基于nRF401的通用智能无线收发装置的设计

　　目前,在各种仪器仪表数据采集系统,遥控测控系统中都需要嵌入无线数据传输的装置,本文介绍了一种通过单片机w77e58对无线收发芯片nRF401进行智能控制的通用无线收发装置的设计方法,硬件电路的设计分为两部分：无线射频模块的设计和控制模块的设计。该装置可以通过跳线的装置选择串口为rs232标准或ttl电平标准,通过w77e58控制可以实现双信道的切换,并可实现数据流控。

　　1 无线射频模块的设计

　　在本设计中,无线射频模块采用挪威nordic公司推出的nrf401无线收发芯片。该芯片使用433mhz ism频段,是真正的单片uhf无线收发一体芯片,他在一个20脚的芯片中包括了高频发射、高频接收、pll合成、fsk调制、fsk解调、多频道切换等,是目前集成度最高的无线数传产品[1]。无线射频模块采用在板差分环形天线,天线端口的负载阻抗为380ω,其电路原理见图1,图中列出了各外围元件的参数,其中j1口为无线射频模块与控制模块的接口。

　　在无线通信的过程中,由于外部环境的干扰,通常误码率比较高,即使发射方不发送数据,接收方仍会经常接收到由于外部干扰而产生的乱数据,为了在接收的过程中区分接收到的数据是否为有效数据,必须有一定的通信协议：

　　（1）两个串口的数据发送均采用查询方式,数据接收均使用中断方式;

　　（2）数据帧包括帧首和数据两部分,帧首使用双字节0x55aa,数据部分为1b,即每帧占用3b,帧首和数据部分均采用十六进制ascii码传送,确保协议的透明性;

　　（3）接收方如果接收到0x55 0xaa字节,则说明接收到有效的数据帧,否则将该帧丢弃。

　　如果硬件电路设计合理,元器件的选择恰当,再加上以上简单的通信协议,则可将误码率控制在0.2％以下。

　　单片机上电后,首先对系统和串口进行初始化,然后单片机进入待机模式,直到两个串口中的一个发生中断硬转为工作模式,处理中断程序。主要的程序代码如下：

　　3 硬件电路的测试

　　本设计中将控制模块和无线射频模式分开设计,控制模块通过一单排7脚的接口控制射频模块,测试的步骤如下：

　　（1）将控制模块和无线射频模块焊好,检查确认无虚焊、粘焊;

　　（2）先对控制模块上电进行测试,主要是测试控制模块的串口0和串口1能否相互收发数据,测试方法是通过板上跳线将串口0设置为rs232标准,由于板上的串口1只有ttl电平标准,必须外加电平转换电路将其转换为rs232标准,然后将两个串口分别接到计算机的两个串口上,将以上的程序写到 w77e58上,然后用串口测试软件测试,如果串口0,1能相互收发数据,便可开始对无线射频模块进行测试;

　　（3）将无线射频模块的j1口与控制模块的j6口焊接起来,上电进行测试,按照以上的程序,上电时处于接收状态,可对txen,pwup,cs等管脚进行测试,看是否与程序吻合;

　　（4）确认射频模块上电处于接收状态后,可测试nRF401地第4管脚是否为1.1v左右,如果是,则说明vco电感设计合理,否则要重新设计 pcb板,此外,nrf401在没有数据接收时,仍会自动从dout发送随机数据,使用万用表进行测试时该引脚电压应为2.5v左右[4]。如有示波器可做更详细的测试。

　　4 结语

　　由无线收发芯片nrf401、单片机w77e58、接口芯片max323等组成了一个智能控制无线收发装置,该装置具有通用性,可嵌入到各种仪器仪表数据采集系统、遥控遥测系统中,实现无线数据的双向传输。