基于nRF401 的无线通讯系统及应用

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  1. 引言

  在仪器仪表及测控技术中,无线数据通信以其节省传输线、使用方便等优点被广泛关注。中短距离(小于500 米)的无线通信在自动测试系统、无线抄表、计算机遥测遥控系统、车辆监控系统和小区管理等实际应用中有广泛的市场。在众多的无线收发芯片中,nRF401 以其成本低、可靠性高、外围设计简单广受欢迎,然而由于通信空间的复杂性,无线通讯系统很容易收到误码,即使在发送端不发送数据的情况下,接收端也仍然会接收到大量的干扰数据。在一个中等规模的系统设计中,CPU 要进行多种操作,如外部存储器的访问,传感器数据的处理等,因此无线通讯干扰信息较多时,特别是在中断通讯模式下,频繁的中断将严重影响主程序的运行,另外由于对nRF401 的操作除了控制输入输出外,还需要对nRF401的收发状态、运行模式切换,因此对于一个总线结构的系统(如485 通讯模式),无线通讯部分也作为一个独立ID 模块时,传统的设计处理遇到了困难。因此需要设置一个中间处理环节,既能有效过滤信息又不影响通讯速率。

485 通讯模式

  为解决上述问题,本设计基于nRF401 作为无线收发芯片,使用两片AT89C2051 作为控制芯片,设计出一套无线通讯系统。其中一片AT89C2051(定义为控制芯片A)控制nRF401,AT89C2051 的IO 接口与串口配合控制nRF401 实现异步通讯;另一片AT89C2051(定义为控制芯片B)既能满足总线串口的要求,又能解决控制芯片A 由于频繁串行中断而不能及时响应总线的问题,起到分担任务、隔离干扰、串口扩展的作用。采用两片2051单片机设计方法,与采用一片双串口单片机设计相比,能降低成本、提高芯片利用率、隔离干扰。实践表明该系统结构简单、抗干扰能力强,能很好解决短距离系统之间的无线通信问题。

  2. 系统硬件设计

  系统硬件设计包括无线通讯模块和通讯控制部分。

  2.1 基于nRF401 的无线通讯模块设计

  nRF401是Nordic公司研制的单片UHF无线收发芯片,工作在433MHz ISM频段。在接收模式中,nRF401被配置成传统的外差式接收机,所接收的射频调制的数字信号被低噪声放大器放大,经混频器变换成中频,放大、滤波后进入解调器。解调后变换成数字信号输出(DOUT端)。在发射模式中,数字信号经DIN端输入,经锁相环和压控振荡器处理后进入功率放大器射频输出。在本系统设计中,为了避免干扰,将基于nRF401的无线收发部分做在一块单独的PCB板上,引出通讯控制接口(J1),组成独立的无线收发模块。

 基于nRF401 的无线通讯系统模块电路

  2.2 基于AT89C2051 的控制系统设计

  控制部分包括两片AT89C2051,控制芯片A 负责处理无线收发模块数据信息,并与控制芯片B 通过P1 口以中断1 方式进行数据交流。控制芯片B 负责处理来自串口的信息,并与控制芯片A 进行数据交流。由于两片AT89C2051 以中断方式并行传输模式传输数据,其数据交换时间远小于单片机串口通讯时间,因此不会影响整个系统的半双工通讯时间。为了满足各种要求,串口通过跳线被设计成232 模式、485 模式和UART 模式。

基于AT89C2051 的控制系统设计

  3. 系统软件设计

  3.1 通讯协议

  在无线通信的过程中,由于外部环境的干扰,通常误码率比较高,即使发射方不发送数据,接收方仍会经常接收到由于外部干扰而产生的杂乱数据,为了在接收的过程中区分接收到的数据是否为有效数据,必须有一定的通信协议。在传输数据量不大时,为有效处理信息,本系统设计以下通讯协议:

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基于射频芯片401的高可靠遥控电路设计

RF401是挪威Nordic公司最新推出的数传频段433MHz单片无线收发一体芯片,该芯片集成了高频发射、高频接收、PLL合成、FSK 调制、FSK解调、多频道切换等功能,具有性能优异、功耗低、使用方

基于nRF401 的无线通讯系统及应用

  在仪器仪表及测控技术中,无线数据通信以其节省传输线、使用方便等优点被广泛关注。中短距离(小于500 米)的无线通信在自动测试系统、无线抄表、计算机遥测遥控系统、车辆监控系统和小区管理等实际应用中有广泛的市场。在众多的无线收发芯片中,nRF401 以其成本低、可靠性高、外围设计简单广受欢迎,然而由于通信空间的复杂性,无线通讯系统很容易收到误码,即使在发送端不发送数据的情况下,接收端也仍然会接收到大量的干扰数据。在一个中等规模的系统设计中,CPU 要进行多种操作,如外部存储器的访问,传感器数据的处理等,因