|
無線通信系統，由兩個部分組成：發送終端，接收終端。數據的發送和接收顯示是借助于串口來實現的，通過PC機串口給發送終端送數據，然后發送終端通過nRF905把數據發送出去；接收終端通過nRF905接收數據，然后把接收到的數據通過串口傳給PC機。系統框圖如圖1所示。
無線系統的硬軟件設計
系統的硬件設計
本系統采用的射頻收發器為Nordic VLSI公司的nRF905, 工作電壓為1.9～3.6V，工作于433/868/915MHz三個ISM頻段，頻段之間的轉換時間小于650us。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，不需外加聲表濾波器。高抗擾GFSK調制，數據速率為50kbps，獨特的載波監測輸出，地址匹配輸出，數據就緒輸出。ShockBurstTM工作模式，自動處理字頭和CRC(循環冗余碼校驗)，使用SPI接口與微控制器通信，配置非常方便。此外，其功耗非常低，以-10dBm的輸出功率發射時電流只有11mA，工作于接收模式時的電流為12.5mA，內建空閑模式與關機模式，易于實現節能。nRF905的硬件連接電路圖如圖2所示。
采用的微處理器為TI公司的MSP430F149，它是一種超低功耗的混合信號控制器，具有16位RISC結構，CPU中的16個寄存器和常數產生器使MSP430能達到最高的代碼效率。單片機通過采用不同的時鐘源工作可以使器件滿足不同功耗要求，適當選擇時鐘源，可以讓器件的功耗達到最小。外設主要有存儲器、時鐘模塊、定時器、USART和A/D轉換器等。
此次設計主要用到了MSP430F149兩個串口通信模塊USART0和USART1，USART0作為UART使用，提供異步通信，通過MAX3232電平轉換芯片提供RS-232接口和PC機進行通信，USART1作為SPI使用，提供同步通信，主要是和nRF905之間進行命令和數據通信。把MSP430F149的P2口作為一般引腳使用，與nRF905的其他引腳相連。對MSP430F149提供雙晶振系統，低頻晶振為32.768K，與微控制的XIN和XOUT相連，為RS-232接口提供頻率支持，高頻晶振為8M，和微控制器的XT2相連，為系統運行的主時鐘。系統的整體設計相對較為簡單，不過在此基礎上可以實現遙測，無線抄表，工業數據采集，機器人控制等。發送和接收的硬件電路是一樣的，系統設計主要硬件電路圖如圖3所示。
系統的軟件設計
系統軟件設計包括下位機軟件設計和PC機軟件設計。前者主要是微控制器通過SPI口對nRF905的控制以及微控制器串口通訊的設計，后者包括串口通訊模塊、主界面和數據庫設計。
}RFConfig;
RFConfig RxTxConf=
{
10,
0x01, 0x0c, 0x44, 0x20, 0x20, 0xcc,
0xcc, 0xcc, 0xcc, 0x58
};
nRF905提供SPI口的讀寫指令，當CSN為低時，SPI接口開始等待一條指令，任何一條新指令均由CSN的由高到底的轉換開始。下面主要介紹nRF905的發送流程和接收流程。
發送流程：
A．當微控制器有數據要發送時，通過SPI接口，按時序把接收機的地址和要發送的數據送傳給nRF905，SPI接口的速率在通信協議和器件配置時確定；
B．微控制器置高TRX_CE和TX_EN，激發nRF905的ShockBurstTM發送模式；
C．nRF905的ShockBurstTM發送：射頻寄存器自動開啟；數據打包(加字頭和CRC校驗碼)；發送數據包；當數據發送完成，數據準備好引腳被置高；
D．當TRX_CE被置低，nRF905發送過程完成，自動進入空閑模式。
ShockBurstTM工作模式保證，一旦發送數據的過程開始，無論TRX_EN和TX_EN引腳是高或低，發送過程都會被處理完。只有在前一個數據包被發送完畢，nRF905才能接受下一個發送數據包。
接收流程：
A．當TRX_CE為高、TX_EN為低時，nRF905進入ShockBurstTM接收模式；
B．650us后，nRF905不斷監測，等待接收數據；
C．當nRF905檢測到同一頻段的載波時，載波檢測引腳被置高；
D．當接收到一個相匹配的地址，地址匹配引腳被置高；
E．當一個正確的數據包接收完畢，nRF905自動移去字頭、地址和CRC校驗位，然后把數據準備好引腳置高
F．微控制器把TRX_CE置低，nRF905進入空閑模式；
G．微控制器通過SPI口，以一定的速率把數據移到微控制器內；
H．當所有的數據接收完畢，nRF905把數據準備好引腳和地址匹配引腳置低；
I．nRF905此時可以進入ShockBurstTM接收模式、ShockBurstTM發送模式或關機模式。
MSP430F149的串口通訊程序設計，主要是設定傳輸的速率為4800bps，數據傳輸為8位數，1個停止位，無奇偶校驗。根據相應的發送端和接收端來設定發送模塊和接收模塊使能，發送中斷和接收中斷使能。
在PC機軟件設計中，串口通信模塊負責PC機與下位機之間的數據通信。而主界面和數據庫設計主要是方便對接收的數據進行管理。
實驗測試分析
在發送和接收時利用示波器和萬用表對nRF905的相關引腳進行測量分析如下：
發射時nRF905的分析情況如表1所示。
接收時nRF905的分析情況如表2所示。
結語
本設計實現了基于MSP430F149和nRF905的無線通信。發送端和接收端之間的距離為80米，之間沒有任何有線連接，通過發送端發送數據，在接收端能正確接收數據并顯示在PC機上。實驗表明，該系統實時性好，性能可靠。 |
66821730(技術支持)
