2.4 GHz無線一對多收發控制系統

梁昕

(南京機電職業技術學院 電子工程系， 南京 210016)

0 引言

隨著無線通信技術的迅速發展，短距離無線通信的需求不斷增加，各種類型、各個頻段和基于各種不同架構的無線收發系統層出不窮。同時現代社會人們追求著更加簡便快捷的生活方式，近距離無線通信如RFID、WIFI、藍牙等技術的應用越來越廣泛。筆者設計了一款無線通信系統，本系統采用STM8S003為發送端主控芯片、SN8F為接收控制芯片，結合高性能2.4 GHz無線收發模塊A7105，設計了實現無線控制的發送和接收系統的硬件電路和軟件系統。通過此系統可無線遙控實現對多個終端設備的控制，同時系統具有可擴展性，操作方便，低功耗，抗干擾等優點，來滿足用戶需求。

1 本設計的系統框圖

本系統的硬件電路主要包括射頻信號發送電路和信號接收電路兩部分。發送電路通過多個控制按鈕實現不同頻率數據的發送，對應的接收電路在接收到信號后，控制其繼電器及電源的通斷從而實現了無線信號控制多個終端設備的功能,如圖1所示。

圖1 系統模塊框圖

1.1 無線射頻芯片A7105

系統的收發模塊均以A71052.4G無線射頻芯片為核心，實現無線信號的發送與接受。A7105是一種超低功耗無線射頻收發芯片高性能、低成本的2.4 ghz ISM波段無線收發器。這個設備集成了兩個高靈敏度接收機(-95 dbm @ 500 kbps)和高效率功率放大器(1 dbm)。在低數據率的應用程序中,A7105有超高靈敏度，傳輸距離遠。所有參數可以通過SPI口配置內部寄存器來進行設置，最高的速率可達500 kb/s，適應4線或3線的SPI控制。該模塊通過SCS、SCK、SDIO、GPIO1、GPIO2 等管腳與微處理器STM8S003相連接。

1.2 發送端控制芯片 STM8S003

本系統在發送端的核心主控芯片均采用的STM8S003，該款芯片是ST意法半導體針對工業應用和消費電子開發推出的8位的微控制器，實現讀卡器的接口控制，系統算法處理、安全控制管理等功能。

STM8系列單片機具有優越的系能，其MCU核最高運行速度達到16MIPS，內部16 MHz RC 振蕩器，用于驅動內部看門狗( IWDG) 和自動喚醒單元( AWU)的內部低功耗 38 kHz RC 振蕩器，以及上電 /掉電保護電路。在對時鐘精度沒有特殊要求的情況下，可降低外接元件數量，從而降低系統總成本。具有豐富的外圍接口和定時器，開發支持，單線接口模塊(SWIM)和調試模塊(DM)，可以方便地進行在線編程和非侵入式調試 。 相對于現在眾多的8位單片機，STM8的性能比例是較高的。

1.3 接收端控制芯片SN8F

接收端采用增強型 8051 微控制器：減少指令周期時間(高達80C51的12倍)，具有4 KB 非易失性 Flash 存儲器(IROM)，支持在線編程功能，256 字節內部 RAM(IRAM)13 個中斷源：可控制中斷的優先等級以及獨立的中斷向量12個內部中斷，12 位 SAR ADC，包括 10 個外部通道和 2 個內部通道，以及 4 個內部參考電壓 SPI/UART 接口，支持 SMBus 的 I2C 接口，可片上調試。常應用于家用自動化產品及無刷直流電機。

2 模塊設計

2.1 發送端模塊框圖

本系統中，采用STM8S的SDIO、GIO 口與A7105無線收發模塊進行數據傳遞。A7105射頻收發芯片通過SPI串口讀寫數據，本系統采用四線制模式。發送端的模塊圖如圖2所示。圖3為發射端的射頻收發電路，圖4為控制電路及6路開關，按下不同的開關按鈕可發送信1號給對應接收器，從而控制其繼電器達到通斷設備的功能。

圖2 發送端模塊圖

圖3 射頻收發模塊電路圖

圖4 發送端軟件設計流程

2.2 接收端

接收端2.4 G射頻收發器A7105接收到信號后，傳送給控制器，控制器采用FIFO工作模式，其控制信號里有選擇中頻發射端的TX工作頻率，檢測載波信號，然后自動向下偏移500 K做接收端RX工作頻率；一般推薦的16 MHz作為晶振頻率，2 400.1 MHz～2 405.1 MHz工作頻譜里5M的帶寬含10個信道，檢測到哪個TX頻率后就能自動偏移檢測到RX，同樣的頻率不同的slaver 地址來控制多個RX接收端對應的終端設備，設備的信號繼電器，當接收到芯片控制信號后就會控制AC電路的通斷，用這種方法可以控制多個外接設備了。同時電源電路，通過直流穩壓電源為將AC220轉DC12 v,再轉3.3 V為電路供電。

圖5 控制芯片模塊電路圖

圖6 接收機電路圖

圖7 接收流程

3 總結

該系統采用STM8S00和SN8F為收發主控控制芯片，結合高性能2.4 GHz無線收發模塊A7105，設計了實現無線控制的發送和接收系統。其中A7105收發控制芯片工作在2.4 G頻段，使用無需申請，具有方便、傳送距離遠、功耗低、安全等優點。發送端具有擴展性，可通過多個按鈕控制發送不同頻率的信號，接收端接收到信號后，處理并控制不同的繼電從而控制對應的終端，實現一對多的無線通信系統。

本系統的性能穩定，操作便捷，功耗低，成本低，應用范圍廣泛。可用于無線刷卡系統，智能家居控制系統或智能交通圖像傳輸系統等，有很好的實用價值與推廣意義，可滿足不同用戶的需求。