基于A(yíng)RM的無(wú)線(xiàn)數據傳輸系統設計

摘要：介紹一種基于ARM微控制器來(lái)實(shí)現無(wú)線(xiàn)分布式的數據傳輸系統。網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)硬件主要使用NXP公司的LPC1766作為微控制器、Nordic公司的nRF905作為射頻芯片。軟件以C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言編制，采用多層次結構設計。由于nRF905芯片的各種優(yōu)越性，該系統具有較強的抗干擾能力，具有較高的實(shí)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：LPC1766；Codex-M3；無(wú)線(xiàn)數據傳輸；nRF905

隨著(zhù)21世紀社會(huì )經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人們對能夠隨時(shí)隨地提供信息服務(wù)的移動(dòng)計算與寬帶無(wú)線(xiàn)通信的需求越來(lái)越迫切。在工業(yè)生產(chǎn)中，常常需要采集大量的現場(chǎng)數據，如溫度、重量、氣壓等，并將這些數據傳輸到主機進(jìn)行處理，由主機根據處理的結果，將控制信號傳輸給現場(chǎng)執行模塊進(jìn)行各種操作?？梢钥闯鰯祿还苁菑牟杉O備到處理終端，還是從監測控制指令從處理終端到采集設備，均需經(jīng)過(guò)傳輸過(guò)程這一重要環(huán)節。但當有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )不通暢或由于現場(chǎng)環(huán)境因素的限制不便架設線(xiàn)路的情況下，使用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)進(jìn)行數據采集、傳輸顯得更加實(shí)用、高效、快捷。

1 無(wú)線(xiàn)數據傳輸系統工作原理
如圖1所示，整個(gè)系統首先用傳感器將現場(chǎng)信號轉換為電信號，經(jīng)過(guò)模／數轉換器ADC采樣、量化、編碼后轉換成數字信號，送到微控制器進(jìn)行初步處理，然后利用nRF905無(wú)線(xiàn)數據傳輸芯片通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式將有效數據發(fā)送給接收端，接收端在接收到有效數據后通過(guò)串行口將數據送到輸出設備并且對有效數據的進(jìn)一步的處理。

1．1 ARM微控制器LPC1766
LPC1766芯片使用高性能的ARM CortexTM-M3 32位的RISC內核，工作頻率為100 MHz。它內置高速存儲器(高達512 k字節的閃存和64 k字節的SRAM)，豐富的增強I／O端口和聯(lián)接到兩條APB總線(xiàn)的外設。該板包含8通道12位的ADC和10位的DAC、4個(gè)通用16位定時(shí)器、電機控制PWM接口以及多個(gè)標準和先進(jìn)的通信接口：多達3個(gè)I2C、SPI、2個(gè)I2S、1個(gè)SDIO、4個(gè)USART、一個(gè)USB Host／Device／OTG接口和兩個(gè)CAN、Ethern et MIC接口、Quadrature Encoderinterface。LPC1766芯片工作于-40～+105℃的溫度范圍，供電電壓為2．0～3．6 V。它的一系列省電模式突顯出了它的低功耗的特點(diǎn)。豐富的外設配置，使得LPC1700微控制器適合于多種應用領(lǐng)域：電機驅動(dòng)和應用、控制醫療和手持設備汽車(chē)電子等領(lǐng)域。
1．2 nRF905無(wú)線(xiàn)數據傳輸模塊
nRF905是Nordic VLSI公司推出的單片射頻收發(fā)器，工作電壓為1．9～3．6 V，工作于433 MHz、868 MHz、915 MHz 3個(gè)ISM頻段，頻道轉換時(shí)間小于650μs，最大數據速率為100 kbit／s。nRF905可以自動(dòng)完成處理字頭和CRC(循環(huán)冗余碼校驗)的工作，可由片內硬件自動(dòng)完成曼徹斯特編碼／解碼，使用SPI接口與微控制器通信，配置非常方便，其功耗非常低。nRF905工作模式主要包括活動(dòng)模式和節電模式。在活動(dòng)模式下，數據能低速從處理器進(jìn)入，然后高速發(fā)射出去；同時(shí)，發(fā)送數據時(shí)可以自動(dòng)生成數據幀頭并計算CRC校驗和。接收數據時(shí)具有載波檢測功能，并對接收的代碼進(jìn)行地址檢測，并計算CRC以保證數據的準確性。

2 無(wú)線(xiàn)數據傳輸系統硬件設計
無(wú)線(xiàn)數據傳輸系統硬件以L(fǎng)PC1766微控制器及其外圍部件為基礎，通過(guò)串口收發(fā)數據并控制無(wú)線(xiàn)傳輸模塊，最終達到系統要求。
2．1 微控制器模塊的設計
本設計中采用AMR微控制芯片LPC1766，其有100個(gè)引腳，70多個(gè)輸入輸出端口，其他端口用來(lái)與電源、地及電阻等相連；還有看門(mén)狗時(shí)鐘、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、10位8信道的數模轉換等。其中LPC1766與nRF905通過(guò)SIP協(xié)議進(jìn)行通訊。
2．2 無(wú)線(xiàn)傳輸模塊的設計
無(wú)線(xiàn)數據傳輸主要利用單片機LPC1766對無(wú)線(xiàn)射頻芯片nRF905的控制實(shí)現的。發(fā)送過(guò)程如下：首先LPC1766通過(guò)SPI接口對nRF905的各種配置寄存器(如通訊頻率、本機地址、目標地址、數據長(cháng)度等)進(jìn)行設置，并將要發(fā)送的數據放入發(fā)送存儲區中；然后LPC1766將TRX_CE和TX_EN置高，使nRF905開(kāi)始傳輸，nRF905啟動(dòng)射頻部分電路，完成數據打包，用GFSK的方式以100 kbps的速率將數據傳出；如果AUTO_RETRAN被設置為高，nRF905重復發(fā)送數據直到’FRX—CE被設置為低；傳輸完成時(shí)，如果TRX_CE被置為低，nRF905自動(dòng)進(jìn)入待機狀態(tài)。