nRF905模塊和SPI接口的點對點無線通信系統

引 言
在某些環境監測、安防警報等環境下，不便進行有線線路的鋪設，而采用無線數據通信方式。采用一般的無線傳輸方式時可能因為環境噪聲大，干擾信號強而導致接收數據的準確性很低。針對這種情況，設計一種低成本、高準確率的無線數據傳輸系統――基于PICl6F876(簡稱為“16F876”)的SPI和nRF905模塊的點對點無線通信系統。利用16F876和nRF90S模塊直接進行SPI數據交換，時序同步性好，程序編寫簡單。16F876通過相應的I／O口連接到編程器，可直接進行在線調試。鑒于無線通信環境中噪聲大，信號干擾大的特點，采用的nRF905模塊引入自動重發，高抗干擾GFSK調制和最高16位CRC校驗機制，確保了數據傳輸的可靠性。

1 硬件電路規劃
16P876、nRF905模塊及編程器連接頭J1之間的電路連接，220V-5V電路實現，5V-3V電壓轉換電路如圖1、圖2、圖3所示。

在圖l中，單片機16F876輸入/輸出口與nRF905模塊相應接口連接情況：RC7～nRF905模塊時鐘分頻輸出，RC6～nRF905模塊地址匹配輸出AM，RC5～MISO，RC4～MOSI，RC3～SCK，RC2～CSN，RB7＆RB6＆RB3～J1編程器連接線，RB5～nRF905模塊數據就緒輸出DR，RB2～PWR，RBl～TXEN，RB0～TRX_CE。單片機通過RB7、RB6和RB3與編程器相連，可進行在線編程；由RC5輸出數據到nRF905模塊，由RC4從nRF905模塊輸入數據。由一個4 MHz陶瓷晶體振蕩器為單片機提供時鐘輸入。16F876的工作電壓是4．5～5．5V，通過圖2中的DBA元件實現從220V市電到5V電壓的轉換。由于nRF905模塊的工作電壓是1．9～3．6V，需從5V電壓轉換得到一個符合nRF905模塊正常工作的穩定電壓。考慮使用分壓電阻與3V穩壓管串聯分壓，從穩壓管兩端可得到一個穩定的3V電壓輸出，如圖3所示。

2 軟件設計
考慮到nRF905模塊內置完整的通信協議和CRC，軟件設計工作主要集中在如何實現對nRF905模塊的有效初始配置，以及16F876與nRF905模塊之間SPI通信的實現。其中須保證16F876與nRF905模塊時序的一致，并充分考慮nRF905模塊對時序的要求。SPI時序如圖4所示。

對應程序設計：

nRF905模塊存在4種工作模式：掉電和SPI編程模式、待機和SPI編程模式、發射模式、接收模式。

通過對16F876相應輸出口高低電平的轉換，可控制nRF905模塊工作模式的變化。將單片機的SPI接口與nRF905模塊的相應SPI口互連，實現16F876與nRF905模塊之間的數據傳遞或實現16F876向nRF905模塊發出控制命令；在編程模式下，可將預配置的命令或數據送入單片機收發緩沖器SSPBUF中，以16F876作為主控模式，并提供SPI通信必需的SCK時鐘，nRF905模塊作為從動模式，在SCK上升沿，雙方進行數據傳遞，啟動SCK后可將單片機數據逐位移入nRF905模塊中，以完成對其初始配置。

參照nRF905模塊數據手冊進行初始配置：nRF905模塊的發射功率，工作頻段，發送數據寬度，發送數據地址，接收數據寬度，接收數據地址，CRC校驗等。若該nRF905模塊作為發射部分，則將已采集并存儲在單片機中的數據送入nRF905模塊，以備發射。

設計一個SPI通信模塊程序進行循環調用，以簡化程序設計，提高可讀性。

程序流程如圖5所示。

結語
本無線數據傳輸系統已成功應用于無線抄表項目之中，在實際的工作環境運行半年多時問，情況良好。經過現場測試，在空曠地，無須另加功放或外接天線，無線通信的有效半徑約100m。本系統除可應用在無線抄表領域外，還可用于環境監測、門禁系統、無線遙控系統等。
如需全部源代碼，可E-mail致gerentlee@163．com索取。