基于射頻的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)研究

　0 引 言

　　現代通信技術(shù)的發(fā)展， 數據傳輸是一個(gè)重要的研究內容。目前有線(xiàn)通信技術(shù)始終是市場(chǎng)的主流， 這也是在空間區域不能自由布線(xiàn)的最大瓶頸， 而無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)是該問(wèn)題一個(gè)很好的通信方案。以成品的無(wú)線(xiàn)通信芯片作為通信媒介更能解決基礎硬件搭建調試及后期維護的難度。本文采用同類(lèi)產(chǎn)品中性?xún)r(jià)比較高的芯片NRF24L01 ， 配合簡(jiǎn)單外圍電路和降低芯片， 實(shí)現對其控制， 很好地解決了這一問(wèn)題。

　　本文的控制部件選用AT 89C51 型單片機。由于這種芯片只有SPI 通信接口， 而目前常用的單片機都沒(méi)有這種接口， 因此需要對該芯片的通信時(shí)序進(jìn)行模擬，所以在控制器里編程時(shí)要嚴格按照芯片工作時(shí)序進(jìn)行。

　　1系統硬件組成

　　1. 1NRF24L01 芯片

　　NRF24L01 芯片是具有2. 4 GHz 內嵌基帶通信協(xié)議引擎功能的收發(fā)芯片。通過(guò)SPI 接口對芯片內部寄存器映射操作， 可以使其在空中的傳輸速度最大達到2 Mb/ s。

　　該芯片主要特點(diǎn)包括GFSK 調制技術(shù)： 126RF 頻道滿(mǎn)足多點(diǎn)通信需要： 1~ 2 Mb/ s 空中數據傳輸速率：內置硬件CRC 檢錯和點(diǎn)對點(diǎn)通信地址控制： 發(fā)送方電源可以通過(guò)編程輸出0 dBm， - 6 dBm， - 12 dBm，- 18 dBm： 芯片可以通過(guò)軟件設置地址， 確保通過(guò)地址認證雙方才能通信： 接收方采用集成通道過(guò)濾器， 可編程的增益設置： 主機接口采用4 根SPI 硬件接口線(xiàn)， 最大8 Mb/ s傳輸速率， 3 個(gè)32 字節的T X 與RX 的FIFO寄存器， 5 V 容抗輸入。

　　該芯片引腳功能如圖1 所示， 引腳1 為CE 數字信號輸入， 引腳2 為CSN 數字信號輸入， 引腳3 為SCK數字信號輸入， 引腳4 為MOSI 數字信號輸入， 引腳5為MISO 數字信號輸出， 引腳6 為IRQ 數字信號輸， 引腳7， 15， 18 為VDD 電源， 引腳8， 14， 17 為VSS 電源，引腳9 為XC2 模擬輸出， 引腳10 為XC1 模擬輸入， 引腳11 為VDD_PA 電源輸出， 引腳12 為ANT 1 射頻，引腳13 為A NT2 射頻， 引腳16 為IREF 模擬輸入， 引腳19 為DVDD 電源， 引腳20 為VSS 電源。

　　在硬件搭建時(shí)特別要注意在SPI 接口與51 單片機的P0 引腳相接時(shí)需要接10 kΩ 的上拉電阻， 其余的接口不需要。VCC 引腳接入電壓范圍為1. 9~ 3. 6 V， 不能在這個(gè)區間之外， 超過(guò)3. 6 V 將會(huì )燒毀模塊， 推薦電壓3. 3 V。因為這樣可以直接和NRF24L01 模塊的I/ O口線(xiàn)連接。如果是其他系列的單片機， 其電源是5 V， 單片機I/ O 口輸出電流如果超過(guò)10 mA 時(shí)需要串聯(lián)電阻分壓， 否則容易燒毀模塊。例如AVR 系列單片機電源是5 V， 需串接2 kΩ的電阻。

圖1 NRF2401 芯片引腳功能圖。

　　1. 2NRF24L01 芯片構成的通信模塊電路設計

　　NRF24L01 芯片通信模塊電路核心器件NRF24L01 配合網(wǎng)絡(luò )晶振、解耦電容、偏極電阻一起工作構造穩定射頻通信模塊。該芯片是貼片結構， 模塊占用空間少， 如圖2 所示。

圖2由NRF24L01 芯片構成的通信模塊電路圖。

　　1. 3電源電路

　　電源電路如圖3 所示， B1 是9 V 蓄電池或者鋰電池， 能夠反復充電。C1 ， C2 ， C3 ， C4 都是濾波電容， 起到一次與二次濾波作用。D1 ， D2 是穩壓二極管， 使輸出端的電壓穩定在理想的水平電壓。芯片7805 是三端穩壓集成電路芯片， 具有正電壓輸出。其電路內部還有過(guò)流、過(guò)熱及調整管等保護電路， 最終目的把9 V 電源轉變成穩定5 V 輸出， 為后續設備供電。

　　1. 4系統通信電路設計

　　系統通信電路如圖4 所示。本電路中應用單片機AT89C51作為控制芯片， 對NRF24L01 主通信模塊的接口時(shí)序模擬和對數據的發(fā)送與接收進(jìn)行處理。

圖3電源電路圖。