基于nRF905模塊和51單片機的無(wú)線(xiàn)收發(fā)系統設計

前言

在閉環(huán)鉆井系統中，要求實(shí)時(shí)地把井下的信息傳遞到地面，以實(shí)施人工監控。通常情況下該任務(wù)由MWD中泥漿壓力脈沖發(fā)生器來(lái)完成。當使用井下動(dòng)力鉆具組合時(shí)，近鉆頭傳感器和MWD被動(dòng)力鉆具隔開(kāi)。傳感器無(wú)法用線(xiàn)纜與MWD連接，因此要把傳感器的信息傳送給MWD只能通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信的方法。

本文設計了由C8051F0606單片機和nRF905無(wú)線(xiàn)射頻器收發(fā)組成的一種無(wú)線(xiàn)數據傳輸系統的方案。該系統由發(fā)射和接收模塊組成，發(fā)射模塊主要將要發(fā)送的數據經(jīng)單片機處理后，通過(guò)nRF905發(fā)送出去；在接收模塊中，nRF905則將數據正確接收后通過(guò)上位機界面顯示出來(lái)，從而實(shí)現短距離井下的無(wú)線(xiàn)通信。

無(wú)線(xiàn)收發(fā)系統硬件設計

nRF905模塊簡(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433MHz、868MHz、915MHz 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。

nRF905 模塊的高頻頭用戶(hù)接口電路管腳圖如圖1所示。



圖1 nRF905模塊的高頻頭用戶(hù)接口電路管腳

nRF905模塊具有兩種工作模式和兩種節電模式。工作模式包括：ShockBurst 接收模式和ShockBurst 發(fā)射模式；節電模式包括：掉電與 SPI 編程模式、待機與SPI編程模式。

系統硬件設計

本無(wú)線(xiàn)收發(fā)電路主要由C8051F060單片機和無(wú)線(xiàn)射頻芯片nRF905組成。系統方框圖如圖2所示。


圖2 無(wú)線(xiàn)收發(fā)電路系統組成框圖

C8051F350是Silabs公司的一款精確混合信號單片機，片內有8通道16bit的S-D型ADC、128倍PGA、電流型DAC以及VREF等模擬外設，可以方便地與溫度壓力等傳感器直接連接。使用電流型DAC對傳感器進(jìn)行激勵，傳感器的輸出信號經(jīng)片內128倍PGA放大后進(jìn)行A/D轉換，無(wú)需額外的信號調理電路。片內8K FLASH，可在線(xiàn)編程和改寫(xiě)，傳感器的標定參數可以在FLASH中存儲，節省片外存儲器。圖3為系統硬件電路圖。


圖3 nRF905與MCU的電路原理圖

軟件設計

本系統中的無(wú)線(xiàn)數據傳輸主要由無(wú)線(xiàn)數據收發(fā)器nRF905、C8051F單片機和顯示部分組成。nRF905收發(fā)器與單片機之間通過(guò)SPI口進(jìn)行通信。因此，軟件設計過(guò)程中的重點(diǎn)是nRF905數據的發(fā)送和接收過(guò)程。

nRF905的數據發(fā)送過(guò)程

發(fā)送數據時(shí)的工作流程如圖4所示。當MCU有遙控數據節點(diǎn)時(shí)，接收點(diǎn)的地址 (TX- address) 和有效數據 (Tx- payload) 將通過(guò)SPI接口傳送給nRF905。設計時(shí)應使用協(xié)議或MCU來(lái)設置接口速度?？捎肕CU設置TRX-CE，并使TX- EN為高電平來(lái)激活nRF905的ShockBurst傳輸。通過(guò)nRF905的ShockBurst可使無(wú)線(xiàn)系統自動(dòng)上電，并完成數據包 (應加前導碼和CRC校驗碼) 的數據碼發(fā)送。