基于nRF401的通用智能無線收發裝置的設計

　　目前,在各種儀器儀表數據采集系統,遙控測控系統中都需要嵌入無線數據傳輸的裝置,本文介紹了一種通過單片機w77e58對無線收發芯片nRF401進行智能控制的通用無線收發裝置的設計方法,硬件電路的設計分為兩部分：無線射頻模塊的設計和控制模塊的設計。該裝置可以通過跳線的裝置選擇串口為rs232標準或ttl電平標準,通過w77e58控制可以實現雙信道的切換,并可實現數據流控。

　　1 無線射頻模塊的設計

　　在本設計中,無線射頻模塊采用挪威nordic公司推出的nrf401無線收發芯片。該芯片使用433mhz ism頻段,是真正的單片uhf無線收發一體芯片,他在一個20腳的芯片中包括了高頻發射、高頻接收、pll合成、fsk調制、fsk解調、多頻道切換等,是目前集成度最高的無線數傳產品[1]。無線射頻模塊采用在板差分環形天線,天線端口的負載阻抗為380ω,其電路原理見圖1,圖中列出了各外圍元件的參數,其中j1口為無線射頻模塊與控制模塊的接口。

　　在無線通信的過程中,由于外部環境的干擾,通常誤碼率比較高,即使發射方不發送數據,接收方仍會經常接收到由于外部干擾而產生的亂數據,為了在接收的過程中區分接收到的數據是否為有效數據,必須有一定的通信協議：

　　（1）兩個串口的數據發送均采用查詢方式,數據接收均使用中斷方式;

　　（2）數據幀包括幀首和數據兩部分,幀首使用雙字節0x55aa,數據部分為1b,即每幀占用3b,幀首和數據部分均采用十六進制ascii碼傳送,確保協議的透明性;

　　（3）接收方如果接收到0x55 0xaa字節,則說明接收到有效的數據幀,否則將該幀丟棄。

　　如果硬件電路設計合理,元器件的選擇恰當,再加上以上簡單的通信協議,則可將誤碼率控制在0.2％以下。

　　單片機上電后,首先對系統和串口進行初始化,然后單片機進入待機模式,直到兩個串口中的一個發生中斷硬轉為工作模式,處理中斷程序。主要的程序代碼如下：

　　3 硬件電路的測試

　　本設計中將控制模塊和無線射頻模式分開設計,控制模塊通過一單排7腳的接口控制射頻模塊,測試的步驟如下：

　　（1）將控制模塊和無線射頻模塊焊好,檢查確認無虛焊、粘焊;

　　（2）先對控制模塊上電進行測試,主要是測試控制模塊的串口0和串口1能否相互收發數據,測試方法是通過板上跳線將串口0設置為rs232標準,由于板上的串口1只有ttl電平標準,必須外加電平轉換電路將其轉換為rs232標準,然后將兩個串口分別接到計算機的兩個串口上,將以上的程序寫到 w77e58上,然后用串口測試軟件測試,如果串口0,1能相互收發數據,便可開始對無線射頻模塊進行測試;

　　（3）將無線射頻模塊的j1口與控制模塊的j6口焊接起來,上電進行測試,按照以上的程序,上電時處于接收狀態,可對txen,pwup,cs等管腳進行測試,看是否與程序吻合;

　　（4）確認射頻模塊上電處于接收狀態后,可測試nRF401地第4管腳是否為1.1v左右,如果是,則說明vco電感設計合理,否則要重新設計 pcb板,此外,nrf401在沒有數據接收時,仍會自動從dout發送隨機數據,使用萬用表進行測試時該引腳電壓應為2.5v左右[4]。如有示波器可做更詳細的測試。

　　4 結語

　　由無線收發芯片nrf401、單片機w77e58、接口芯片max323等組成了一個智能控制無線收發裝置,該裝置具有通用性,可嵌入到各種儀器儀表數據采集系統、遙控遙測系統中,實現無線數據的雙向傳輸。