基于89C52和射频芯片NRF401无线数传模块的设计.doc

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1、基于89C52和射频芯片NRF401无线数传模块的设计.txt我是天使，回不去天堂是因为体重的原因。别人装处，我只好装经验丰富。泡妞就像挂QQ，每天哄她2个小时，很快就可以太阳了。 本文由diehuazhou贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 第 32 卷第 12 期 Vol. 32 , . 12 应 用 科 技 2005 年 12 月 Dec. 2005 Applied Science and Technology 文章编号 :1009 - 671X ( 2005) 12 - 0013 - 03 基于 89C52 和射频芯片 N RF4

2、01 无线数传模块的设计 鲍金宝 ,袁冰冰 ,郭黎利 ( 哈尔滨工程大学 信息与通信工程学院 , 黑龙江 哈尔滨 150001) 摘 : 提出了一种应用于公交车站间无线接力系统的设计思路及实现方案 . 给出了基于无线射频芯片 NRF401 和 要 89C52 单片机的无线数传模块的硬件设计 ,并对系统在不同条件下的传输距离 、 传输数据的正确性等进行了测试 . 试 验表明 ,该系统性能稳定 ,具有较强的抗干扰能力 ,将其应用于公交车站间进行无线传输 ,是一种可靠的方法 . 关键词 :NRF401 ;89C52 ;无线数传模块 中图分类号 : TN929 文献标识码 :A The design

3、of wireless module based on 89C52 and RF transceiver NRF401 BAO Jin- bao , YUAN Bing- bing , GUO Li-li ( School of Information and Communication Engineering , Harbin Engineering University , Harbin 150001 ,China) Abstract : In t his paper , t he system design and realization of t he wireless relay s

4、ystem among bus stations are proposed. And t he hardware design of t he wireless relay data communication module is given based on MCU 89C52 and radio chip N RF401. Then test is conducted for t he t ransmitted distance and correct ness of data t rans2 teristics of steady performance and st rong anti

5、-jamming , and it reliable to apply t he system to t he wireless s t ransmission in bus stations. Keywords :N RF401 ;89C52 ;wireless t ransceiver module 信被越来越多地应用到新的领域和被新产品采用 . 但在以前设计无线数传产品时往往需要相当的无线 电专业知识和价格高昂的专业设备 , 因而影响了用 户的使用和新产品的开发 . N RF401 是北欧集成电 路公司 ( NORD IC) 的产品 , 是一个为 433 M Hz ISM 频段设计的真正

6、单片 U HF 无线收发芯片 , 为短距 离无线数传应用提供了较好的解决办法 , 由于采用 了低发射功率和高接收灵敏度的设计 , 因而可满足 无线 管 制 要 求 , 是 目 前 低 功 率 无 线 数 传 的 理 想 选择 . 公交调度室能及时地了解车辆运行情况 , 不但会提 高工作效率 ,而且会给人们的出行带来很大的方便 . 式等因施工复杂 、 通信费用高而未能应用 . 但以往的一些数据传输方法如有线方式 、 短消息方 mission of t he relay system in different conditions. The experimentation proves t hat

7、 t he system has t he charac2 随着单片式无线通信芯片技术的发展 , 无线通 本文提出了一种应用于公交车站间无线接力系 统的设计方案 . 1 射频收发芯片 N RF401 的基本功 能和特点 RF401 无线收发芯片采用 FS K 调制解调技 N 在现实的生活中 ,特别是在繁华的都市中 ,如果 收稿日期 :2004 - 10 - 15. 作者简介 : 鲍金宝 (1975 - ) ,男 ,硕士研究生 ,主要研究方向 : 通信与信息系统 . 术 ,最高工作速率可以达到 20 Kbit ; 发射功率可以 s 调整 ,最大发射功率是 + 10 dBm. N RF401 的天

8、线接 容管 等 昂 贵 的 元 件 , 只 需 要 便 宜 且 易 于 获 得 的 发芯片的结构框图如图 1 所示 . 口设计为差分天线 , 以便于使用低成本的 PCB 天 线 . 它要求非常少的外围元件 , 无需声表滤波器 、 变 4 M Hz晶体 , 收发天线合一 . 无需进行初始化和配 置 ,不需要对数据进行曼彻斯特编码 ,有 2 个工作频 宽 ( 433192 133 M Hz) ,工作电压为 2175 V ,还 434 具有待机模式 ,可以更省电和高效 . N RF401 无线收 14 ? 应 32 卷 用 科 技 第 图1 NRF401 原理框图 N RF401 有 3 种工作模式

9、 : 收模式 ( RX) 、 发模 要求 ; 9) 具有多个频道 ,可方便地切换工作频率 ; 10) 因采用了低发射功率 、 高接收灵敏度的设 计 ,使用无需申请许可证 ,开阔地的使用距离最远可 达 1 000 m ; N RF401 接收机使用频移键控 ( FS K) 调制方 式 ,改善了噪声环境下的系统性能 . N RF401 另一个 非常重要的特性是接收机的频带外阻抗很高 (out of - band blocking) , 这意味着它不需要外部声表面 波 ( SAW) 滤波器 . 此外 N RF401 的解调器是 DC 平 式 ( TX) 和等待模式 ( St d1by) . 工作模式

10、可由 3 个引 脚设定 , 分别是 TXEN 、 和 PWR- U P. 因此通过 CS 单片机控制 N RF401 的工作模式 ,使其处于接收 、 发 射、 等待任一种状态 ,实现半双工通信 . 若 PWR = 0 , TXEN 和 CS 任意 ,系统为待机状态 . 若 TXEN = 1 , 为发送状态 ; TXEN = 0 , 为接收状态 . CS 为信道的 选通端 ,CS = 0 选通信道为 433192 M Hz ; CS = l 选 通信道为 434133 M Hz. 其主要特性如下 : 1) 工作频率为国际通用的数传频段 ; 2) 工作速率最高可达 20 Kbit ; s ) FS

11、 K 调制 ,抗干扰能力强 ; 3 4) 采用 PLL 频率合成技术 ,频率稳定性极好 ; 衡的 ,因此可以使用任何一种协议 ,也可以使用各种 0 1 序列 ,因而无需浪费单片机宝贵的处理资源 、 来进行曼彻斯特编码 . 2 系统设计 组成 . 其电路板连接如图 2 所示 . 图2 电路板连接图 At mel 公司的 A T89C52 单片机 , 是一种低功 耗 、 性 能 、 内 含 有 8 KB Flash ROM 的 8 位 高 片 CMOS 单片机 . 从图 2 中可以看出 ,微控制器是系统 的 “主管” 负责运行协议 、 , 控制 N RF401 的收发状 态 ,并运行系统的应用软件

12、和硬件 ,从而节约成本和 空间 . 芯片 6264 负责数据的存储 . N RF401 是接收 发射合一芯片 ,即可以接收数据也可以发射数据 ,工 作方式为半双工 . 因此该电路既是发射电路也是接 ) 灵敏度高达 - 105 dBm ; 5 6) 功 耗 小 , 接 收 状 态 250 , 待 机 状 态 仅 为 A 8 ; A 7) 最大发射功率达 + 10 dBm ; 8) 低工作电压 ( 217 V ) , 可满足低功耗设备的 N RF401 、 微控制器 A T89C52 、 max232 、 6264 等芯片 设计的无线接力传输系统由单片射频收发芯片 第 12 期 鲍金宝 ,等 :

13、基于 89c52 和射频芯片 NRF401 无线数传模块的设计 15 ? 收电路 . 在使 用 时 , 首 先 通 过 微 控 制 器 89C52 对 N RF401 内部寄存器进行设置 ,设定工作频率 、 发射 功率等参数 ; 进入正常工作状态后 ,通过微控制器根 据需要进行收发转换控制 、 发送 接收数据或进行状 态转换 . 当公交车到站后 , 公交车会发信息给车站 (工作频率 f 1 = 433192 M Hz) , 此车站把此信息打 包转发给下一个车站 ( 工作频率 f 2 = 434133 M Hz) , 下一个车站再次转发 ,直到调度室收到此信息 . 由于 车站要分别接收上一个车站

14、的信息和到站公车的信 息 , 所以由 89C52 的定时器来控制 , 每隔 10 ms 频 率切换一次 ,轮流监听发自上一个车站和到站车辆 的信号 . 为了尽量避免载波冲突 , 系统采用令牌传 输方式 , 每次只有一个车站有权限发送数据 , 即当 传送数据的时候 , 令牌也传递到下一站 , 每次发送 完毕都需要接收方给发送方一个确认信号 ,否则 ,若 在规定时间内发送方没有接收到确认信号 ,则重发 , 直到收到确认为止 . 这样调度室就可以通过主控电 脑实时监控每辆车的到站情况 . 3 系统测试运行情况 “噪声”后来通过研究发现 , 当接收器打开时 , 空气 . 中的任何信号 ( 数据或噪声)

15、 都会被天线捕捉到并被 解调 . 这就是所看到的系统中没有工作的发送器却 存在 “噪声” 的原因 . 通过对系统数据传输能力的测试 , 该系统发送 和接收数据正确 、 可靠 , 各元件工作正常 . 并且在此 硬件连接的基础上 , 利用 N RF401 进行串行数据接 收及发送 ,收到了较好效果 . 系统测试连接如图 3 所示 . 图3 系统测试连接框图 在系统测试的过程中 , 由信号源发射一组方波 信号 ,在发射端用频谱仪观察发射信号的中心频率 ( 观察工作频率是否在频率 433192 133 M Hz) , 434 然后利用示波器在接收端观看接收到的波形 ( 观察 N RF401 是否工作在

16、正常状态) ,最后可利用单片机 将数据储存 . 由于无线通信环境的不确定性 , 各种环境下的 传输效果是不尽相同的 , 路径损耗 、 建筑物影响 、 人 体影响 、 外界干扰 、 多径现象和周围环境的吸收等都 会对传输的距离产生一定的影响 ,只能在一个给定 的条件下进行测试和评估 . 因此 ,分别选择了不同的 试验场地来进行实验 . 在测试的过程中 ,当建筑物很多的时候 ,数传模 块两端均离地面 115 m ( 210 m) 高时 ,能够达到的最 佳通信距离为 30 50 m ( 40 50 m) ; 在空旷场地 , 数传模块两端均离地面 115 m 高时 , 最远的通信距 离能够达到 400

17、 m. 这个通信距离与数据手册上的 说明相差较大 ,原因可能源于调谐天线 . 在实验中发 现 ,当有人员走动或其他信号出现的时候 ,通信的距 离会变得不稳定 ,这是由于天线是一个辐射器件 . 在 其附近的物质或尺寸的任何改变都会影响天线的性 能 ,包括辐射增益分布 、 天线阻抗和调谐等等 , 所以 在实际应用中 ,最好采用高增益天线来提高通信距 离. 测试中还发现 ,在现场即使没有任何发送器 ,在 N RF401 的 DOU T 引脚上也会观察到连续的数字 4 结束语 本文根据 N RF401 的特点 , 提出了一种将其应 用公交车站之间无线通信的实现方案 . 此方案硬件 电路简单 ,软件编程也不复杂 ,是一种较好的设计思 路 . 只要稍作改动就可以应用到其他一些短距离无 线通信领域 . 参考文献 : 版社 ,2003. 1 黄智伟 . 无线数字收发电路设计 M . 北京 : 电子工业出 2 马忠梅 ,马 ,张 ,等 . 单片机的 C 语言应用程序设 岩 凯 计 M . 北京 : 北京航空航天大学出版社 ,1997. 航空航天大学出版社 ,2000. 3 李朝青 . PC 机及单片机数据通信技术 M . 北京 : 北京 责任编辑 : 李玲珠 1