【摘 要】該短距離無線收發(fā)系統(tǒng)采用Nordic公司的nRF2401無線收發(fā)芯片和ATMEL公司的單片機AT89C51RB2，以實現數據點對點的無線傳輸功能。該無線收發(fā)模塊主要由nRF2401芯片和一些外圍元件組成，文中對采用的芯片的結構和原理做了詳細的介紹，對于硬件系統(tǒng)中各組成部分特點，本文也分別做了分析和研究，對nRF2401的配置、CRC碼的原理，包括AT89C51RB2和nRF2401之間的SPI接口也都做出具體的描述。系統(tǒng)的程序設計得到很好的完成。并在nRF2401無線收發(fā)芯片的基礎上進行了擴展，提出了增加發(fā)射功率的方案，加大了無線通信的距離。

【關鍵詞】短距離 無線通信 收發(fā)模塊 單片機

一、引言

短距離無線通信技術是指可在最遠100米范圍內傳輸數據的解決方案。本文研究的無線數據傳輸系統(tǒng)是短距離無線通信技術在工業(yè)數據監(jiān)控中的具體應用，要實現的是點對點數據傳輸功能。選取了Nordic的nRF2401無線收發(fā)模塊，該模塊由于較低的價格、簡單的開發(fā)，在低成本應用場合顯示了獨特的優(yōu)勢。nRF240無線收發(fā)模塊可利用AT89C51RB2對其進行控制。

二、nRF2401芯片的介紹

nRF2401具有全球無線市場通信功能，一般工作頻率是2.4GHz，支持多點間通信，它的傳輸速率可以到達1Mbit/s。它采用SOC工藝，只需少量外圍元件便可組成射頻收發(fā)電路，因此它具有體積小、功耗低、外圍元件簡單，成本低的優(yōu)點。是業(yè)界口碑很好的射頻系統(tǒng)級芯片。

nRF2401工作狀態(tài)是144位，具有四種工作模式分別是：空閑模式、關機模式、收發(fā)模式和配置模式。在收發(fā)模式下系統(tǒng)的程序簡單且系統(tǒng)穩(wěn)定性較高，所以nRF2401一般工作于Shock Burst TM收發(fā)模式。下面就把nRF2401的Shock Burst TM收發(fā)模式的配置方法介紹給大家。

三、系統(tǒng)硬件電路的設計

無線收發(fā)電路主要由無線射頻芯片nRF2401和單片機AT89C51RB2組成，系統(tǒng)方框圖如圖1所示。

系統(tǒng)的射頻電路主要由兩部分組成：無線收發(fā)模塊nRF2401、一些外圍元件。在完成nRF2401的參考電路的分析后，為實現2.4GHz的無線收發(fā)功能，我們采用的電路如圖2所示。

圖中nRF2401使用的電源是Nordic公司生產的，C6、C7是兩個沒有耦合功能的電容。天線部分是參考鞭型天線設計的，因此規(guī)模大。眾所周知倒F天線具有抗磨損，結構緊密，帶寬適中，功率吸收小等優(yōu)點，因此成為了現在無線通信領域的寵兒。所以我們也采用倒F天線設計工藝 ，配合Cl=12pF，ESR<40Ω的晶振并且由L1、L2、L3、L4、C8、C9、C18、C19、C21以及C22構成匹配網絡。

（二）單片機控制部分的設計

（三）接口電路的設計

使用SPI接口來實現AT89C51RB2和nRF2401的連接，主要是考慮到速率的因數。接口電路如圖4所示。

當系統(tǒng)接通電源后，將AT89C51RB2調為配置模式，在此D1、D2和D3指示燈全亮的情況下，再對nRF2401進行狀態(tài)字配置。接著將nRF2401調為激活模式，此時為接收狀態(tài)，會看見指示燈D1、D2和D3全變暗。將AT89C51RB2的使能端CE置為1時可以進行數據發(fā)送，此時nRF2401的數據處理模板處于激活狀態(tài)。并將接收方的硬件地址以及需要發(fā)送數據自動生成數據包以模擬信號寫入nRF2401，緊接著將AT89C51RB2的使能端CE置為0，此時nRF2401的無線發(fā)送功能被激活，在這期間Dl一直處于亮的狀態(tài)，當數據包發(fā)送完畢后應該立即調為接收狀態(tài)，此時指示燈D1變暗。當相應的nRF2401接受到數據幀，會將數據包進行解包，再將讀信號調為1，請求AT89C51RB2讀取數據。當AT89C51RB2識別出讀信號為高電平時，指示燈D2變亮，被接收的數據會被nRF2401讀取出來。當數據讀完時，指示燈D2，D3變暗。

四、無線收發(fā)系統(tǒng)的改進設計

nRF2401的輸出功率值是0dBm，雖然這個數值已經滿足了一般的短距離無線通信的要求，但不是所有的通信距離都在短距離內，有時候需要實現較遠距離的通信，這種時候，應該優(yōu)先選擇合適環(huán)境的天線。

五、結論

由于技術的快速發(fā)展，已經有多種技術可滿足短距離無線通信的選擇。在實際應用當中需要考慮無線傳輸系統(tǒng)的工作頻率、傳輸距離、功耗以及抗干擾能力等方面，由此本論文選擇基于嵌入式射頻收發(fā)一體芯片的無線數據傳輸技術。本文主要對此方案硬件設計做出了詳細的分析和陳述包括無線收發(fā)芯片nRF2401和單片機AT89C51RB2，為該系統(tǒng)的軟件設計提供了一個良好的設計平臺。

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