專利名稱：無(wú)線串口數(shù)據(jù)傳輸終端的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種無(wú)線串口數(shù)據(jù)傳輸終端，是一種基于光機(jī)電一體化技術(shù)的智 能化終端通信設(shè)備。
背景技術(shù)：
1970年公布的EIA RS-232C標(biāo)準(zhǔn)是美國(guó)電子工業(yè)聯(lián)合會(huì)(EIA)與BELL公司以及 調(diào)制解調(diào)廠家和各大計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠商共同制定的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)適合于 數(shù)據(jù)傳輸速率在0 20000b/s范圍內(nèi)的串行通信。目前，各通行設(shè)備廠商生產(chǎn)的通信設(shè)備 都與RS-232C兼容。RS-232C串口通信常用于各種人-機(jī)交換設(shè)備和串行存儲(chǔ)的外部設(shè) 備的數(shù)據(jù)通信，也常用于在實(shí)時(shí)控制和管理方面以及采用多微機(jī)處理機(jī)組成的分級(jí)分布控 制的系統(tǒng)中。但是，采用RS-232C通信方式的通信雙方需要使用有線通信電纜相連接，通信 距離受到限制，復(fù)雜的布線將增加成本。隨著無(wú)線電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了一些無(wú)線串口產(chǎn) 品，但是這些無(wú)線串口僅僅能實(shí)現(xiàn)用無(wú)線的方式取代有線的連接方式，沒有數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹?控芯片，本身無(wú)法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，不具有獨(dú)立性，而且受到發(fā)射功率的限制，傳輸距離 短，可靠性差。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種無(wú)線串口數(shù)據(jù)傳輸終端，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)設(shè)備之間數(shù)據(jù) 的無(wú)線傳輸，采用Atmel公司的先進(jìn)的Mega系列的單片機(jī)芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)通信過(guò)程的控制，采 用先進(jìn)的無(wú)線傳輸模塊實(shí)現(xiàn)通訊距離在視距范圍達(dá)1200米的可靠高效的數(shù)據(jù)通信。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是這種無(wú)線串口數(shù)據(jù)傳輸終端， 包括與對(duì)方設(shè)備連接的RS-232C接口及其TTL電平轉(zhuǎn)換電路、微控制單元和無(wú)線通訊模塊， 其特征在于所述RS-232C接口連接RS-232C與TTL電平轉(zhuǎn)換電路，RS-232C與TTL電平轉(zhuǎn) 換電路的接口與微控制單元連接，微控制單元的通訊接口與無(wú)線通訊模塊連接，RS-232C與 TTL電平轉(zhuǎn)換電路模塊、微控制單元和無(wú)線通訊模塊均與電源及充電電路連接，RS-232C與 TTL電平轉(zhuǎn)換電路模塊、微控制單元和無(wú)線通訊模塊均與狀態(tài)指示電路連接。本實(shí)用新型的工作過(guò)程這種無(wú)線串口數(shù)據(jù)傳輸終端由RS-232C接口、RS-232C 與TTL電平轉(zhuǎn)換電路、微控制單元、電源及電池充電管理電路和無(wú)線通訊模塊組成。其中， RS-232C接口與發(fā)送方設(shè)備相連接，設(shè)備的數(shù)據(jù)經(jīng)RS-232C接口到達(dá)本終端，由微控制單元 進(jìn)行處理后送到無(wú)線通信模塊，由無(wú)線通信模塊將數(shù)據(jù)以無(wú)線的方式發(fā)送出去；在通信的 另一方，先由無(wú)線通信模塊接收到數(shù)據(jù)，傳給微控制單元，最后通過(guò)RS-232C接口到達(dá)接收 方設(shè)備。所述標(biāo)準(zhǔn)化的RS-232C接口及其TTL電平轉(zhuǎn)換電路采用芯片maXim3232CSe芯片。 為串口通信提供EIA-RS-232C標(biāo)準(zhǔn)的電氣特性所需的電平，即士 3v 士 12v，實(shí)現(xiàn)與TTL電 平的轉(zhuǎn)換。所述微控制單元采用Atmel公司的ATMegal62單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的通信格式的轉(zhuǎn)換、通信方式控制、數(shù)據(jù)校驗(yàn)等功能。所述電源及充電電路是由三個(gè)芯片maximl837、maximl811和maximl797及相應(yīng)的 外圍電路組成。該電路為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的工作電壓，并且具備充電管理功能，可以在為系統(tǒng) 供電的同時(shí)給鋰電池充電，鋰電池也可以作為系統(tǒng)的供電電源。所述無(wú)線通訊模塊采用helicomm公司的基于IEEE802. 15. 4/zigbee技術(shù)的低功 耗的嵌入式模塊IPLink-1223。模塊工作在2. 4GHz全球通用的ISM免付費(fèi)頻段上，具有16 個(gè)通信信道，數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)250kb/s，支持星狀、混合樹狀、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)等彈性化拓?fù)湓O(shè)計(jì)， 最大可支持255個(gè)節(jié)點(diǎn)。所述狀態(tài)指示電路中連接有工作狀態(tài)指示燈和電源狀態(tài)指示燈。所述無(wú)線通信模塊是無(wú)線接收和發(fā)送器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下特點(diǎn)和有益效果實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或者多個(gè)設(shè)備 間數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸，平滑地升級(jí)原有系統(tǒng)中有線(RS232 / 485 / TTL)的傳輸方式，免除布 線成本，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)撵`活性。采用大容量的鋰電池作為供電電源，在沒有外接直流穩(wěn)壓電源供電的情況下可以 工作8小時(shí)，帶充電管理的智能充電電路可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的快速充電和放電保護(hù)。目前，普通的無(wú)線串口只是實(shí)現(xiàn)了用無(wú)線取代有線的連接方式，本實(shí)用新型無(wú)線 串口數(shù)據(jù)傳輸終端采用了微控制單元，具有獨(dú)立性，可以通過(guò)串口與設(shè)備進(jìn)行交互，可提供 面向字節(jié)的透明數(shù)據(jù)傳輸，能適應(yīng)不同的用戶協(xié)議，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)通信格式的轉(zhuǎn)換、通信方式 控制、傳輸數(shù)據(jù)校驗(yàn)等功能。采用了先進(jìn)的嵌入式無(wú)線模塊IP_Linkl223作為無(wú)線收發(fā)模塊，通訊距離在視距 范圍達(dá)1200米，可以方便的組成星狀、混合樹狀、網(wǎng)狀通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、多 點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)等多種通信組合方式。

圖1是本實(shí)用新型無(wú)線串口數(shù)據(jù)傳輸終端的內(nèi)部原理框圖。圖2是本實(shí)用新型無(wú)線串口數(shù)據(jù)傳輸終端RS-232C與TTL電平轉(zhuǎn)換電路。圖3是本實(shí)用新型無(wú)線串口數(shù)據(jù)傳輸終端微控制單元電路。圖4是本實(shí)用新型無(wú)線串口數(shù)據(jù)傳輸終端無(wú)線通訊模塊電路。圖5是本實(shí)用新型無(wú)線串口數(shù)據(jù)傳輸終端電源及電池充電電路。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。參見圖1，本實(shí)用新型無(wú)線串口數(shù)據(jù)傳輸終端通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的RS-232C接口與用戶設(shè) 備相連接，數(shù)據(jù)從RS-232C接口進(jìn)入無(wú)線串口數(shù)據(jù)傳輸終端，首先經(jīng)過(guò)TTL電平轉(zhuǎn)換電路， 將士3v 士 12v電平轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)TTL電平，然后進(jìn)入微控制單元，由微控制單元對(duì)數(shù)據(jù) 進(jìn)行預(yù)處理；之后，微控制單元將數(shù)據(jù)發(fā)送給無(wú)線通信模塊，由無(wú)線通信模塊將數(shù)據(jù)以無(wú) 線的方式發(fā)送出去；在通信的另一方，先由無(wú)線通信模塊接收到數(shù)據(jù)，傳送到微控制單元， 由微控制單元進(jìn)行相應(yīng)的處理，最后通過(guò)電平轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為RS-232C電平，即士3v 士 12v，數(shù)據(jù)送達(dá)接收方設(shè)備；電源電路由鋰電池和充電電路組成，該電路可以接入外接直流穩(wěn)壓電源，為系統(tǒng)提供工作電壓，同時(shí)可以對(duì)鋰電池進(jìn)行快速充電，具有充電保護(hù)的功 能；狀態(tài)指示電路則由4個(gè)指示燈組成，分別是數(shù)據(jù)接收和發(fā)送指示燈、工作模式指示燈和 電源狀態(tài)指示燈。參見圖2，無(wú)線串口數(shù)據(jù)傳輸終端電平轉(zhuǎn)換電路中的U3起到TTL電平和RS-232C 標(biāo)準(zhǔn)的電平之間相互轉(zhuǎn)換的作用，采用maxim公司的maXim3232CSe芯片，可以采用3. 3v或 者5. Ov的工作電壓，本電路采用5v電壓VCC_5作為工作電壓。U3的1腳Cl+和3腳Cl-通 過(guò)電容C7相連，4腳C2+和5腳C2-通過(guò)電容C6相連，2腳V+經(jīng)過(guò)電容C8連接到VCC_5， 6腳V-則經(jīng)過(guò)電容C9接地，16腳VCC接到VCC_5,15腳GND接地，14腳是輸出端TlOUT與 P4的1腳連，13腳RlIN與P4的2腳連，P4的3腳接地，P4是提供給用戶使用的標(biāo)準(zhǔn)的3 線 RS-232C 接口，其中 TlOUT 和 RlIN 即為 RS-232C 接口的 TXD 和 RXD 信號(hào)。11 腳 RS232_ TXD接到主控制芯片megal62的TXD引腳，并且通過(guò)限流電阻R8和發(fā)光二極管DS2連接到 VCC_5,構(gòu)成了發(fā)送信號(hào)指示電路；12腳RS232_RXD連接到主控制芯片megal62的RXD引 腳，并且通過(guò)限流電阻R9和發(fā)光二極管DS3連接到VCC_5，構(gòu)成了接收信號(hào)指示電路。7 10腳未使用，不與任何器件相連。參見圖3，無(wú)線串口數(shù)據(jù)傳輸終端微控制單元電路中U2為主控芯片，采用ATMEL 公司的megal62芯片。U2的17引腳VCC與工作電壓VCC_5連接，采用5v電源供電，39腳 為GND與地相連。U2的4腳RESET為復(fù)位引腳，經(jīng)過(guò)電阻R3連接到工作電壓VCC_5。U2 的14腳XTAL2和15腳XTALl分別連接外部晶振Yl的2腳和1腳，同時(shí)分別經(jīng)過(guò)電容C4、 C5接地，Yl采用16MHz的外部晶體震蕩器。U2的22腳TCK,23腳TMS,24腳TDO和25腳 TDI為芯片的JTAG調(diào)試信號(hào)線，分別經(jīng)過(guò)電阻R4、R6、R5和R7連接到VCC_5，同時(shí)，分別與 P3接口的1腳、3腳、2腳和5腳相連，P3為JTAG調(diào)試接口，P3的4腳和7腳與工作電壓 VCC_5連，P3的6腳和10腳接地，8腳和9腳懸空，構(gòu)成了系統(tǒng)的JTAG調(diào)試電路。U2的 1腳M0SI、2腳MISO和3腳SCK為芯片的ISP信號(hào)線，分別接到P2的1腳、6腳和4腳，P3 為系統(tǒng)的ISP調(diào)試接口，P3的3腳RST與U2的4腳RESET相連，P3的2腳懸空，P3的8 10腳接地，從而構(gòu)成了系統(tǒng)的ISP調(diào)試電路。Pl是串口跳線接口，Pl的1腳和7腳分別與 無(wú)線通信模塊Ul的3腳RXO和4腳TXO相連，Pl的3腳和5腳分別與主控芯片U2的5腳 RXDO和42腳RXDl相連，Pl的9腳和11腳分別連接U2的7腳TXDO和43腳TXDl，Pl的 13腳和15腳分別與U2的5腳RXDO和7腳TXDO連接，Pl的2、4、6腳均連接到電平轉(zhuǎn)換電 路中的U3的12腳RS232_RXD上，Pl的8、10、12腳均連接到U3的11腳RS232_TXD上，Pl 的14腳和16腳則分別與無(wú)線通信模塊Ul的4腳TXO和3腳RXO相連。U2的其他引腳均 不與任何引腳相連。參見圖4，無(wú)線串口數(shù)據(jù)傳輸終端的無(wú)線通信模塊的電路主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳 輸，電路中Ul為無(wú)線通信模塊芯片，采用helicomm公司的基于IEEE802. 15. 4/zigbee技術(shù) 的低功耗的嵌入式無(wú)線模塊IP_Linkl223。其中，Ul的6腳GND接地，7腳VCC接工作電壓 VCC_3. 3，工作電壓VCC_3. 3須經(jīng)過(guò)濾波電容Cl和C2接地。Ul的5腳MCU_Reset為復(fù)位引 無(wú)線串口數(shù)據(jù)傳輸終端腳，經(jīng)過(guò)Rl與VCC_3. 3相連并且經(jīng)過(guò)C3接地，從而構(gòu)成復(fù)位電路。 Ul的3腳RXO和4腳TXO為模塊提供的信號(hào)接口，分別與主控芯片的MCU_RX0和MCU_TX0 相連。Ul的1腳P0. 0則經(jīng)過(guò)發(fā)光二極管DSl及其限流電阻R2連接到VCC_3.3，構(gòu)成了無(wú) 線通信模塊的工作狀態(tài)及工作模式的指示電路，指示模塊工作在透明傳輸模式或者二進(jìn)制模式。Ul其余引腳均不與任何器件相連。參見圖5，無(wú)線串口數(shù)據(jù)傳輸終端電源及電池充電電路采用了 3個(gè)芯片，分別是 maxl837 (圖中 U5)、maxl811 (圖中 U4)和 maxl797 (圖中 U6)。其中，U4 是采用 maxim 公 司的智能電池充放電管理芯片maxlSll，起到對(duì)鋰電池充電和放電保護(hù)的作用，P5是外部 電源輸入，USB_IN為穩(wěn)壓的直流5v電壓輸入，也可以從設(shè)備的USB接口取電，P5的1腳接 地，2腳為電源正極輸入，該輸入和U4的1管腳SELV相連；U4的3腳和6腳接地，2腳SELI 通過(guò)電阻Rll接到地，4腳IN通過(guò)電容Cll接地，并且4腳經(jīng)過(guò)限流電阻RlO和發(fā)光二 極管LED3連接到U4的8管腳CHG，構(gòu)成了充電指示電路；U4的7管腳EN與外部輸入電壓 USB_IN連接，U4的5管腳BATT與P6的2腳連接，提供充電電壓V_BATT=4. 2v為鋰電池充 電，充電電流達(dá)到500mA，V_BATT通過(guò)電容ClO和P6的1腳接到地。圖5中U5采用maxim公司的maxl837芯片，USB_5電壓降到3. 3v,為通信模塊 IPLinkl223提供工作電壓和高達(dá)250mA的電流。其中⑴5的1腳FB和2腳GND接地，3腳 IN與USB_5連接，經(jīng)過(guò)C13接地，U5的5腳SHDN與USB_5連接，6腳OUT經(jīng)過(guò)電容C12接 地，作為3. 3v電壓USB_3. 3輸出，4腳LX經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓二極管接地，同時(shí)經(jīng)過(guò)Ll接到輸出端 USB_3. 3。圖5中TO采用maxim公司的升壓芯片maxl797，起到將鋰電池提供的V_BATT提升 到5v的作用，并提供450mA的負(fù)載電流，具有低電池檢測(cè)電路和關(guān)斷能力，可以保護(hù)電池不 被過(guò)放電。U6的1腳LBI分別經(jīng)過(guò)R12與V_BATT連接和經(jīng)過(guò)R13連接到地，V_BATT通 過(guò)C14接地，同時(shí)經(jīng)過(guò)R15連接到U6的3腳LBO和4腳SHDN, U6的3腳和4腳都連接到 Ql的基極，同時(shí)Ql經(jīng)過(guò)R14連接到U6的1腳LBI，U6的8腳連接鋰電池的電源V_BATT，5 腳接地，6腳LX經(jīng)過(guò)L2與V_BATT連接，TO的7腳OUT輸出5v電壓USB_5，7腳經(jīng)過(guò)兩個(gè) 濾波電容Cl5和C16接地。
權(quán)利要求一種無(wú)線串口數(shù)據(jù)傳輸終端，包括與對(duì)方設(shè)備連接的RS 232C接口及其TTL電平轉(zhuǎn)換電路、微控制單元和無(wú)線通訊模塊，其特征在于所述RS 232C接口連接RS 232C與TTL電平轉(zhuǎn)換電路，RS 232C與TTL電平轉(zhuǎn)換電路的接口與微控制單元連接，微控制單元的通訊接口與無(wú)線通訊模塊連接，RS 232C與TTL電平轉(zhuǎn)換電路模塊、微控制單元和無(wú)線通訊模塊均與電源及充電電路連接，RS 232C與TTL電平轉(zhuǎn)換電路模塊、微控制單元和無(wú)線通訊模塊均與狀態(tài)指示電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線串口數(shù)據(jù)傳輸終端，其特征是所述RS-232C與TTL電 平轉(zhuǎn)換電路是maxim3232cse芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線串口數(shù)據(jù)傳輸終端，其特征是所述微控制單元是 atmegal62 單片機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線串口數(shù)據(jù)傳輸終端，其特征是所述電源及充電電路是 由三個(gè)芯片maximl837、maximl811和maximl797及相應(yīng)的外圍電路組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線串口數(shù)據(jù)傳輸終端，其特征是所述無(wú)線通訊模塊是低 功耗的嵌入式模塊IPLink-1223。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線串口數(shù)據(jù)傳輸終端，其特征是所述狀態(tài)指示電路中連 接有工作狀態(tài)指示燈和電源狀態(tài)指示燈。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線串口數(shù)據(jù)傳輸終端，其特征是所述無(wú)線通信模塊是無(wú) 線接收和發(fā)送器。
專利摘要一種無(wú)線串口數(shù)據(jù)傳輸終端，包括與對(duì)方設(shè)備連接的RS-232C接口及其TTL電平轉(zhuǎn)換電路、微控制單元、電源及電池充電管理電路和無(wú)線通訊模塊組成。發(fā)送方設(shè)備的數(shù)據(jù)經(jīng)RS-232C接口到達(dá)本終端，由微控制單元進(jìn)行處理后送到無(wú)線通信模塊，由無(wú)線通信模塊將數(shù)據(jù)以無(wú)線的方式發(fā)送出去；在接收方，先由無(wú)線通信模塊接收到數(shù)據(jù)，傳給微控制單元，最后通過(guò)RS-232C接口到達(dá)接收方設(shè)備。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)或者多個(gè)設(shè)備間的數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸，通訊距離在視距范圍達(dá)1200米，可由鋰電池供電，采用主控MCU芯片使本實(shí)用新型具有獨(dú)立性。
文檔編號(hào)G06F13/38GK201732360SQ20092031631
公開日2011年2月2日 申請(qǐng)日期2009年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月1日
發(fā)明者葉英, 張智明 申請(qǐng)人:北京市市政工程研究院