董秀潔,趙程程

(中原工學(xué)院,鄭州 451191)

基于A T89S52和nRF905的無線遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

董秀潔,趙程程

(中原工學(xué)院,鄭州 451191)

研究了利用nRF905芯片進(jìn)行無線傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)方法,介紹了發(fā)射器和接收器軟硬件結(jié)構(gòu)及微控制器和無線收發(fā)芯片的通訊協(xié)議.設(shè)計(jì)了以nRF905無線收發(fā)模塊和A T89S52單片機(jī)為核心的多路無線遙控系統(tǒng),該系統(tǒng)具有低成本、易擴(kuò)展、操作簡單等優(yōu)點(diǎn),不僅可以在各種復(fù)雜的工業(yè)現(xiàn)場高效而準(zhǔn)確地進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸,也廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程控制、無線數(shù)據(jù)采集等多個(gè)領(lǐng)域.

無線通信;nRF905;單片機(jī);數(shù)據(jù)采集

當(dāng)代科學(xué)技術(shù)日益向高速化、智能化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展,各種各樣的制造業(yè)和通信業(yè)設(shè)備除了可以與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)外,還可以互相聯(lián)機(jī),而實(shí)現(xiàn)設(shè)備間相互聯(lián)機(jī)的最具發(fā)展?jié)摿Φ姆绞骄褪菬o線通信.無線數(shù)據(jù)傳輸區(qū)別于傳統(tǒng)的有線傳輸方式,系統(tǒng)不需要傳輸線纜、成本低廉,配上相應(yīng)的無線通信接口電路,就可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間的無線數(shù)據(jù)傳輸.本設(shè)計(jì)以單片機(jī)A T89S52為核心,采用了挪威Nordic VLSI公司最新推出的單片無線收發(fā)一體芯片nRF905,設(shè)計(jì)出一種多路無線遙控系統(tǒng),特別適用于手持現(xiàn)場設(shè)備、電池供電設(shè)備、遙控遙測設(shè)備、水文氣象監(jiān)控設(shè)備、生物信號(hào)采集系統(tǒng)、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng).

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)包括發(fā)射器和接收器2個(gè)部分.發(fā)射器由鍵盤輸入電路、LED顯示電路、MCU、無線發(fā)射電路和天線等構(gòu)成;接收器由接收天線、無線接收電路、MCU、繼電器驅(qū)動(dòng)、繼電器等構(gòu)成.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示.

本無線傳輸系統(tǒng)的硬件部分主要由主單片機(jī)電路板和 2個(gè)收發(fā)器組成.主單片機(jī)采用 A T89S52.犃犜89犛52具有以下功能:8 k字節(jié) Flash,256字節(jié)RAM,32位I/O口線,看門狗定時(shí)器,2個(gè)數(shù)據(jù)指針,3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,1個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu),全雙工串行口,片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路.

無線數(shù)據(jù)傳輸模塊采用nRF905模塊,430/868/915 M Hz高性能嵌入式無線模塊,多頻道多頻段,1.9～3.6 V低電壓工作,待機(jī)功耗2μA;超小體積,內(nèi)置環(huán)行天線,性能穩(wěn)定且不受外界影響,對(duì)電源不敏感,傳輸距離較遠(yuǎn);最大發(fā)射功率+10 dBm,高抗干擾GFSK調(diào)制,可跳頻,數(shù)據(jù)速率50 kbps,獨(dú)特的載波檢測輸出,地址匹配輸出,數(shù)據(jù)就緒輸出;內(nèi)置完整的通信協(xié)議和CRC,特別適合工業(yè)控制場合[1].

nRF905有2種工作模式和2種節(jié)能模式.2種工作模式分別是ShockBurst TM發(fā)送模式和Shock-Burst RM接收模式,2種節(jié)能模式分別是掉電和SPI編程模式、STANDBY和 SPI編程模式[2].nRF905的工作模式由 TRX_CE、TX_EN、PWR_UP 3個(gè)引腳的設(shè)置來決定,見表1.

表1 nRF905的工作模式

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

MCU采用A T89S52作為主控制器,在整個(gè)系統(tǒng)中需加入一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路,來滿足nRF905模塊的電源要求.除了電源和接地端,其余管腳都可以直接和A T89S52的 I/O口直接相連,用普通單片機(jī) I/O口模擬 SPI接口,只需要添加代碼模擬 SPI時(shí)序即可[3].A T89S52控制nRF905的硬件原理如圖2所示.

圖2 系統(tǒng)原理圖

2.1 控制器設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中,A T89S52外接12M Hz晶振,MCU與nRF905連接的管腳對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所示.

2.2 收發(fā)器設(shè)計(jì)

信號(hào)發(fā)射電路包括鍵盤和CPU、無線發(fā)射、復(fù)位電路等部分,MCU選用A T89S52,nRF905的工作頻率為433 M Hz,復(fù)位芯片選用M AX809,MCU通過SPI總線與nRF905相對(duì)應(yīng)管腳直接連接,由MCU控制nRF905的I/O輸出和nRF905的狀態(tài)反饋,只需添加一些代碼即可實(shí)現(xiàn)SPI時(shí)序,nRF905的其余接線為nRF905的標(biāo)準(zhǔn)連接.

表2 MCU與nRF905管腳對(duì)應(yīng)關(guān)系

接收電路與發(fā)送電路基本相同,在無線遙控接收部分的設(shè)計(jì)中,采用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)8個(gè)繼電器,相應(yīng)分別控制了8個(gè)不同的動(dòng)作.將nRF905設(shè)置為接收模式時(shí),一旦檢測到有信號(hào)的到來,相應(yīng)的繼電器將會(huì)完成其設(shè)定好的動(dòng)作;接收電路的繼電器驅(qū)動(dòng)電路選用ULN2003反相器,該芯片驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng),可直接驅(qū)動(dòng)繼電器.

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 初始化配置

初始化nRF905的射頻配置寄存器.CH_NO配置頻段在433 M Hz,輸出功率為10 db,不重發(fā),節(jié)電為正常模式,地址設(shè)為4字節(jié),接收發(fā)送有效數(shù)據(jù)長度為32字節(jié),采用外部16 M時(shí)鐘晶振.

3.2 發(fā)送數(shù)據(jù)

發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),MCU應(yīng)先把 nRF905置于待機(jī)模式(PWR_UP引腳為高、TRX_CE引腳為低),然后通過SPI總線把發(fā)送地址和待發(fā)送的數(shù)據(jù)都寫入相應(yīng)的寄存器中,之后把nRF905置于發(fā)送模式(PWR_UP、TRX_CE和 TX_EN全置高),數(shù)據(jù)就會(huì)自動(dòng)通過天線發(fā)送出去.若射頻配置寄存器中的自動(dòng)重發(fā)位(AU TO_RETRAN)設(shè)為有效,數(shù)據(jù)包就會(huì)重復(fù)不斷地一直向外發(fā),直到 MCU把 TRX_CE拉低,退出發(fā)送模式為止.整個(gè)發(fā)送過程的流程如圖3所示.

圖3 發(fā)送流程圖

3.3 接收數(shù)據(jù)

接收數(shù)據(jù)時(shí),MCU先在 nRF905的待機(jī)模式中把射頻配置寄存器中的接收地址設(shè)定,然后置其于接收模式(PWR_UP=1,TRX_CE=1,TX_EN=0),nRF905就會(huì)自動(dòng)接收空中的載波.若收到地址匹配和校驗(yàn)正確的有效數(shù)據(jù),DR引腳會(huì)自動(dòng)置高,MCU在檢測到這個(gè)信號(hào)后,可以改其為待機(jī)模式,通過 SPI總線從接收數(shù)據(jù)寄存器中讀出有效數(shù)據(jù).整個(gè)接收過程的流程如圖4所示.

圖4 接收流程圖

4 結(jié) 語

本設(shè)計(jì)以nRF905無線收發(fā)模塊和A T89S52為核心,具有低成本、易擴(kuò)展、操作簡單等優(yōu)點(diǎn),采用以nRF905為內(nèi)核的無線數(shù)傳模塊 PTR8000,PTR8000既可與各種低成本單片機(jī)配合使用,也可以與DSP等高速處理器配合使用.此外,PTR8000模塊運(yùn)行穩(wěn)定,通信可靠,能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離無線通信,及 PC機(jī)與單片機(jī)之間、單片機(jī)與單片機(jī)之間的遠(yuǎn)距離點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的異步串行通信.

[1] 徐建軍.MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用及接口技術(shù)[M].北京:人民郵電出版社,2003:33-37.

[2] 馬祖長,張怡寧.大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)得路由協(xié)議[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2004(11):165-167.

[3] 李虎,林中.遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電視技術(shù),2004(12):82-84.

Design and Im plementation of W ireless Remote Control System Based on AT89S52 and n RF905

DONG Xiu-jie,ZHAO Cheng-cheng

(Zhongyuan University of Technology,Zhengzhou 450007,China)

The paper studies the design and imp lementation of radio transceiver based on nRF905 chip.The softw are and hardw are structure of sender and receiver,the comm unication betw een sender and receiver in the system are discussed in this paper.This system combines nRF905 w ireless transfer-receive module w ith A T89S52,w hich is p rovided w ith very convenient operation,low-cost and easy to extensity.Thus it no t only can efficiently and accurately perform the w ireless transceiver in various comp licated industrial environment,but also can be w idely used in many fields such as long-range control and w ireless data collection.

w ireless-communication;nRF905;microcomputer;data collection

TN92

A DO I:10.3969/j.issn.1671-6906.2010.04.007

1671-6906(2010)04-0027-03

2010-06-11

河南省科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目(072102210078)

董秀潔(1957-),女,山東濰坊人,教授.