无线数据传输范文

导语：如何才能写好一篇无线数据传输，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

【关键词】 射频收发器 单片机 串口

【Abstract】 Propose a low-cost design of universal wireless data transmission system with universal serial ports， which can communicate with other terminals by serial ports. The system consists of RF transceiver， single chip and universal serial ports. Single chip microcomputer simulates hardware SPI interface by I/O interfaces and connects RF transceivers. It extends serial ports by STC232 chips. The circuit diagram and application schemes are provided. Point-to-point wireless communications can be achieved between two data terminals， two digital phones， or two low speed multimedia terminals.

【Key words】 RF transceiver single chip serial port

无线数据传输具有安装方便、不需要布线、通信距离远、成本低、效率高的诸多优点，广泛应用在野外通信、军事通信、工业无线网、智能家居等领域中。本文提出一种低成本的通用无线数据传输系统设计，配备通用串行接口，可与所有具备通用串口的通信终端相连，最大无线通信速率可以达到1Mbit/s。

1 系统总体设计方案

串口无线数据传输系统总体方案如图1所示，由nRF24L01射频收发器实现无线数据传输，STC232收发器扩展RS232串口，实现用户接入，系统中央控制器为STC89C52单片机，实现对射频收发器和232收发器的控制，并对数据进行缓存处理。任何具备RS232串口的通信终端都可接入该系统，实现最高1M bit/s的无线数据传输。

2 nRF24L01射频收发机

nRF24L01是一款工业级内置硬件链路层协议的低成本单芯片广播式无线射频收发器。该器件工作于2.4GHz全球开放频段，内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，其输出功率和通信频道可通过程序配置。

nRF24L01结构如图2所示。通过设置PWR_UP、CE、CS三个引脚，可使nRF24L01分别工作于接收/发送模式、配置模式、睡眠模式、关闭模式。当nRF24L01处于接收/发送模式时，可工作于两种状态：无线射频模式和直接发送模式[1][2]。

3 STC89C52单片机

STC89C52是一种带8K字节可编程可擦除只读存储器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器。该器件采用高密度非易失存储器制造技术，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容[3]。

STC89C52单片机拥有256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路，是一种价格低廉的通用微处理器。

4 无线模块与单片机的连接

单片机通过6个控制和数据信号线与nRF24L01相连接，如图3所示。其中CSN为芯片的片选线，SCK为SPI时钟，MISO和MOSI分别为SPI数据输出和输入，IRQ为可屏蔽中断信号，CE为芯片模式控制线。CSN、SCK、MISO、MOSI构成了nRF24L01的硬件SPI端口。

nRF24L01与单片机的连接主要是nRF24L01的硬件SPI端口的连接，单片机可用I/O口P0.1-P0.4模拟硬件SPI口，IRQ和CE分别接单片机的P0.5和P0.0口。

5 RS232串口的扩展

如图3所示，采用STC232芯片扩展一个RS232通用串口，STC232收发器的TTL/CMOS数据输入端口TIN和数据输出端口ROUT分别与单片机的TXD（P3.1）和RXD（P3.0）相连接，用于接收和发送与单片机之间通信的数据，STC232收发器的RS232端口RIN和TOUT连接在一个标准DB9插座上，插座可与RS232接口的通信终端相连接。

6 无线数据传输应用方案

图4为串口通用无线数据传输系统的典型应用方案，该传输系统尚不具备多节点组网互通功能，最典型的应用是两个通信节点之间的点对点无线通信。数据终端、数字话机、低速多媒体终端可通过RS232串口连接无线传输系统，与通信对端的终端进行无线通信，其最高无线通信速率为1Mbps。

7 结语

本文提出的一种串口无线数据传输系统成本低廉、结构简单、通用能力强，所有具备通用串口的通信终端都可以连接此无线传输系统从而实现无线通信。基于此无线传输系统，用户可以很方便的实现无线语音通信、无线数据通信、无线视频传输。

参考文献：

[1]Nordic Semiconductor. nRF24L01 Single Chip 2.4GHz Transceiver Product Specification，2007.

篇2

关键词：无线收发芯片；数据传输模块；数据通讯系统；FSK

中图分类号：TN914.3 文献标识码：B

文章编号：1004-373X(2008)06-149-04

Design of Wireless Data Transmission Module Based on TH7122.1 Chip

ZHANG Dongbin ZHU Wenzhang2，GUO Donghui1

(1.Xiamen University，Xiamen，361005，China；2.Xiamen University of Technology，Xiamen，361005，China)

Abstract：TH7122.1 is a wireless transceiver chip with low power consumption designed by Melexis Corporation in Belgium.This paper introduces its functions based on which gives the design of half-duplex wireless data transmission module.Debugging result shows that the module works stability and reliability.This module can be used to achieve wireless data communication systems with simple structure and stable performance.It has practical value in some short-range wireless application，also has reference value to the design of other wireless application system.

Keywords：wireless transceiver chip；data transmission module；data communication system；FSK

基金项目：福建省自然科学基金计划资助项目(A0410007)、福建省科技重点项目和国家教育部新世纪人才计划项目的联合资助

目前，短距离无线通信已经越来越普遍，应用领域也越来越多，包括：无线抄表、车辆监控、机器人控制、数字音频及图像传输，还有无线耳机，无线鼠标键盘等。凡是布线繁杂或不允许布线的场合都希望能通过无线方案来解决。大量射频IC芯片的开发使得无线通信系统的开发周期缩短，成本也越来越低。基于各种射频IC芯片如Nordic公司的nRF系列射频IC，Chipcon公司的CC系列射频IC，Integration公司的IA系列射频IC以及其他的射频IC等的设计都为无线传输的实现提供了各式的方案[1]。本文中无线数据传输模块的设计是基于Melexis公司的TH系列无线收发芯片TH7122.1，是实现无线传输的另一种方案。该设计通过两PC的串口实现两边数据的无线传输，具有功耗低、软件设计简单与通信稳定可靠的特点。

1 芯片功能

1.1 主要特性

TH7122.1[2，3]是全集成FSK/FM/ASK收发芯片；可应用于低功耗多通道或单通道半双工数据传输系统，可工作在ISM频段及SRD频段；具有2种使用模式：单机用户模式(Stand-alone User Mode)和可编程用户模式(Programmable User Mode)；在单机用户模式下，工作于4个固定的频点之一：315/433.92/868.30/915 MHz；在可编程用户模式下，工作频率范围可设定在300～930 MHz之间，还可以通过使用一个外部压控振荡变容二极管使他的最低工作频率降至27 MHz，利用芯片集成的串行控制接口(SCI)对其进行配置；4种不同的工作状态(Standby/Receive/Transmit/Idle)；极低的电流消耗(待机状态下电流50 nA)；宽的工作电压范围(2.2～5.5 V)；最高FSK数据传输速率为115 kb/s，ASK数据传输速率为40 kb/s；接收信号强度指示(RSSI)输出；可变RF功率范围为-20～+10 dBm；接收灵敏度达-105 dBm(@FSK with 180 kHz IF filter BW)/-107dBm(@ASK with 180 kHz IF filter BW )。

1.2 引脚及内部系统结构

芯片采用LQFP封装，引脚结构如图1所示，pin9～25为发射部分相关引脚，pin1～8及pin26～32为接收部分相关引脚。

其中TE/SDTA，RE/SCLK，FS0/SDEN，FS1/LD这4个引脚带有复用功能，在SUM模式下启用第1个功能，TE和RE用于设置工作状态，FS0和FS1则用于选择工作频率；在PUM模式下启用第2个功能，SDTA，SCLK和SDEN组成串行控制接口(SCI)，用于写入控制字；LD用于相位一致性检测。

芯片内部结构如图2所示，包括：可变增益的低噪声放大器(LNA)、混频器(MIX)、中频放大器(IF)、FSK解调器、运算放大器(OA1，OA2)、ASK解调器、数字逻辑串行控制接口(SCI)、功率放大器(PA)、锁相环合成器(PLL Synthesizer)等。其主要模块是1个可编程的锁相环合成器，他由参考基准振荡器(RO)、N/R频率字寄存器、电荷泵(CP)、相位/频率检测器(PFD)及压控振荡器(VCO)组成，在发射模式下产生载波频率；在接收模式下产生本地振荡信号，采用超外差接收方式。

工作过程：接收时，从天线感应到的RF信号经匹配网络后由LNA放大，之后经MIX下变频到10.7 MHz的中频再放大、滤波，最后解调输出，ASK与FSK的解调输出取自OUT_DTA，FM的解调输出取自OUT_DEM。发射时，基带调制数据有2种输入方式，一是由IN_DTA端输入的标准调制方式，二是经由LF端输入的称为直接VCO调制的方式；VCO的输出信号经PA功率放大后，再经过匹配网络由天线发射出去。

篇3

关键词：GPRS模块;RS 232;LPC2138;AT命令;ARM

中图分类号：TN9295文献标识码：B文章编号：1004373X(2008)1903903

Design of Wireless Data Transmission System Engineering Based on ARM/GPRS

HOU Guocheng1，YANG Hongye2，FENG Jiapeng3，CAO Junqin4

(1.Dalian Meteorological Bureau，Dalian，116001，China；2.Inner Mongolia University of Technology，Hohhot，010051，China;

3.Taiyuan Institute of China Coal Research Institute，Taiyuan，030001,China；4.Taiyuan University of Science and Technology，Taiyuan，030024，China)

Abstract：Along with the wide application of single chip computer and ARM technique as well as the development of integrated chip technique,GPRS general grouping wireless service is attached with more importance by people in the current teledata transmission,telemetering and remote control.Therefore,secondary product and quality goods developed and designed according to the techniques mentioned are obtaining enormous promotion and application.The data transmission terminal design based on WAVECOM Q2406B Module and ARM7 LPC2138 are elaborated,and partial hardware electric diagram,software flowchart and program code are provided.

Keywords：GPRS module；RS 232；LPC2138；AT command；ARM

随着无线通讯技术的发展，依托移动运营商提供的无线网络实现远程监控和数据传输已被广泛应用于各个领域。通用分组无线业务(General Packet Radio Service,GPRS)是在现有GSM系统上发展出来的一种分组数据承载业务。因此，GPS车载终端、自动抄表系统等远程遥测遥控系统利用GPRS实现数据传输将成为今后发展的趋势。本文以ARM7 LPC2138与WAVECOM的Q2406B无线通信模块为例具体介绍实现GPRS数据传输的方法以及关键技术。

1 GPRS数据传输的协议分析和实现

GPRS无线数据传输终端利用GPRS网络实现与上位机的全双工数据通信。终端需附着GPRS网络，登陆Internet与连接其上的任意一台普通PC机建立数据链路并随时进行数据传输。完成这一过程必须实现GPRS的附着和PDP(Packet Data Protocol,分组数据协议)上下文的激活。通过GPRS的附着登记用户信息，对用户进行移动性管理；激活过程用于激活IP协议,保证数据能以IP报的形式进行传送,使移动台与GGSN(Gateway GPRS Support Node，网关GPRS节点)建立一条逻辑通路，进行数据传输。

可见，激活过程是系统实现的关键,它由中央控制器软件来实现。分组数据协议的激活涉及到网络的多个协议,如PPP协议、LCP(Link Control Protocol,链路控制协议)、NCP(Network Control Protocol,网络控制协议)、PAP(Password Authentication Protocol,密码认证协议) 和IPCP( Internet Protocol Control Protocol,Internet 协议控制协议)等。

协议实现过程如下：

系统设计的主要思路是微处理器通过发送AT指令控制GPRS模块建立无线信道、完成数据传输。用AT指令实现以上协议并完成数据传输的步骤如下：

(1) 设置接入网关：AT#CGDCONT=1，“IP”， “CMNET”;

(2) GPRS 网络附着： AT+CGATT=1;

(3) 激活GPRS模式：AT+GPRSMODE=1;

(4) 设置网络接入点名称：AT#APNSERV= “CMNET”;

(5) 请求网络连接：AT#CONNECTIONSTART;

(6) 设置上位机的IP地址：AT#TCPSERV=“*”;

(7) 设置上位机侦听的端口准备与客户端通信： AT#TCPPORT=“6800”;

(8) 打开与上位机的连接：AT#OTCP;

(9) 断开GPRS网络连接：AT#CONNECTIONSTOP;

(10) 取消GPRS附着：AT+CGATT=0。

在完成GPRS数据传输过程中，以上AT命令均必须设置，但相邻AT命令间要有一定延时，经验证，约3 s即可。

2 数据传输终端的硬件设计

2.1 系统硬件框图

系统硬件框图如图1所示。

2.2 系统硬件组成

2.2.1 微控制器

系统中,微控制器选用PHILIPS公司的LPC2138。LPC2138的典型特性如下(仅列举与本终端设计密切相关的部分,如图2所示):

多个串行接口，包括2个16C550工业标准UART、2个高速I2C接口(400 kb/s)、SPI和SSP(具有缓冲功能，数据长度可变)。

支持ISP(通过UART0实现)和IAP，扇区擦除或整片擦除的时间为400 ms，1 ms可编程256 B。

2个32位定时器/计数器，内置看门狗。

CPU操作电压范围：3.0~3.6 V(3.3 V±10%)，I/O口可承受5 V的最大电压。

2.2.2 串口电平转换

LPC2138串口通过SP3232E完成TTL/CMOS电平转换后与GPRS模块相连接,实现模块初始化和数据收发。同时可扩展串口与其他嵌入式系统或PC机进行数据交换，如图3所示。

2.2.3 GPRS模块WAVECOM Q2406B

GPRS模块选用法国WAVECOM的Q2406B，该模块内置TCP/IP协议并提供了9针的标准RS 232接口。模块大致原理图及其与SIM卡的连接如图4所示。

3 数据传输终端的软件实现

系统软件设计的核心部分是微控制器LPC2138与GPRS模块的通信，两者间需定义通信协议、规定帧格式，通过AT指令实现GPRS网络的附着、PDP激活、Internet的接入及数据传输。

3.1 AT指令调试及波特率的设置

微控制器以一定的协议向模块发送AT指令，接收模块执行指令后的返回值,并进行相应校验。在Windows自带的超级终端中利用AT+IPR=“波特率”指令设置无线通信模块的波特率,并通过命令后加“;&W”将所设值存储在模块E2PROM中，掉电后不会丢失(如：AT+IPR=“115200”;&W)。系统设计过程中通信的不畅通常是由于波特率不匹配造成。

3.2 建立连接

为了方便程序设计，增强程序可读性，将建立连接所需的AT命令以字符串形式存放于AT命令缓存区，所需多条AT指令长度不一且发送顺序不可改变，为了有效控制每条AT指令、提高CPU利用率需将AT指令缓存区设置为指针数组形式，在建立连接时通过循环调用字符串发送函数将这些AT命令发送，相邻AT命令间要有2~3 s的延时，所以每发送完一条AT命令都要调用一个3 s的延时子程序，然后通过串口中断接收函数接收AT命令返回值来判断连接是否成功。需要注意的是AT命令均以回车符作为结束标志，并以字符串形式传送，因此在定义AT命令缓存区时一定要注意转义字符的使用。

3.3 数据传输

在与上位机连接成功后，通过字符串发送函数发送数据缓存区中的数据，数据缓存区仍需设置为指针数组形式,发送数据的原理与建立连接时的基本相同，图5是系统程序流程图。

下面是用串口中断发送字符串的函数举例。

********************

函数名称：UART0SendStr()

函数功能：向串口发送字符串

入口参数：str要发送的字符串的首地址指针

********************

void UART0_SendStr( char const *str)

{

Str_Send_P = str;

U0THR = *Str_Send_P++;

U0IER|=0x02;//开启THRE中断

}

在中断发送程序中的处理为：

switch(IIR & 0x0e)

{

case0x02: //利用THRE中断，发送字符串

if((*Str_Send_P)!=′\\0′)

U0THR = *Str_Send_P++;

else

U0IER&=(~0x02);//关发送中断

break;

…

}

3.4 断开连接

数据链路的释放可通过发送数据传输结束标志“+++”实现，但必须延时一定时间后再发送断开连接指令：

AT#CONNECTIONSTOP

AT+CGATT=0

4 结 语

本文在介绍GPRS网络应用技术的基础上，为LPC2138实现GPRS数据传输提供了一种通用的解决方案，通过以上的软硬件设计，可以实时地发送和接收数据。此方案稍做修改便可移植到GPS车载终端、自动抄表等实际应用工程中。

参考文献

［1］周立功.深入浅出ARM7-LPC213X/214X［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2006.

［2］谭浩强.C语言程序设计［M］.2版.北京:清华大学出版社，2001.

［3］刘旭，张其善.一种基于GPRS的车辆监控系统［J］.遥测遥控,2003,24(1):42-45,49.

［4］赵茂泰.智能仪器原理及应用［M］.2版.北京:电子工业出版社，2004.

［5］平，曹巧媛，曹琳琳，等.单片机原理及接口［M］.北京：清华大学出版社，2007.

［6］童诗白，华成英.模拟电子技术基础［M］.3版.北京：高等教育出版社，2001.

［7］姜立东，姜雪松.Protel DXP原理图与PCB设计［M］.北京：北京邮电大学出版社，2004.

［8］WAVECOM company.Q2406 and Q2426 Product Specification.Version001［Z］.2002.

［9］WAVECOM company.AT Commands Interface Guide.Version1.00［Z］.2001.

［10］WAVECOM company.AT commands for GPRS.Version 1.8［Z］.2002.

作者简介

侯国成 男，1962年出生，天津蓟县人，工程硕士，大连市气象局处长、高级工程师。研究方向为计算机网络通信和JAVA企业应用。

杨宏业 男，1962年出生，呼和浩特人，教授，硕士生导师。研究方向为嵌入式软硬件系统、车载导航及应急通信系统。

篇4

关键词：起再生

曼彻斯持编码

无线数据传输协议

中图分类号；TN919.3

文献标识码：B

文章编号：1002-2422(2010)03-0130-03

1曼彻斯特编码和超再生解调电路特点

曼彻斯特编码是一种同步时钟编码技术。曼彻斯特编码中。每一位的中间有跳变，即用从高到低跳变表示“1”，从低到高跳变表示“0”。(见图1)。这种编码方式的好处是，在位中间的跳变既是数据信息，也是时钟信息，因而接收方可以通过对时钟信息的提取消除传输长数据导致的积累误差。另一方面，每位的跳变消除了直流分量，消除了数据传输中出现长高或长低的可能，避免了由于发送和接收机对直流量不敏感导致的电平自动翻转。因而曼彻斯特编码具有自同步能力和良好的抗干扰性能。

超再生解调电路在收音机中已有使用。最简单的超再生解调电路只需1个三极管，电路简单、成本低、功耗低、接收灵敏度高。但抗干扰能力差，性能不稳定，频率点易飘移。

超再生解调电路的一个很大的特点是由于电路的高增益，在未收到信号时，受外界杂散噪声和内部自身热噪声的干扰，会在输出端产生一个特有的噪声信号―超噪声。超噪声的频率范围在0.3-0.5kHz之间，且噪声电平很高。在收到信号后，超噪声会被抑制。

2通信系统结构

本协议所使用通信系统由发送模块和接收模块组成。发送模块包括单片机、OOK调制电路和发射天线(见图2)。接收模块包括接收天线、超再生解调电路、单片机(见图3)。

3通信协议设计

协议分3部分：数据(4.1)、同步信号头(4.2)和引导序列(4.3)。

3，1数据编解码

数据编码采用曼彻斯特编码。

信号的解码是单位时间判断上升或下降沿的过程。以每次延时t说明。

从第一位信号的1／4处开始检测。每2t时间检测一次，即每位信号检测2次，检测点分别在1／4和3／4处。比较两次电平，并判断是上升沿还是下降沿即可知是“0”还是“1”。(见图4)

在强干扰环境下，可以把每位前后2t时间再均匀分成3段，每段检测一次，取出现多的那个电平，有效消除突发干扰。

这里有两个问题：

一是如何保持发送和接收的时钟同步。两片不由同一晶振提供时钟的单片机时钟频率必然存在误差。在程序编写时固然可以通过设置延时函数中参数的大小来精确调节发送和接收时钟使其在短时间内同步，但由于温度等原因还是会造成时钟频率的偏移而产生积累误差，这将使传送长数据时在后期因同步问题不能够正确解码。

解决思路是接收端通过不断提取发送端曼彻斯特码中的时钟信息让程序自动跟踪调整时钟，使两者保持同步。具体方法：首先确保单片机延时函数参数设置合理，使发送接收开始时几乎同步。同时使延时函数中延时参数自适应，即在接收时每个电平检测点延时t秒后(跳变沿附近)再检测一次，如果这时检测到的信号与检测点电平一致，则说明延时时问不够，延时函数中参数自动加一个小量使以后的延时时间略微加长；相反如果这时检测到的信号与检测点电平相反，则说明延时时间太长，延时函数中参数自动减一个小量使以后的延时时间略微缩短。

二是如何判断第一位的开始。这需要同步信号头。

3，2同步信号头

为了判断第一位的开始，发送方需要先发送一个同步信号向接收方表示第一位数据何时开始发送。由于曼彻斯特编码每位反转一次，最长的高(或低)电平时间为1位数据时间(即4t)，所以可以用大于1位数据时间的高(或低)电平来做同步信号。一般使用2-4位。太长的高(或低)电平发送和接收机都不敏感，容易自己反转。

接收方检测方法以3位长高为例。接收方检测到高电平后，先延时时间t再检测一次，以后每过2t时间检测一次，如果包括第一次在内连续检测到7个高电平，则同步成功，延时2t后开始接收实际数据。如果同步过程中出现低电平，则失败，同步程序复位，前面积累的状态清空，重新检测同步信号。(见图5)

同步信号头的加入解决了第一位数据何时开始的问题，但是在超再生解调电路中这样仍然无法正常传输数据一同步信号之前接收方检测出的必须是低电平，否则将出现由同步信号变长导致的检测点错误。这在无信号接收时会产生强噪声的超再生接收机上是很容易出现的错误。因此需要再加入引导序列。

3，3引导序列

引导序列的作用有两个：

一是提高接收端抗超噪声干扰能力。如果不加入引导序列，又长又高的超噪声与同步信号先后到达，就会引起同步信号头变长，导致数据接收的失败。(见图6)。

二是确保实际数据在发送时编码信道已稳定建立。实验发现，信号发送与接收的稳定需要一定的时间。以发送方波为例，信号源产生一串占空比50％的方波模拟一串编码后的“0”(或“1”)加在发送电路，并用双踪示波器在接收端观察解调信号并与发送方波对比发现，在信号发送与接收的初始阶段，解调出的方波占空比不为50％，这种偏差随发送时间的增加逐渐消失，最后达到解调出的方波与原始信号波形一致而只存在一个相位差。(见图7)

分析可知，方波不仅可以很好的与无规律的超噪声区别开，且矩形波占空比是判断编码信道已稳定的很好依据。因此以方波为引导序列。

为了让引导序列最好的体现实际数据接收的准确度，可以用脉宽、占空比与实际数据一样的方波序列，即一串曼彻斯特编码的“1”，其长度与电路性能和环境干扰的强弱有关。

接收方对引导序列的检测与对实际数据的检测一样，仅第一次稍有区别。接收方以高电平到来处(即上跳沿)为起始，先延时t检测一次，之后每次延时2t检测。如果能连续检测到N个(4-6个)“1”，说明编码信道已稳定，能正确接收实际数据，接收方进入等待同步信号头到来的状态；如果中间出错，说明信道还未稳定或是噪声干扰严重，则检测程序复位，前面积累的状态清空，重新判断引导序列。另外，为了不与同步信号重叠，引导序列的最后一个电平状态须与同步信号电平相反。以N=3为例，(见图8)。

4协议测试

(1)测试条件：用所述通信系统，发送、接收电路均用两节1.5V干电池供电。发送频率：12MHz：发送、接收天线：线圈天线：接收距离：1m：传输方式：半双工。

(2)测试方法：主机用线性叠加方法产生0-255之间的伪随机数序列，每次连续取4个伪随机数为一组，顺序记录，并用所述协议方式发送，然后等待数据返回。从机用所述协议方式接收数据并记录。全部接收完后用与主机相同方式顺序发回接收到的数据，然后等待再次接收数据。

主机接收返回数据并与原数据对比，如果完全正确则发送下一组；如果错误则纪录出错数个数和所在位置，然后发送下一组；如果超时则纪录超时一次，然后发送下一组。

用上述验证方法发送2500组数据。

(3)验证结果：错误数个数0，超时数0。

(4)误码率：优于10-4。

篇5

关键词：无线网络；TD-LTE；RFID；数据加密

作者简介：张涛（1989—），男，四川内江，本科，工程师；研究方向：信息安全。

随着互联网技术的快速发展和进步，无线网络也得到了极大的改进。目前已经诞生了4G，ZigBee，WiFi和Bluetooth等无线网络技术。无线网络因其组网简单、接入方便、移动性强等特点，已经在移动蜂窝通信、无线局域网等领域得到了广泛的应用，开发了许多移动通信软件，比如高德地图、手机银行、移动证券管理系统等，这些系统在进行数据通信过程中，都需要采用无线网络技术。无线网络在为人们提供逻辑业务数据传输服务的过程中，也面临着黑客、木马、病毒等潜在的安全威胁，阻碍了无线网络在人们通信过程中的普及速度，需要采用严格的数据传输加密技术，以防止数据遭到攻击、篡改和破坏。

1无线网络应用及安全问题分析

目前，无线网络采用的技术包括4G移动通信技术、RFID技术、Bluetooth（蓝牙）技术、ZigBee技术，能够实现移动终端之间的数据传输。

（1）4G移动通信技术。4G移动通信采用新的TD-LTE技术和FDD-LTE技术。4G通信技术已经采用了多种高科技技术，比如能够使用基于OFDM的多址接入方式，增强无线链路通信技术，采用高可靠性的软件无线电技术和高效的调制解调技术，同时能够实现智能天线分布和空时编码通信技术，有效地提高了数据传输的速率，可以满足视频图片、文字声音的传输，能够支撑强大的高速移动带宽资源，已经成为主流的移动通信技术。

（2）RFID技术。RFID是一种无线射频识别技术，这种技术可以有效地提高无线信号的传输、身份信息的验证等，RFID在工作过程中可以为每一个物品提供唯一的编码标识，采用无线传感器网络通信技术、射频识别技术、无线宽带网络通信技术为基础，以便能够提高物品信息采集的关键功能，将其传输到无线应用软件中，并且实现信息流的传输和共享。

（3）Bluetooth（蓝牙）技术。Bluetooth（蓝牙）技术是一种能够支持智能手机、蓝牙耳机、笔记本电脑、PDA等设备短距离通信的无线电技术。利用蓝牙技术，众多设备可以轻松连接在一起，不必构建复杂的线路架构，能够简化设备布局。蓝牙技术采用短包技术、快跳频、分散式网络架构等核心技术，实现点对点、点对多点通信，数据传输速率高达1Mbps，并且采用分时全双工传输方式进行通信。随着无线通信技术的发展，已经开发了许多应用软件，比如在公共安全事故现场，人们可以打开微信、微博、GPS等应用软件，将事故现场的照片信息、地理位置等传输到应急管理中心，方便应急管理人员快速救援，保护人们的公共安全。驴妈妈、携程网和途牛网等旅游管理软件可以在旅客游览时拍摄沿途的风景照片，并且在照片上显示GPS位置信息和时间信息，以便驴友进行浏览、展示和互动。无线通信最重要的功能是传输语音数据，可以与人进行预约交流，或者编辑短信发送到接收方，处理个人事务。但是，由于无线网络具有天生的脆弱性，没有有线的网络数据传输的安全性，因此非常容易造成传输数据遭到破坏，常见的无线网络安全问题包括以下3个方面：

（1）无线网络攻击渠道多样化。黑客技术也随着计算机技术的发展不断改进，无线网络受到的攻击来源也更加广泛，不仅仅包括病毒和木马，还有一些专业的黑客组织盗取用户传输信息，以便获取不正当的利益。另外，攻击渠道的发起者不仅仅是传统的PC，同时还包括Ipad、华为Mate、苹果iPhone、三星galaxy等智能终端，传输的渠道更加多样化，隐蔽性也更强。

（2）无线网络安全威胁智能化。随着移动计算、云计算和分布式计算技术的快速发展，网络黑客制作的木马和病毒隐藏周期更长，破坏的范围更加广泛，安全威胁日趋智能化，这些安全威胁能够时刻监听无线网络传输的数据内容，从中截取、破坏、篡改数据，给人们带来严重的损失，并且非常容易扩散到网上，侵害人们的隐私权、肖像权、名誉权。

2无线网络数据传输加密技术

无线网络数据传输加密技术包括有线等效加密（WEP）技术、WPA加密技术和WPA2加密技术，详细描述如下：

（1）有线等效加密（WEP）技术。有线等效加密（WEP）技术是无线网络一种专用的数据传输加密技术。WEP技术采用rsa数据安全公司研发的rc4数据加密算法，该算法能够提供有线网络传输的保护能力，客户端接入数据无线网络服务器获取数据时，数据传输会采用一个共享的密钥对数据进行加密，密钥的长度包括40位到256位，密钥越长需要耗费的解密时间就越长，因此可以对数据提供强大的保护功能。但是，随着无线网络技术的快速发展，WEP算法产生的密钥具有可预测性，对于攻击者来讲，很容易截取和破解密钥，存在严重的缺陷，已经逐渐被WPA代替。WEP技术在WiFi领域得到了广泛的应用，有效地保护了WiFi数据传输的安全性。

（2）WPA加密技术。WPA加密技术在WEP技术的基础上采用动态密钥、消息完整性检查机制、密钥自动更新机制，可以有效解决WEP加密技术存在的缺陷。WPA加密技术的认证机制为802.1x+EAP，其可以通过第三方AAA服务器（Radius服务器）实施可扩展性认证协议，可以提升加密数据的破解难度。WPA在加密过程中采用“临时密钥完整性协议”（TKIP），这是一种新型的加密方法，其可以利用Radius服务器分发的密钥对数据进行加密，并且密钥的头部增加至48位，增加了解密的难度。WPA为无线网络用户数据提供一个完善的认证机制，其可以根据用户的认证结果决定是否允许用户接入无线网络，认证成功之后可以根据传输数据的大小选择多种加密方式，并且对数据包进行MIC编码，以便保证用户数据信息不会被篡改。WPA技术不仅在WiFi领域，其在ZigBee自组织无线通信网络、Bluetooth等都实现了数据的安全传输，提高了无线网络数据传输的完善性。

（3）WPA2加密技术。WPA2数据传输加密技术采用更加高级的加密标准，即为AES标准，是一种特定的计数器模式。计数器加密模式可以为用户提供更加完善的加密服务，取代了原有的有线对等保密算法，实现数据加密并且保护数据的完整性。WPA2在无线数据传输过程中，不仅支持企业无线局域网传输，同时可以在4G移动通信中加密数据，实现数据的安全传输，更有利于大范围普及无线加密技术的安全性。

3结语

随着移动通信的快速发展，人们已经进入了高速无线宽带时期，通信传输速度的加快，必将带动无线应用产业的快速发展。因此，更多的软件开发公司研发智能应用终端，提高人们工作、生活和学习的便捷性。通信传输的频繁需要采用更加严格的数据加密技术，对于保证数据不受到篡改、攻击和盗窃，保证人们通信数据的安全性、完整性，确保无线网络运行的安全性，具有重要的作用和意义。

参考文献

[1]任东林.数据加密技术在计算机安全中的应用分析[J].无线互联科技，2014（3）:99-99.

[2]马擎宇,张东.基于AES和ECC的遥测数据加密技术研究与实现[J].舰船电子工程，2015（4）:78-81.

篇6

【关键词】无线传输功能 智能丙酮 气敏传感器

丙酮也称作二甲基酮，是属于饱和脂肪酮系列中最简单形式的酮。无色的液体，有特殊气味，能够溶解于醋酸纤维与硝酸纤维，还能够溶于乙醇和水等有机溶液。丙酮的用途很广泛，常用作涂料和农药的原材料，医用领域也经常涉及。但丙酮也属于易燃易爆的液体，和空气相结合便迅速形成爆炸性的混合物。所以，在生产过程中一定要注意丙酮的保存，一旦泄露很容易发生安全事故。

由于丙酮的特殊性，现在普遍使用检测丙酮气体的传感器，一般属于广谱型敏感器件，使用范围较广，在此基础上研发一种无线传输功能的丙酮蒸汽传感器有更高的应用价值。无线传输功能的丙酮气敏传感器不但应用于数据监控与反馈领域，还可以进行实时检测。

一、气敏薄膜的制备

实验室实验一般采用的是JCK一500E的磁控溅射仪进行薄膜的制备。在不同的温度进行退火的样品，丙酮气体选择性能和灵敏度也会有所不同并且在恢复的时间上也有差异。在700摄氏度退火处理工艺之后样品对于丙酮气体的选择性有明显的效果影响，但是对丙醇或者是究竟影响力会比较小。薄膜的灵敏度会很好的作用于丙酮气体，可以达到57.368，恢复时间一般是2秒，此时的丙酮气体的灵敏传感器灵敏度可以表示为：s=R/Rs，式中：R，Rs分别代表元件在被测的气体和空气中的电阻值。

二、智能丙酮气敏传感器系统的电路设计

（一）传感器系统的总体结构设计

智能丙酮气敏传感器系统的芯片是ARM，经过严格的采样电路检测气体，在控制电路和无线传输，再经过显示单元这一系列系统流程实现传感器的功能。智能丙酮气敏传感器对气体的浓度进行采样，并将其发送到ARM芯片LPC2131，然后读取A/D转换值与气体浓度的计算，并得出气压值。电压值的传输形式主要是无线发送，接收端是通过接收模块进行的，把无线数据发送到LPC213l芯片，LPC213l芯片经过信息处理再经过Pc机或者是LCD显示传给用户。并且智能丙酮气敏传感器系统的无线接收电路均是采用了无线收发的模块nRF905，nRF905是一种单片射频收发器，无需客户端对数据进行曼彻斯特编码，收发模式是无线的数据发送，具有很高的可靠性，操作方便，被广泛的应用到工业控制和消费电子等领域。

（二）采样电路

智能丙酮气敏传感器无线接收流程内容是：丙酮气敏传感器上的敏感元件会感受到气体的浓度变化，经过严格的测量电路，通过曲线的拟合会出现电压信号的变化，在控制电路上将电压信号经过一系列的串口发送到LPC213l芯片，芯片在接受完数据后通过SPI接口继而发送给nRF905，nRF905会将数据的前面加上导码与CRC代码，并将数据包发送客户端。在nRF905正确读取数据之后，经过USART传输到LCD显示或者是PC机器等外用设备上。

三、无线传输功能的智能丙酮气敏传感器软件设计

在nRF905基础上进行的智能丙酮气敏传感器设计不但在传统的电路基础上增加了低通滤波和电压跟舶器的隔离电路，并能够自动换挡，设计思路是改进传统传感器的不稳定性能与改善测量精度低的缺点，丙酮气敏传感器还可以通过软件改进提高传感器系统整体性能。硬件设计是测量装置，软件设计主要含有：中断处理（服务）程序、层芯片驱动程序、无缦收发程序、监控程序和实现各种不同种类计算的功能性模块。软件的设计应该保持在ADS的集成开发的环境中独立完成，并且根据EASYJTAG仿真器进行严格的系统调试。

无线传输功能的智能丙酮气敏传感器系统模块软件的设计通过nRF905的接受和发送功能实现的驱动程序，能够有效准确的进行数据衔接，并且在传感器驱动程序中可以自动设置初始化的各种参数值的变量，例如：静态的变量、全局的变量和端口变量等，对软件系统进行整体性的编译，从而实现丙酮气敏传感器的数据采集的无线传输功能。

四、结束语

无线传输功能的智能丙酮气敏传感器的设计基础是nRF905，它的功能不但可以进行丙酮和丙酮气体浓度的准确测量，还可以检测其阻值变化的范围，电阻的测量精度可以达到±0 5%。在智能丙酮气敏传感器系统中结构设计简单，并且具有很高的集成度，因此具有低消耗的特点。在操作上借助于ARM7内核作为MCU，使得传感器的系统能够更好的发挥扩展能力，并且发展前景也比较好，被广泛的应用于无线测试和远程显示领域中。

参考文献：

[1]潘国峰；何平；王其民；孙以材；高金雍.具有无线传输功能的智能丙酮气敏传感器[J].仪表技术与传感器.2011（04-15）.

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【关键字】温度；数据采集；无线传输；LCD；单片机

0 引言

本系统以STC单片机作为主控芯片，采用数字式温度传感器DS18B20，并利用其特有的单总线特性组成传感器网络，应用液晶LCD1602作为人机交互界面，在充分综合分析蓝牙、GPRS、GSM等无线数据传输方式的基础上，针对有线的数据采集方式应用受到限制的场合，结合实际，并考虑到做成实物调试和开发难易程度等可行性问题上，确立了无线射频收发一体芯片的解决方案，即利用基于nRF905芯片的无线收发模块完成数据的接收与发送，再应用传感技术，实现多点温度数据采集。系统还预设温度自动报警功能，能对温度的实时监控起到预警作用。整个系统分为：（1）温度数据采集和发送模块；（2）温度数据接收及显示模块两部分；该系统的设计意义深远，不仅在于能将数据采集与无线传输相结合，充分发挥了无线传输的优势，而且能有比较广泛的应用。

1 温度数据采集与无线传输系统设计的总体设计

整个系统由温度数据采集显示和发送程序和温度数据接收及显示程序两部分组成；

a温度数据采集显示与发送模块是由温度传感器网络DS18B20网络、液晶屏LCD1602、nRF905无线收发模块和主控芯片STC89C52RC组成；

b温度数据接收及显示模块则是由基于nRF905的无线收发模块和主控芯片STC89C52RC、液晶屏LCD1602构成。

2 温度数据采集与无线传输硬件系统设计的硬件设计

2.1 系统电源电路

该模块将市电经过变压器变压后，转化为18V的交流电压，利用LM7805转压芯片将18V的交流电转化为5V直流电，为单片机等提供电源。LM317H将18V交流电转化为3.3V直流电，以供无线射频芯片使用。

2.2 单片机最小系统

单片机采用内时钟方式，利用芯片内部振荡电路，在引脚上外接定时元件，内部振荡器便能产生自激荡。定时元件采用的是12MHz的晶振和30pF的两个电容组成的并联谐振电路。

2.3 温度数据采集

本系统为多点温度采集，DS18B20支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55℃～+125℃，在-10～+85℃范围内，精度为±0.5℃。现场温度直接以“单总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。DS18B20采用外部供电方式，只需要用一个接口引脚就可以驱动多路DS18B20，本系统设计之初只采用4个温度传感器，如图2所示。单片机通过读取各个DS18B20的序列号，分别获取温度数据。

2.4 温度数据显示电路

LCD1602的引脚1接地，引脚2接5V电源，引脚3接电位器来调节显示器的对比度，引脚4～14接单片机，引脚15接10K电阻来设置显示器的亮度。

2.5 数据收发电路

VCC接3.3V电压；μCLK为输出时钟，本系统中无需使用，悬空；CD为输出，单片机不对其进行控制，悬空：GND接地；其它引脚和单片机相连，由单片机控制其发送数据或接收数据。

2.6 无线模块芯片nRF905

nRF905芯片是挪威Nordic公司推出的单片射频发射芯片，工作电压为1.9-3.6V，32引脚QFN封装，工作于433/868/915MHz三个ISM频道，其由一个完全集成的频率调制器，一个带解调器的接收器，一个功率放大器，一个晶体振荡器和一个调节器组成。ShockBurst工作模式能够自动产生前导码和CRC，可以很容易通过SPI接口进行编程配置，电流消耗很低，在发射功率为+10dBm时，发射电流为30mA，接收电流为12.5mA。进入Powerdown模式可以很容易实现节电。图3为基于nRF905的无线收发模块电路图：

3 温度数据采集与无线传输硬件系统的软件设计

系统采用C语言进行软件设计，编程和调试环境为Keil 4，系统的软件部分发送端、接收端主流程图如图4、图5所示。

4 系统的整体性能调试

4.1 硬件性能的测试

按照本文的软硬件最初设计思想，在连接好硬件实物之后，我们直接对整体实物进行测试，通过对代码的精心改写，使得最终的测试结果达到了满意的效果：发送端的液晶屏能够实时显示温度的变化，接收端的液晶屏温度数值的显示也能随着发送端的变化而变化。

4.2 无线传输距离的测试

传输距离的测试分室外和室内两种环境下进行。其中室外环境的测试在操场上进行，经测试在两节点相距70米左右时仍然能进行正常通信，但是在通信距离超过150米左右时发生通信中断的现象。室内环境测试，由于障碍物的存在，节点通信的距离下降十分明显，在不需要穿墙时的通信距离在65米左右，穿两堵墙时的通信距离在50米左右。

5 结束语

本系统以C51单片机为主控芯片，通过DS18B20温度传感器采集温度数据，并利用nRF905无线传输模块和液晶屏1602进行数据的无线收发和显示。通过对软件代码的精心修改使得最终的系统调试获得满意的结果，达到了最终的设计目的。

【参考文献】

[1]黄贤武.传感器原理与应用[J].电子科技大学出版社，2006.

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引言

能用分组无线业务GPRS（General Packet Radio Service）是在现有的GSM系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。基于这种业务的各种应用也蓬勃发展起来。以GSM网络作为数据无线传输网络，可以开发出多种前景极其乐观的各类应用，如无线数据的双向传送、无线远程检测和控制等。典型的应用有：工业控制、环境保护、道路交通、商务金融、移动办公、零售服务等等。

GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，需不需要利用电路交换模式的网络资源；从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务，特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。

本文设计的GPRS无线通信控制器（以下简称控制器），内嵌了TCP/IP协议栈，采用工业级的GPRS模块；适用于主机没有TCP/IP协议栈，但使用串口通信的情况，例如单片机数据采集传输系统。

1 GPRS网络数据的收发

终端设备通过串行方式接到控制器上并与GSM基站通道，但与电路交换或数据呼叫不同。GPRS数据分组是从基站发送到SGSN节点，而不是通过移动交换中心MSC连接到语音网络上。SGSN与网关支持节点GGSM进行通信。GGSN对分组数据进行相应的处理，再发送到目的网络，如Internet或X.25网络，见图1。来自Internet、标识有移动台地址的IP包，由GGSN接收，再转发到SGSN，继而传送到移动台上。

控制器工作时，用户上位系统向控制器发送工作指令和数据，数据由IP模块进行了TCP/IP协议转换，打成IP数据包，再由MC35模块以GPRS数据包的形式发送到SGSN。

由于GPRS网络工作方式是以IP地址导址为基础的，所以目标服务器端并非接入控制器与终端设备进行连接，只需要简单接入Internet，并具备公网分配的IP地址即可。同时，因为GPRS终端产品本身由网络提供商动态地分配IP地址，在未进入连接待机状态时，其本身是不具备IP地址的（在连接中，模块的IP地址为移动骨干网内局域网IP，无法被公网服务器解析，动态分配的制度使获取比IP地址无意义）。因此在服务器与终端尚未建立连接前，目标服务器难以（可将短信转换为命令内容）对终端设备及控制器进行控制。必须先将控制器进行相应初始化，并由设备终端主动向服务器发送数据，进行连接。

2 控制器内部的硬件实现

控制器内部由四部分构成：嵌入TCP/IP的单片机系统、MC35模块、电源部分和外部接口部分。

在设计时，考虑到双串口性能和高速的全静态CMOS设计，嵌入式单片机系统选用台湾Winbond的W77E58芯片作为MCU模块的处理器芯片。它是高速的、与MCS-51指令兼容的、没有多余指令周期的微控制器，在相同时钟频率下，运行同样的指令要比传统的8051快1.5～3.0倍。它完全是静态CMOS设计，工作电压为4.5V～5.5V，有32KB的片内程序ROM，内部有1KB SRAM，最高时钟频率可达40MHz；有双指针、双串口，13个中断源，3个16位定时器。单片机W77E58通过串口1直接与MC35模块相连接，完成对MC35模块的初始化和基于GPRS业务的数据收发功能；同时串口2扩展MAX232标准串口与其它嵌入式系统或PC机进行数据交换。图2是系统的硬件框图。

MC35模块是西门子公司生产的GSM双频GSM900/GSM1800无线模块。它支持2种操作模式：一种是电路交换数据模式CSD，支持语音、数据、SMS和FAX业务；一种是分组交换模式GPRS，采用多时隙，支持CS1-CS4编码。两者最大的区别是，GPRS传输数据时不需要再拨号。2种模式的选择通过AT指令来实现。MC35模块提供40线的ZIF接口方式。

电源部分为单片机系统和GPRS模块提供合适的电源。外部接口部分包括一个8脚数据接口、SMA（射频同轴连接器）天线接口、SIM（Subscriber Identity Module，用户识别）卡座接口。表1是各引脚的详细说明。

表1 外部接口引脚说明

功能 名称 引脚号 I/O 信号电平 注  释 强制复位RST1I/O当模块处于空闲或数据传输状态时，该引脚下拉至0.45V以下（需至少0.1mA的下拉能力），持续3.5s可使系统复位。该引脚同时还作为系统看门狗信号输出，可据此监视系统工作状态fout,min=0.16Hz fout,max=1.53Hz正常情况下，该引脚处于看门狗信号输出状态并且输出电流很微弱（0.01mA），因此必须使其处于高阻状态；不得有外部上下拉电路RS232 RXD 2 I 该组引脚系标准RS232电平信号，可直接与PC机连接 如果连接PC机上Internet网，则需要使用CTS和RTS，其它通信方式示不需要这两个引脚 TxD 3 O CTS 4 O RTS 5 I SGGND 8 0 SGGND是RS232信号地，在模块内部与GND相连 RS485 A 6 I/O 该组引脚系标准RS485电平信号，模块内部已加120匹配电阻 模块内部光电隔离电路 B 7 为使控制器运行稳定可靠，对其看门狗电路进行了精心设计。

3 控制器的软件接口

在本设计中，需要利用TCP/IP协议来完成GPRS业务数据的打包和解包。由于W77E58资源有限，怎样在有限的资源上完成必需的功能，就是嵌入式TCP/IP协议实现的关系所在，也就是合理地简化协议。

TCP/IP协议是一个为广域网（WAN）设计的标准协议套件，可以用一个分成四个层次的模型来描述：数据链路层、互联网层、传输层和应用层。其分层模型及协议如表2所列。

表2 TCP/IP协议结构

应用层 HTTP、Telnet、FIT、SMTP、SNMP 传输层 TCP、UDP 互联网层 IP、ARP、RARP、ICMP、IGMP 数据链路层 Ethernet、X.25、SLIP、PPP 应用层（application）负责处理特定的应用程序细节，在本系统中只实现HTTP协议。

传输层（transport）主要为2台主机上的应用程序提供端到端的通信。TCP协议是为2台主机提供高可靠性的数据通信，这里采用TCP传输控制协议。

互联网层（Internet）的功能是寻址、定址、数据打包和安排路径。Internet所有的数据都以IP数据报格式传输，其最大特别是提供不可靠的和无连接的数据包传送服务。在GPRS业务中，每一次链接都会具体分配一个IP地址，因此用ARP/RARP协议完成IP地址与物理地址的映射（即地址解析），用ICMP协议判断网络是否连通。

数据链路层（link）的任务是把要发出的帧送到线路中去，把要接收的帧从线路中取出来。GPRS业务是采用IP Over PPP实现数据终端的接入。这部分功能由单片机控制MC35模块，采用PPP协议实现。

数据打包处理程序处理数据时，每一层都把自己的信息添加到一个数据头中，而这个数据头又被下一层的协议包装到数据体之中。数据解包处理程序接收到GPRS数据时，把相应的数据头剥离，并把数据包的其余部分当作数据体对待。

在应用要求高的场合，通常需要支持完事的TCP/IP协议族，而在嵌入式系统中也是可以做到的；但是，考虑到成本和具体的应用场合，没有必要包括所有的TCP/IP协议族。可以看到，采用TCP/IP协议需要对它进行合理的裁剪，以满足小ROM系统的情况。

系统在利用MC35模块的GPRS业务浏览HTTP等功能之前，必须先激活GPRS网的PDP连接。单片机通过正确的AT指令和GPRS命令集对MC35模块进行初始化和数据的接收发送，其工作流程如图3所示。

单片机上电复位后，首先对MAX232进行初始化，完成与外接模块协商处理，如波特率、是否有奇偶校验等。接着，通过串口1对MC35模块进行初始化，检查诸如SIM卡情况、GPRS网络覆盖情况、信号情况等。接下来，进行中断扫描，监控是否有数据到来。有关数据时，如果是外部数据，就启动数据打包处理过程；如果是GPRS数据，就启动数据解包处理过程。如果没有数据，系统则进入节电模式。在数据打包处理过程中，如果检测到系统的信号不好，网络连接不畅通，或者不是GPRS网络覆盖区，将进行数据发送缓存处理，同时将数据放进发送队列等待发送。

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Abstract: We design a wireless message deliver machine working in an intermediate distance with the MSP430 system. The wireless transceiver, nrf905, the LCD and the keyboard are controlled by the MSP430 system with the method of interrupt. In this way, we can achieve many functions like sending and receiving messages from one point to another one, saving the messages, saving and establishing the information of the people we will contact, showing and adjusting the time, the alarm clock function, the switching of the input methods and the E-book function. What’s more, low power consumption is a great characteristic of our design.

关键词: 中距离;无线短信传输;中断;低功耗

Key words: intermediate distance;wireless message deliver;interrupt;low power consumption

中图分类号:TN91 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)13-0177-02

1设计要求

设计一个中距离无线短信传输器,要求具有点对点短信的发送与接收、存储信息、存储与新建联系人等功能;并且为了方便使用,还要像一般手机那样具有时间的显示与调整、闹钟、输入法的切换、电子书等功能。为了能够达到节能的效果,要求设计尽量低功耗。

2设计思想及方案论证

为了要达到项目所提出的要求,我们采用如下的设计:

2.1 为了达到低功耗,本设计全部采用中断,当有任务请求时,执行相关任务,而其它空闲时间,则工作在低功耗模式。采用MSP430系统则能够很好地达到此要求。

MSP430 系统是一种超低功耗微控制器系统,能够实现最大化的代码效率,唤醒时间(低功率模式唤醒到运行模式所用时间)小于6us 。MSP430系统具有一种活动模式和五种软件可选的低功耗运行模式。一个中断事件可以将芯片从五种低功耗模式中的任何一种唤醒,为请求服务并在从中断程序返回时恢复低功耗模式。

因此,本设计选用MSP430 系统作为核心控制芯片。

2.2 无线收发器的选择本设计中的短信传输器,选择工作在433MHz频段,又结合低功耗的要求,最终选用nrf905单片无线收发器。nrf905单片无线收发器可工作在433/868/95MHz的ISM频段,其工作模式的特点是可以自动产生前导码和CRC,可以很容易通过SPI接口进行编程配置。另外其电流消耗很低,进入POWERDOWN模式可以很容易实现节电。

2.3 显示方面由于短信中含有汉字、字符、数字等,所以选用内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形,能够显示汉字、字符、时间等的12864作为液晶显示模块。利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令,可构成全中文人机交互界面。另外低电压、低功耗也是12864液晶显示模块的一个显著特点,能够进一步起到节能的效果。

2.4 时钟芯片的选用本设计中的时钟及闹钟功能都要用到计时,若采用核心系统设置定时器计时,一方面需要采用计数器,占用硬件资源;另一方面又需要设置查询、中断等,同样耗费系统的资源。如果在系统中采用专门的时钟芯片,则能很好地解决这个问题。经查阅可知:DS1302芯片,每月的天数和闰年的天数可自动调整,与控制器之间能简单地采用同步串行的方式进行通信,仅需用到三个口线:复位、数据线、串行时钟。另外,DS1302 工作时功耗很低,保持数据和时钟信息时功率小于1mW。

所以我们最终选用DS1302作为计时芯片。

2.5 SD卡存储由于MSP430系统自带的flash容量较小,而设计中需要用到存储的地方较多,所需存储容量也较大,所以我们采用SD卡来扩展系统的存储容量。TF卡具有:能够移动,可扩展性强,能够支持文件系统、便于与PC数据传输等优点,所以最终选用TF卡作为外部存储卡来扩展系统的存储容量。

3硬件设计

根据以上论证,我们以MSP430系统为核心,采用中断控制nrf905单片无线收发器、液晶显示模块、时钟芯片DS1302以及输入设备键盘、用来扩展存储的SD卡和提供声音信号的蜂鸣器。

系统原理框图如图1所示:

4软件设计

4.1 设计程序流程

设计程序的流程图如图2所示:

即系统初始化后进入MSP430系统低功耗模式,当有中断请求时,中断请求会将MSP430系统从低功耗模式中唤醒,根据中断请求响应相应的中断操作,而若没有中断请求则保持在低功耗模式。

4.2 核心技术为了实现各项功能的要求,我们的系统在软件设计方面花费了较大的精力,现将一些核心技术作如下简介:

4.2.1 低功耗为了尽可能实现低功耗,所有模块均采用中断方式,即没有中断时,MSP430系统处于低功耗模式3下,此时430的所有端口均关闭,相应的晶振端口也关闭;另外由于主界面是计时显示时间的,需要不断刷新,所以此处为了更好地实现低功耗,我们采用时钟中断的方式(即每一秒钟产生一个中断来执行时间的刷新功能);为了进一步实现低功耗,我们又作了相应的设置:当系统处在主界面并且连续60秒没有任何操作时,设置显示屏自动关闭,此时键盘和nRF905中断均可以将其唤醒。

4.2.2 点对点信息的发送由于所使用的nRF905单片无线收发器一次只能传送32个字节,为了传输信息容量的最大化,我们采用分时传送的方式来实现信息与号码的发送。

4.2.3 输入法的切换(中文的输入与显示)在设计系统时,我们预先将中文字库存储在MSP430系统自带的flash中,这样在中文输入时,采用直接寻址的方式对中文字库进行调用。

由于12864显示中文时必须双字节显示,所以我们在显示中文的程序中添加了相应的判断语句:若已显示字节数为偶数,则直接显示该中文字;若已显示字节数为奇数,则先显示一个空格,再显示该中文字。

4.2.4 独立标识号我们所设计的每个终端系统均具有独立的标识号,由于nRF905的地址验证码是4个字节,所以有232(约43亿)个独立标识号。另外为了方便用户使用,我们将十六进制的标识号转化为相应是十进制数显示。

4.2.5 SD卡的存储SD卡是系统中的外部存储设备,我们的设计程序中,所有有关存储的操作(例如:联系人的新建、联系人的查看、收件箱、发件箱、草稿箱、电子书等)均预先对SD卡进行检测,如果SD卡存在,则进行相关操作;如果SD卡不存在则给出提示并退出当前操作界面。

4.2.6 脱离SD卡时信息的发送与存储系统设置成将SD卡拔出时,仍能够进行信息的发送与接收,但由于MSP430自带的flash太小,此中状态下发送与接收的信息部进行存储。

4.2.7 文件系统我们设计的程序在系统开机时自动对SD卡进行检测,如果SD卡不存在,则给出提示;如果SD卡存在,则检测其是否具有系统文件(即联系人文件、收件箱文件、发件箱文件、草稿箱文件等),如果没有,则自动生成系统文件,此后,所有的存储操作均建立在该系统文件上。

5系统界面结构框图及功能

5.1 系统界面结构图

由于设计的系统功能较多,我们采用多级菜单的形式,根据键盘按键的选择转至相应的界面,系统界面结构图如图3所示:

5.2 项目功能①能够实现点对点信息的发送与接收,最大程度地缩短接收信息处理时间,同时还实现分时传送,即完成信息内容和发送者地址的分时接收;②信息的大容量存储(信息接收、发送及新建的实时存储);③联系人的存储与新建:最多可以新建21个联系人,可实时删除选中联系人并刷新所显示的联系人;④时间的调整与显示;⑤闹钟功能;⑥输入法的切换:能够实现中文、英文字母(大、小写)和数字之间输入法的切换;⑦电子书功能(重新打开电子书时,能够自动记忆上次的浏览);⑧文件系统:所有存储的信息和电子书均是以文件的形式保存在记忆卡中的,可以在windows下直接进行读取或修改;⑨每个终端系统均具有独立的标识号,最多可支持约43亿个独立标识号。

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关键词：无线传感器网络；数据隐私；保护技术

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.03.119

无线传感器网络是现代社会上应用十分广泛的一种现代化信息技术，在社会上很多领域内均有着十分广泛的应用，对当前社会进一步发展具有很多推动作用。然而，在无线传感器网络实际应用过程中，会有数据隐私安全隐患存在，影响数据安全性及该技术应用效果。所以，在无线传感器网络实际应用过程中，十分重要的一项任务就是对数据隐私加强保护，而为能够使这一目标实现，必须要了解并掌握相关数据隐私保护技术。

1 无线传感器网络应用中相关数据隐私安全隐患分析

首先，在采集数据过重存在隐私安全隐患。在无线传感器网络实际应用过程中，对于每个相关节点而言，其所对应环境均表现出开放性特点，因而很容易被高仿节点病毒攻击。通常情况下，攻击人员都是仿造传感器节点，从而在整个网络中传播病毒，导致网络数据真实性在很大程度上降低，情况较严重者还会造成网络出现瘫痪，最终所造成结果就是所获得数据可信度比较低。另外，攻击者会在WSN中隐藏一些非法节点，从而可获取一些其它节点数据，进而可将网络数据隐私窃取。

其次，在传输数据过程中存在隐私安全隐患。对于无线传感器中节点而言，在实际传输数据过程中，有些数据的敏感性相对而言比较高，这些数据受到攻击风险相对而言也比较高，常见攻击类型主要包括窃听以及流量分析等方面。对于网络中所存在数据隐私而言，窃听攻击方式比较明显，若在通信流量中包含传感器网络所配置相关控制信息，相比于特定服务器而言，其所窃听信息的全面性以及详细性也就更强。而对于流量分析攻击方式而言，也需要对窃听方法进行运用，通过进行分析及识别，可获取特殊数据节点中相关数据，从而达到数据隐私窃取目的。

第三，在查询以及融合数据中存在隐私安全隐患。对于双层无线传感器网络而言，其所包含的一些高资源节点同样可能会受到攻击及获取，这样一来，获取者便能蚨酝络中相关数据进行查询，最终泄露隐私。在数据融合过程中，往往会将数据中国比较冗杂的一些内容去除，通过对数据进行筛选，然后向终端传送，这种方式虽然能够使服务器压力降低，使网路寿命延长，然而在该过程中这些聚集融合信息节点可能会被俘获，导致泄露隐私数据[1-2]。

2 无线传感器网络数据隐私相关保护技术

2.1 数据融合隐私保护技术分析

对于数据融合信息保护技术而言，其另外一种叫法就是CDA算法。对于该算法而言，其主要作用就是能够使中间节点有效融合相关数据，这样一来可使数据传输过程中所应用节点得以有效减少，从而可使数据传输风险得以较大程度降低。该方法主要是利用同态化加密方式，从而使网路数据各个端加密得以实现，即中间节点不需要对数据进行解密，便可对已加密相关数据实行聚合，可有效防治中间节点在解密数据过程中出现数据隐私泄露情况。然而，该方法也有一定局限性存在，具体表现就是基站节点仅仅能得到最终融合结果，对于原始数据无法实行细致推算，因此需要不断升级及研发保密技术，从而使其局限性得以弥补。

2.2 应用分片技术保护

对于该技术而言，其所指的就是对原始数据实行分片，在此基础上可加密路由至目的节点。在实际运用过程中，该技术主要包括三个方面内容，即分片、混合以及聚合。其中，分节就是源节点可先选择无线传感器网络中的几个节点，并且要使节点集得以形成，然后对自身隐私信息数据进行划分，使其成为几个小数据，在此基础上，对于分片加密之后数据而言，要将其向节点集发送。混合就是在某个节点将分片数据信息接收之后，通过解密共享秘钥内相关数据，之后使源节点来源不同的数据实现相加，从而使混合任务能够得以实现。最后就是将所有节点相关数据相加，最终实现数据聚合。在数据聚合过程中，通常情况下只能将中间节点中相关分片数据获取，而无法获取所有原始数据，这样一来便能够对数据隐私进行较好保护。

2.3 盲目签名保护法

该方法所指的就是通过对盲目签名技术进行应用，从而较好加密保护无线传感器网络中相关数据，该技术主要是在具备数据访问功能网络节点中进行有效运用，通过使数据安全等级以及访问权限得以提升，从而可添加独特令牌，在用户使用过程中必须要对其安全性实行系统验证，在验证通过之后才能够对数据实行访问，从而可在很大程度上防止数据被盗窃。另外，可对DP2AC算法进行运用，从而可对访问数据进行隐私控制，从而可较好防治数据被窃取，可使数据隐私安全性得以很大程度提升[2-3]。

3 结语

在无线传感器网络实际应用过程中，对数据隐私进行保护属于十分重要的内容，可在很大程度上提升数据安全性，可使传感器网络得以更好应用。因此，在实际应用过程中，应当对所存在数据隐私安全隐患进行充分分析，在此技术上选择科学有效保护技术对数据隐私实行保护，以增强数据安全性。

参考文献：

[1]范永健，陈红，张晓莹.无线传感器网络数据隐私保护技术[J]. 计算机学报，2012（06）.