基于单片机的无线数据传输系统设计

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                    　　1 引 言
　　随着计算机、通信和无线技术的逐步融合，在传统的有线通信的基础上，无线通信技术应运而生，他具有快捷、方便、可移动和安全等优势，所以广泛应用到遥控玩具、汽车电子、环境监测和电气自动化等。
　　在一些特殊应用场合中，单片机与上位机之间通信不再采用有线的数据传输，例如采用有线的串、并行总线、I2C和CAN总线等，而是需要无线数据传输，本文介绍了基于nRF905无线收发模块的实用单片机无线传输系统的设计。
　　2 无线收发模块nRF905
　　nRF905是挪威Nordic VLSI公司推出的单片射频收发器，工作电压为1.9～3.6 V，32引脚QFN封装(5×5 mm)，工作于433／868／915 MHz三个ISM(工业、科学和医学)频道，频道之间的转换时间小于650μs。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，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-10 dBm的输出功率发射时电流只有11 mA，工作于接收模式时的电流为12.5 mA，内建空闲模式与关机模式，易于实现节能。nRF905适用于无线数据通信、无线报警及安全系统、无线*、无线监测、家庭自动化和玩具等诸多领域。
　　3 芯片结构及工作模式
　　nRF905片内集成了电源管理、晶体振荡器、低噪声放大器、频率合成器、功率放大器等模块，曼彻斯特编码／解码由片内硬件完成，无需用户对数据进行曼彻斯特编码，因此使用非常方便。
　　nRF905有两种工作模式和两种节能模式。两种工作模式分别是ShockBurstTM接收模式和ShockBurstTM发送模式，两种节能模式分别是关机模式和空闲模式。nRF905的工作模式由TRX_CE，TX_EN和PWR_UP三个引脚决定，详见表1。






　　nRF905通过SPI接口和微控制器进行数据传送，通过ShockBurstTM收发模式进行无线数据发送，收发可靠，使用方便，在工业控制、消费电子等各个领域都具有广阔的应用前景。
　　6 程序流程
　　系统采用了一种应用最广泛的单片机AT89S52为数据处理部分。具体的读、发程序流程如图2，图3所示。






　　8 系统的参数测量
　　无线通信在自由空间中传播距离的计算方法：所谓自由空间传播系指天线周围为无限大真空时的电波传播，他是理想传播条件。电波在自由空间传播时，其能量既不会被障碍物所吸收，也不会产生反射或散射。
　　通信距离与发射功率、接收灵敏度和工作频率有关：
　　式中Lfs(单位：dB)为传输损耗，d(单位：km)为传输距离，频率f的单位以MHz计算。由上式可见，自由空间中电波传播损耗(亦称衰减)只与工作频率f和传播距离d有关，当f或d增大一倍时，[Lfs]将分别增加6 dB。
　　下面的公式说明在自由空间下电波传播的损耗：
　　Los是传播损耗，单位为dB；d是距离，单位是km；f是工作频率，单位是MHz。
　　本系统的无线收发模块nRF905选择工作在第一频道为433.2 MHz，发射功率为+10 dBm(10 mW)，接收灵敏度为-105 dBm的系统在自由空间的传播距离：
　　(1)由发射功率+10 dBm，接收灵敏度为-105 dBm：
　　Los=115 dB
　　(2)由Los，f计算得出：
　　d=31 km
　　这是理想状况下的传输距离，实际的应用中会低于该值，这是因为无线通信要受到各种外界因素的影响，如大气、阻挡物、多径等造成的损耗，将上述损耗的参考值计入上式中，即可计算出近似通信距离。
　　假定大气、遮挡等造成的损耗为25 dB，可以计算得出通信距离为：
　　d=1.7 km=1 700 m
　　9 影响无线通信距离的主要因素
　　图5是一个无线通信系统的信道模型，在工作频率固定的前提下，影响工作距离的主要因素包括发射功率、发射天线增益、传播损耗、接收天线增益、接收机灵敏度等，通过加大发射功率，提高天线增益，提高接收机灵敏度均起到提高通信距离的作用，在影响无线通信距离的以上几个因素中，作为设计者可以控制的因素有：接收灵敏度、RX一天线增益、发射输出功率。不能控制的因素是由无线电波的特点所决定的，主要有：传输损耗、路径损耗、多径损耗、周围环境的吸收。






　　在设计者可以控制的因素中，接收灵敏度、天线增益、发射功率都是可以作为提高通信距离的手段。
　　无线传输系统具有体积小、抗干扰能力强、数据安全可靠、无需布线、维护方便等优点，将会在各领域中带来广泛的市场。本系统结构简单，但这并没有影响系统的性能和用途。他可应用到遥控、遥测、汽车电子、安全防火、生物信号采集、环境监测和电气自动化等领域。