基于MCU和nRF905的低功耗遠距離無(wú)線(xiàn)傳輸系統

目前，在遙控遙測、無(wú)線(xiàn)抄表、門(mén)禁系統、小區傳呼、工業(yè)數據采集、無(wú)線(xiàn)遙控系統、無(wú)線(xiàn)鼠標鍵盤(pán)等許多應用領(lǐng)域，都采用無(wú)線(xiàn)方式進(jìn)行遠距離數據傳輸。本文介紹一種采用通用的低功耗單片機MSP430作為主控芯片、具有多信道的單片收發(fā)芯片nRF905作為無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊、利用SPI口實(shí)現雙向通訊的無(wú)線(xiàn)數據傳輸系統。系統集成了MSP430在低功耗應用方面的優(yōu)勢和nRF905無(wú)線(xiàn)特有的多頻道支持及功耗低、易控制等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于低功耗、小數據量的無(wú)線(xiàn)數據傳輸系統。

1 系統的總體結構

系統總體框圖如圖1所示。主控MCU使用TI公司MSP430系列中的 F1491型，射頻收發(fā)模塊使用Nordic公司的nRF905實(shí)現無(wú)線(xiàn)數據收發(fā)。除MSP430和nRF905外，系統還提供RS-232接口，可以實(shí)現與PC機的通訊，RS-485接口滿(mǎn)足一些通用儀器儀表的要求。根據不同的應用需求，可選擇采用PCB天線(xiàn)或高增益的外置式天線(xiàn)以滿(mǎn)足遠距離的需求。

2 系統主要芯片介紹

MSP430是TI公司推出的16位系列單片機，在電池供電的低功耗應用中具有獨特的優(yōu)勢。其工作電壓在1.8～3.6V之間，正常工作時(shí)功耗可控制在 200μA左右，低功耗模式時(shí)可實(shí)現2μA甚至0.1μA的低功耗。本系統所采用的MSP4301491系列在單個(gè)芯片上集成8通道12位的A/D轉換、 2個(gè)16位定時(shí)器、2個(gè)USART接口、16位看門(mén)狗、48個(gè)GPIO 端口及2 048KB RAM和60KB的flash，單片即可滿(mǎn)足大多數應用需要。其高效率精簡(jiǎn)16 位指令結構可以確保任何任務(wù)的快速執行，大多數指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內完成；它還具有高級語(yǔ)言編程能力，使軟件開(kāi)發(fā)更為便利[1]。

射頻部分使用Nordic公司的多通道單片收發(fā)芯片nRF905[2]。它采用GFSK 調制解調技術(shù)，工作電壓為1.9～3.6V，工作于433/868/915MHz 3個(gè)ISM頻道。nRF905由頻率合成器、接收解調器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器組成，具有低功耗的Shock Burst工作模式，可以自動(dòng)完成前導碼和CRC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MCU通信，配置非常方便。作為射頻發(fā)射芯片，其低功耗性能是極為突出。以-10dBm的輸出功率發(fā)射時(shí)，電流只有11mA，在接收模式時(shí)電流為12.5mA。nRF905傳輸數據時(shí)為非實(shí)時(shí)方式，即發(fā)送端發(fā)出數據，接收端收到后先暫存于芯片存儲器內，外部的MCU可以在需要時(shí)再到芯片中去取。nRF905一次發(fā)射最多可傳輸的數據量為 32B。天線(xiàn)接口設計為差分天線(xiàn)，便于使用低成本的PCB天線(xiàn)[3]。