基于nRF905的無(wú)線(xiàn)數據傳輸系統
1 引言 本文引用地址:http://dyxdggzs.com/article/158046.htm在許多測控現場(chǎng),傳統數據傳輸都是通過(guò)有線(xiàn)電纜實(shí)現的。隨著(zhù)射頻、集成電路技術(shù)的發(fā)展,無(wú)線(xiàn)通信功能的實(shí)現更容易,數據傳輸速率更快,抗干擾能力更強,因此,許多應用采用了無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)。無(wú)線(xiàn)數據傳輸與有線(xiàn)數據傳輸相比,有諸多優(yōu)點(diǎn):一是成本低,省去大量布線(xiàn);二是建網(wǎng)快捷,只需在每個(gè)終端連接無(wú)線(xiàn)數據傳輸模塊和架設適當高度天線(xiàn);三是適應性好,可應用于某些特殊環(huán)境;四是擴展性好,只需將設備與無(wú)線(xiàn)數據傳輸模塊相連接。因此,無(wú)線(xiàn)傳輸是一種有效數據傳輸方式。 2 nRF905簡(jiǎn)介 nRF905是Nordic VLSI公司推出的單片射頻收發(fā)器,工作電壓為1.9 V~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由頻率合成器、接收解調器、功率放大器、晶體振蕩器和GFSK調制器組成。無(wú)需外加聲表面濾波器,ShockBurst工作模式,自動(dòng)處理字頭和CRC,使用SPI接口與微控制器通信,配置方便。此外,其功耗低,以-10 dBm輸出功率發(fā)射時(shí)電流僅11 mA,工作在接收模式時(shí)電流為12.5 mA,具有空閑模式與關(guān)機模式,易于實(shí)現功率管理。 nRF905具有兩種工作模式和兩種省電模式。工作模式包括:ShockBurst接收模式和ShockBurst發(fā)射模式。省電模式包括:掉電與SPI編程模式和待機與SPI編程模式。模式選擇由TRX_CE、TX_EN和PWR_UP確定,如表1所示。
nRF905采用Nordic NLSI公司的ShockBurst技術(shù)。ShockBurst技術(shù)使nRF905能夠提供高速的數據傳輸而無(wú)需昂貴的高速MCU進(jìn)行數據處理和時(shí)鐘覆蓋。nRF905為微控制器提供一個(gè)SPI接口,速率由微控制器設定的接口速度決定。在ShockBurst工作模式下,nRF905以最大速率連接減小數字應用部分的速度降低應用平均電流消耗。在ShockBurst接收模式下,地址匹配(AM)和數據準備就緒(DR)信號通知MCU一個(gè)有效的地址和數據包,表明各自己接收完成。在ShockBurst發(fā)射模式下,nRF905自動(dòng)產(chǎn)生前導碼和CRC校驗碼,數據準備就緒(DR)信號通知MCU數據傳輸完成??傊?,降低了MCU的存儲器需求,即降低了MCU成本,縮短軟件開(kāi)發(fā)時(shí)間。 nRF905的所有配置是通過(guò)SPI接口完成。SPI對外由SCK、MISO、MOSI、CSN 4個(gè)引腳組成,對應5個(gè)內置寄存器和1個(gè)SPI指令集。5個(gè)內置寄存器分別是狀態(tài)寄存器、RF配置寄存器、發(fā)送地址寄存器、發(fā)送有效數據寄存器、接收有效數據寄存器。某個(gè)SPI指令的設置決定了相應的功能。只有當nRF905處于待機或掉電狀態(tài),SPI接口才工作。任何一條指令均從CSN的由高到低的轉換開(kāi)始。寄存器操作時(shí),每次只能讀/寫(xiě)一個(gè)字節,或者先給出讀/寫(xiě)的開(kāi)始字節地址,然后再進(jìn)行讀/寫(xiě)操作。 3 系統設計 3.1硬件電路設計 系統硬件電路是以單片機和nRF905為核心元件,由單片機的I/O端口分別控制nRF905的狀態(tài)接口、模式接口和SPI接口,如圖1所示。其中,單片機選用Microchip公司的PIC16F876,該單片機采用2層流水線(xiàn)結構設計,內置8 KB×14 Flash程序存儲器,368 Byte數據存儲器,256 Byte EEPROM數據存儲器,13個(gè)中斷源,PORTA、PORTB、PORTC 3個(gè)I/O端口,3個(gè)定時(shí)器和1個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器,2個(gè)CCP模塊,支持串行USART模塊等,適用于無(wú)線(xiàn)傳輸系統的控制,同時(shí),系統具有良好的電源管理,設計了LC-π型濾波電路,可有效隔離數字電路與nRF905電路的電源。
另外,系統還加強了PCB的電磁兼容性設計。采用了雙面板設計,并保留底層作為接地面;電源濾波電容盡量靠近nRF905放置,采用電容并聯(lián)方式;nRF905所有的電源和旁路電容的接入點(diǎn)都要盡量靠近引腳;接地引腳直接通過(guò)孔與底面的地層連接;所有的開(kāi)關(guān)數字信號和控制信號都遠離晶體振蕩器和電源線(xiàn)。 3.2通信協(xié)議設計 nRF905內置簡(jiǎn)單的通信協(xié)議,收發(fā)雙方采用CRC校驗。一旦CRC校驗出錯,當前數據就會(huì )丟失。因此,在內置協(xié)議的基礎上,設計了完整通信協(xié)議。該協(xié)議由單片機軟件控制實(shí)現,采用誤碼--中斷--重發(fā)機制,如果通信中出現誤碼,單片機在正常的通信流程中產(chǎn)生中斷,重新發(fā)送和接收剛才CRC出錯的數據,確保通信成功。根據收發(fā)兩端的不同任務(wù),整個(gè)協(xié)議分為主控協(xié)議和從控協(xié)議。 無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議是由單片機軟件控制實(shí)現的,相據通信雙方各自的特點(diǎn)分為M端協(xié)議和S端協(xié)議兩部分。其中,M端協(xié)議在無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議中具有主控作用。 3.2.1 M端協(xié)議設計 M端協(xié)議主要是從保證可靠接收的角度考慮,程序流程圖如圖2所示。采用nRF905的CD/AMDR信號作為狀態(tài)查詢(xún),進(jìn)行正常狀態(tài)下的快速判斷和接收。正常情況下,當M系統發(fā)送控制指令后進(jìn)入接收模式,等待來(lái)自S系統的數據。與此同時(shí),S系統在收到M系統的指令后,立即回傳數據,M系統收到后,本次通信結束。但是,如果S系統根本就沒(méi)有收到M系統發(fā)送的指令,或者S系統雖然收到M系統發(fā)的指令且也回傳了數據,但M系統卻沒(méi)有像預期的那樣收到該數據,則勢必造成了M系統和S系統都處于接收狀態(tài),等待來(lái)自于對方的數據,單片機的程序則停留在不斷查詢(xún)CD/AM/DR信號狀態(tài),出現死循環(huán)。 相關(guān)推薦技術(shù)專(zhuān)區
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