基于nRF401的无线通讯系统电路模块设计

只看该作者 · 2019-5-31 10:54

基于nRF401的无线通讯系统电路模块设计

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。

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。

nRF401 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。