的可靠性、软件协议的可行性、设计成本的性价比等因素。该无线通信系统可以大幅度提高叉车驾驶员的工作效率，主要体现在：

（1）节约了时间。可以快速提醒驾驶員哪条生产线上有货物下线，省去了驾驶员开车对生产线货物下线情况进行轮询的耗时环节。

（2）减少了叉车行驶距离。在避免走冤枉路的同时，也减少了叉车燃油的损耗，降低搬运过程中的运营成本。

（3）系统扩展性能优越。若企业未来扩大生产规模，增设了生产线的数量，该无线系统只需增加检测节点数量，无需其它硬件的改动和资金的投入。

参考文献：

[1]沈振元，聂志泉，赵雪荷.通信系统原理.西安电子科技大学出版社，1999-4第4次印刷.

[2]张毅刚.单片机原理及接口技术.人民邮电出版社，2011.8.

[3]谭扬林，谢冬青.数字通信原理.湖南大学出版社，1999-9第2次印刷.

[4]田翠云，赵荣黎，蒋忠涌.移动通信系统.人民有点出版社，1990-8第1版.

[5]王兰勋，张锁良.单片机串行通信中纠突发错误的软件实现.河北大学学报，2001，21.

[6]于海生.微型计算机控制技术.清华大学出版社，1999-3.

[7]张毅坤.单片微型计算机原理及应用.西安电子科技大学出版社，1998.

[8]余锡存，曹国华.单片机原理及接口技术.西安电子科技大学出版社，2000.

[9]黄智伟，朱卫华.通信无线数据传输电路设计仪表技术，2001（5）.

基金项目：2016年吉林省大学生创新创业训练计划项目（项目编号：201610205054）

作者简介：纪弘阳（1996-），男，本科，学生，机械设计制造及其自动化专业。

*通迅作者：张凤涛（1978-），男，硕士，讲师，主要研究方向：自动化控制。

作者：纪弘阳 张凤涛

单片机通信系统无线通信论文 篇3：

基于GSM的远程家电智能操控系统

【摘要】 进入二十一世纪以来，现代科学技术飞速发展，人类生活发生了翻天覆地的变化——进入了信息时代。网络通讯的发展从以前局部于国家工业、能源和交通等方面，已经进入人们的方方面面。现下各大电商对于智能模块电子器件的生产也日趋成熟，为智能化的发展奠定了基础，更为与人们生活息息相关家居智能化提供了一个平台。因而本文主要研究的是通过现有的终端设备手机APP，建立单片机的RS232串口与GSM模块通信，使用标准的AT命令来控制GSM模块实现无线通信功能。借此只需使用手机发送相应的命令，通过单片机主控板控制家电设备，来达到远程控制家电，实现家居生活的智能化。

【关键词】 单片机 GSM模块 远程操控 智能化

随着科技飞速发展的时代，互联网和全球移动通讯系统实现了“地球村”。生活在快节奏的我们，在满足于物质的同时，越来越趋于精神的发展，享受生活也成为当下人们的主流。同时人民生活水平的提高， 手機价格越来越便宜，手机的普及率已达到一个高峰点。从小学生到老人，基本上人手一部，各种类型的APP研发丰富了人们的生活，使人类需求也越来越想趋于智能化。把手机作为信息传递的载体，与单片机控制的GSM模块结合起来构成一个主控制系统结合多个从受控单元的远程家电控制系统。小型便捷的手机移动终端设备，通过全球移动通讯系统与GSM模块建立收发短信和语音控制的联系，然后GSM模块进行与单片机微处理器进行数据传送，来远程控制家电智能关断与接通，实现了用户通过手机对家中电器设备的控制，使人们能够更高效，便捷，节能的用电。

一、总体设计

GSM模块通过全球数字移动通信与手机建立联系，实现用户通过收发短信信息，来给硬件电路传输命令。用单片机主控制部分和多个从空单元，利用单片机代码，由C语言的编程来实现，用这种方法连接单片机与无线通信等模块与其他传感器。并利用定位系统读取手机所处的位置并纪录坐标，通过与住户家庭地址坐标结合求出距离和利用无线通信模块发送数据和信息控制家用电器的启动与关闭。

二、硬件设计

2.1单片机模块

单片机模块采用TA89C52芯片为主控制器，简单的做出单片机最小系统，通过I/O接口与相应的检测家用电器开关状态的传感器进行连接，然后给手机终端设备发送相应的信息，用户以此可看到电器的开关状态。因此用户只需发送遵从AT命令的短信就能达到远程控制家电。

2.2 GSM模块

GSM全名为：Global System for Mobile Communications，中文为全球移动通信系统，俗称”全球通”。在此用到的GSM模块采用GPRS数据传输以达到传输各种检测、监控数据信号和控制命令的数据通信系统，快速而准确的实现终端设备和主控制部分建立联系。它自带RS232通讯接口与单片机连机通讯，可快速而准确的将用户下达的命令传送给主控系统，从主线上实现了用户远程智能控制家电。

2.3主控单片机与GSM模块的建立串口通信连接

家里传感器将感应出的信号变成电压信号送到中转站运算放大器，放大后的信号输出到A/D模数转换器，传达到单片机，同时单片机迅速的做出信号判断而执行命令，并发送给GSM模块，通过GPRS数据传输进行移动网络与用户通讯。因为本设计所选GSM模块串口电平为5左右，与设计的单片机模块串口可有效地进行电平匹配。完成通讯后，单片机迅速的做出判断，执行指令，并通过串行外围设备接口与家用电器同步通讯，从而完成对电器开关的控制。

三、软件程序设计

单片机控制GSM模块软件程序指令由C语言进行编译，单片机上电复位后，首先对系统进行初始化，初始化成功后，逐个读取I/O的状态，紧接着进行判别。并迅速执行相应的命令，通过异步串行通行将AT指令发送到GSM模块。GSM的短信息，语音识别业务利用SMS信道传输，与用户建立直接联系，终端设备由用户发送相应控制短信来实现远程家电智能操控。

四、结束语

本设计是利用主控制单片机与GSM模块建立连接，实现了家电的工作状态与用户的通讯，以此来实现远程控制家电。当然，该设计方案还有很多的局限性。因为没有将家居用的全部电器达到完美的智能化，只是简单的做到对电器开关的控制，也没有将智能家居安全系统考虑进去。所以在后期的工作中我将进一步加深对电路设计，为用户实现一套更安全可靠，经济实用，地毯环保的远程控制家居系统。

作者：修铮 彭琴 何天成