无线通信系统

发表于 2014-10-26 23:53

随着信息技术的不断发展，人们对通信技术的需求越来越强，摆脱有线网络的束缚实现无线通信始终是大家关心的问题，当今无线通信研究越来越热，应用非常广泛，使人与人之间的通信更加方便快捷，更具有市场发展前景。本文以Nordic公司的nRF905作为通讯的核心，设计了无线通信系统。
　　系统设计
　　无线通信系统，由两个部分组成：发送终端，接收终端。数据的发送和接收显示是借助于串口来实现的，通过PC机串口给发送终端送数据，然后发送终端通过nRF905把数据发送出去；接收终端通过nRF905接收数据，然后把接收到的数据通过串口传给PC机。系统框图如图1所示。

发表于 2014-10-26 23:53

　　无线系统的硬软件设计
　　系统的硬件设计
　　本系统采用的射频收发器为Nordic VLSI公司的nRF905, 工作电压为1.9～3.6V，工作于433/868/915MHz三个ISM频段，频段之间的转换时间小于650us。nRF905由频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器和调制器组成，不需外加声表滤波器。高抗扰GFSK调制，数据速率为50kbps，独特的载波监测输出，地址匹配输出，数据就绪输出。ShockBurstTM工作模式，自动处理字头和CRC(循环冗余码校验)，使用SPI接口与微控制器通信，配置非常方便。此外，其功耗非常低，以-10dBm的输出功率发射时电流只有11mA，工作于接收模式时的电流为12.5mA，内建空闲模式与关机模式，易于实现节能。nRF905的硬件连接电路图如图2所示。

发表于 2014-10-26 23:54

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　采用的微处理器为TI公司的MSP430F149，它是一种超低功耗的混合信号控制器，具有16位RISC结构，CPU中的16个寄存器和常数产生器使MSP430能达到最高的代码效率。单片机通过采用不同的时钟源工作可以使器件满足不同功耗要求，适当选择时钟源，可以让器件的功耗达到最小。外设主要有存储器、时钟模块、定时器、USART和A/D转换器等。此次设计主要用到了MSP430F149两个串口通信模块USART0和USART1，USART0作为UART使用，提供异步通信，通过MAX3232电平转换芯片提供RS-232接口和PC机进行通信，USART1作为SPI使用，提供同步通信，主要是和nRF905之间进行命令和数据通信。把MSP430F149的P2口作为一般引脚使用，与nRF905的其他引脚相连。对MSP430F149提供双晶振系统，低频晶振为32.768K，与微控制的XIN和XOUT相连，为RS-232接口提供频率支持，高频晶振为8M，和微控制器的XT2相连，为系统运行的主时钟。系统的整体设计相对较为简单，不过在此基础上可以实现遥测，无线抄表，工业数据采集，机器人控制等。发送和接收的硬件电路是一样的，系统设计主要硬件电路图如图3所示。

发表于 2014-10-26 23:55

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　　系统的软件设计
　　系统软件设计包括下位机软件设计和PC机软件设计。前者主要是微控制器通过SPI口对nRF905的控制以及微控制器串口通讯的设计，后者包括串口通讯模块、主界面和数据库设计。
　　}RFConfig;
　　RFConfig RxTxConf=
　　{
         　　10,
         　　0x01, 0x0c, 0x44, 0x20, 0x20, 0xcc,
         　　0xcc, 0xcc, 0xcc, 0x58
　　};
　　nRF905提供SPI口的读写指令，当CSN为低时，SPI接口开始等待一条指令，任何一条新指令均由CSN的由高到底的转换开始。下面主要介绍nRF905的发送流程和接收流程。

发表于 2014-10-26 23:55

　发送流程：
　　A．当微控制器有数据要发送时，通过SPI接口，按时序把接收机的地址和要发送的数据送传给nRF905，SPI接口的速率在通信协议和器件配置时确定；
　　B．微控制器置高TRX_CE和TX_EN，激发nRF905的ShockBurstTM发送模式；
　　C．nRF905的ShockBurstTM发送：射频寄存器自动开启；数据打包(加字头和CRC校验码)；发送数据包；当数据发送完成，数据准备好引脚被置高；
　　D．当TRX_CE被置低，nRF905发送过程完成，自动进入空闲模式。
　　ShockBurstTM工作模式保证，一旦发送数据的过程开始，无论TRX_EN和TX_EN引脚是高或低，发送过程都会被处理完。只有在前一个数据包被发送完毕，nRF905才能接受下一个发送数据包。

发表于 2014-10-26 23:55

　　接收流程：
　　A．当TRX_CE为高、TX_EN为低时，nRF905进入ShockBurstTM接收模式；
　　B．650us后，nRF905不断监测，等待接收数据；
　　C．当nRF905检测到同一频段的载波时，载波检测引脚被置高；
　　D．当接收到一个相匹配的地址，地址匹配引脚被置高；
　　E．当一个正确的数据包接收完毕，nRF905自动移去字头、地址和CRC校验位，然后把数据准备好引脚置高
　　F．微控制器把TRX_CE置低，nRF905进入空闲模式；
　　G．微控制器通过SPI口，以一定的速率把数据移到微控制器内；
　　H．当所有的数据接收完毕，nRF905把数据准备好引脚和地址匹配引脚置低；
　　I．nRF905此时可以进入ShockBurstTM接收模式、ShockBurstTM发送模式或关机模式。

发表于 2014-10-26 23:56

　　MSP430F149的串口通讯程序设计，主要是设定传输的速率为4800bps，数据传输为8位数，1个停止位，无奇偶校验。根据相应的发送端和接收端来设定发送模块和接收模块使能，发送中断和接收中断使能。
　　在PC机软件设计中，串口通信模块负责PC机与下位机之间的数据通信。而主界面和数据库设计主要是方便对接收的数据进行管理。
　　实验测试分析
　　在发送和接收时利用示波器和万用表对nRF905的相关引脚进行测量分析如下：
　　发射时nRF905的分析情况如表1所示。

发表于 2014-10-26 23:56

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接收时nRF905的分析情况如表2所示。

发表于 2014-10-26 23:57

　结语
　　本设计实现了基于MSP430F149和nRF905的无线通信。发送端和接收端之间的距离为80米，之间没有任何有线连接，通过发送端发送数据，在接收端能正确接收数据并显示在PC机上。实验表明，该系统实时性好，性能可靠。

无线通信系统

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