單片機(jī)在無線通訊中的應(yīng)用

何 艷，鄧 磊，謝艷丁，喻 莉

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單片機(jī)在無線通訊中的應(yīng)用

何 艷，鄧 磊，謝艷丁，喻 莉

（空軍預(yù)警學(xué)院，武漢430019）

采用可工作于433 MHz頻段的無線射頻收發(fā)模塊nRF9E5，通過內(nèi)嵌8051單片機(jī)C語言編程，實(shí)現(xiàn)多通道、短距離的數(shù)據(jù)傳輸。并在近距離范圍內(nèi)驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的無線通訊模式的可靠性和準(zhǔn)確性。

無線通訊 單片機(jī) 多通道 nRF9E5

0 引言

在短距離的數(shù)據(jù)通信方式中，射頻技術(shù)由于功耗低和無方向性等優(yōu)點(diǎn)而備受青睞[1]。433 MHz是我們國家的免申請段發(fā)射接收頻率，使用者無需申請?jiān)S可證，給開發(fā)者和用戶帶來了很大方便，同時(shí)，可以有效地避免低頻段信號、各類電火花及家用電器的干擾。

根據(jù)檢測電池槽的溫度和電壓的需求，由于現(xiàn)場為酸霧腐蝕環(huán)境，而且距離不遠(yuǎn)，為避免長期工作時(shí)線纜易被腐蝕的問題，本文采用無線通訊方式。

1 硬件平臺

1.1 nRF9E5單片機(jī)

nRF9E5單片機(jī)是系統(tǒng)級無線射頻收發(fā)芯片，內(nèi)嵌高性能8051MCU，4通道12位ADC信號采集。內(nèi)置nRF905收發(fā)器，包括所有nRF905芯片特性，可以工作在shockburstTM模式下（自動(dòng)處理前綴，地址和CRC），最大程度的抑制了噪聲，工作電壓范圍為1.9~3.6 V。

其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 nRF9E5單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖

1.2外圍電路

無線射頻電路是由核心nRF9E5單片機(jī)以及外圍電路包括天線等構(gòu)成。其原理簡圖如圖2[2]。

射頻天線的設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖2無線射頻電路的原理簡圖

圖3 射頻天線的構(gòu)造圖

2 軟件平臺

nRF9E5單片機(jī)內(nèi)嵌8051系列微控制器，可在Keil C51調(diào)試軟件平臺上用C語言編程，編譯完成后通過仿真器將程序下載到單片機(jī)EEPROM中。

3 設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

3.1工作原理及方式

nRF9E5單片機(jī)具有無線收發(fā)功能，由nRF9E5單片機(jī)作為通訊管理單元的核心，其他每個(gè)nRF9E5單片機(jī)作為單個(gè)信號檢測通道的核心。通訊管理單元與上位機(jī)采用串口通訊方式，與信號檢測通道采用無線通訊方式，在本文中，主要論述的是通訊管理單元與信號檢測單元之間的無線通訊。

原理框圖如圖4所示。圖中，每個(gè)無線收發(fā)單元可發(fā)送n個(gè)電解槽的溫度、電壓數(shù)據(jù)，每個(gè)無線通訊管理單元可管理m個(gè)無線收發(fā)單元，t個(gè)無線通訊管理單元通過有線網(wǎng)絡(luò)（串行通訊方式）與主機(jī)進(jìn)行通訊。

為了便于試驗(yàn)驗(yàn)證所設(shè)計(jì)無線通訊單元的可靠性和準(zhǔn)確性，僅以一個(gè)無線通訊管理單元和16個(gè)無線收發(fā)單元的通訊為例。

圖4 原理框圖

3.2軟件設(shè)計(jì)框圖

程序流程框圖如圖5所示。

圖5 無線通訊軟件流程框圖

3.3 程序設(shè)計(jì)

nRF9E5無線收發(fā)模塊的數(shù)據(jù)包格式如下：

楨頭地址域數(shù)據(jù)域CRC校驗(yàn)碼楨尾

楨頭是16進(jìn)制0x2F，楨尾是16進(jìn)制0x40，地址域包括類地址(區(qū)分設(shè)備)、站地址（區(qū)分工作子站），由于通道數(shù)量很多，所以選擇12位地址碼。數(shù)據(jù)域分為4塊8個(gè)數(shù)據(jù)，每塊數(shù)據(jù)均包含電解池的溫度和電極的電壓，每個(gè)數(shù)據(jù)長度為10位。

通道是指一個(gè)檢測電路單元。地址碼定義如下：用16進(jìn)制表示0x000表示第一個(gè)通道，0x001表示第二個(gè)通道，依次類推。

CRC校驗(yàn)采用8位CRC校驗(yàn)。

每個(gè)信號檢測單元可檢測4個(gè)通道的溫度和電壓，數(shù)據(jù)采用整體發(fā)送方式，通道的溫度和電壓按順序發(fā)送，前者默認(rèn)為溫度，后者默認(rèn)為電壓，兩者之間用標(biāo)志符“，”隔開，溫度和電壓都由5個(gè)字符組成。相鄰?fù)ǖ烙脴?biāo)志符“；”隔開。

通訊的數(shù)據(jù)格式見表1。

表1 通訊數(shù)據(jù)格式

3.3.1信號檢測單元

1)接收來自通訊管理單元的命令

2)發(fā)送數(shù)據(jù)至通訊管理單元

根據(jù)現(xiàn)場測試電壓大概在0.3~0.6 V間，AD采樣和內(nèi)部基準(zhǔn)參考電壓之間的關(guān)系，設(shè)定信號檢測單元0的數(shù)據(jù)為{0.6,0.6;0.5,0.5;0.4,0.4;0.3,0.3},對應(yīng)發(fā)送數(shù)據(jù)unsigned char a[17]={0,1,0xf7, 1,0xf7,1,0xa3,1,0xa3,1,0x4f,1,0x4f,0,0xfb,0,0xfb}，a[0]=0表示信號檢測單元0的地址，地址用8位二進(jìn)制數(shù)表示；第1個(gè)信號檢測通道發(fā)送數(shù)據(jù)為{0.3,0.3；0.4,0.4; 0.5,0.5;0.6,0.6;}，對應(yīng)發(fā)送數(shù)據(jù)為unsigned char a[17]={1,0,0xfb,0,0xfb,1,0x4f,1,0x4f, 1,0xa3,1,0xa3，1,0xf7, 1,0xf7}，其它同上。

3.3.2無線通訊管理單元

通訊管理單元向信號檢測單元發(fā)送命令包采用輪流查詢方式，若某信號檢測單元的地址與通訊管理單元發(fā)送的地址相同，則發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送的數(shù)據(jù)包中有其地址還有數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)用兩個(gè)字節(jié)的二進(jìn)制數(shù)表示，數(shù)據(jù)包中不含有分隔符。

4 結(jié)語

試驗(yàn)過程中將通訊距離從1 m擴(kuò)大到50 m左右，通訊均能正常工作。在通訊過程中曾用手機(jī)等方式干擾，無線通訊仍能長時(shí)間可靠工作，且誤碼率極低，滿足使用要求。試驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的無線通訊電路能滿足使用需求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳釗炯, 張瑩, 劉新朝. 基于nRF24E1的嵌入式2.4 GHz無線接入系統(tǒng). 單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2005, (6).

[2] Nordic Semiconductor. nRF9E5 RF and atenna layout. Norway, 2004.10.

Application of Single Chip Microcontroller to Wireless Communication

He Yan, Deng Lei, Xie Yanding, Yu Li

（ Air Early Warning Academy, Wuhan 430019, China）

TP273

A

1003-4862（2016）10-0043-03

2016-5-18

何艷（1979-），女，講師。專業(yè)方向：基礎(chǔ)物理。