基于nRF401的短距离无线通信设计 - 图文-

1、-52-20075无线通信因其组网灵活、无需布线、不受地理环境限制等优点而受到青睐,近年来发展迅速,被广泛应用于遥控、遥测、小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线标签、身份识别、非接触RF 智能卡、小型无线数据终端、安全防火系统、无线遥控系统、生物信号采集、水文气象控制、机器人控制、无线/230/422/485数据通信、数字音频、数字图像传输等系统。主要介绍了基于nRF 401设计的无线通信硬件电路设计,通过分析误码率高低及出现误码的环节,讨论采用比较可靠的CRC循环冗余编码进行差错检测,采用前向纠错方式对错误包进行纠正,从而建立一条高效、稳定、可靠、高速的点对点无

2、线传输通路。并在此基础上设计出一套无线防盗报警系统,具有自动识别、自动连网、灵敏度高等特点,经过实验,能够稳定工作。选用两块PTR2000模块,其中一块经MX232电平变换后与计算机串口相连构成主机,另一块直接与89S51单片机串口和I/O口相连组成从机,从而构成一条点对点的半双工无线通路,基本结构如图1所示,其中PTR2000模块核心芯片为nRF401。如图1所示,选用基于433MHZ 单片无线收发芯片nRF401的无线数传模块PTR2000建立无线通信电路。nRF401是一个为433MHz ISM频段设计的真正单片UHF无线收发芯片。它采用FSK调制解调技术,最高工作速率可以达到20K,发

3、射功率可调,最大发射功率是+10Db,天线接口设计为差分天线,以便使用低成本的PCB 天线,nRF401还具有待机模式,工作电压范围可以从2.7-5V。其优点在于电路外围元件少,无需进行初始化和配置,不需要对数据进行曼彻斯特编码,最高速率20Kbps,功耗低,工作电压范围宽,因而被广泛应用于报警和安全系统,自动测试系统,家庭自动化控制,遥控装置,车辆安全系统,工业控制,电信终端等领域。PTR2000是一种新型的单片无线收发数传MODEM 模块,该器件为超小型模块器件,内部集成了nRF 401芯片及其外部电路,具有超低功耗、高速率(19.2Kbps无线收发数传功能,且性能优异,使用方便,可广泛应

4、用于无线数传产品的设计领域。主机由PTR2000经MAX232电平转换后与计算机串口相连构成,硬件组成电路如图2所示。从机主要由89S51单片机、PTR2000模块、X5045看门狗及EEPROM存储芯片以及前端红外被动探测器组成。其中PTR2000与单片机串口相连,由单片机的一、系统设计二、硬件电路1、nRF401芯片2、PTR2000模块3、主机硬件电路设计4、从机硬件电路设计基于nRF401的短距离无线通信设计闵豫李学华(成都信息工程学院电子工程系,四川成都,610225【摘要】【关键词】随着科技的发展,短距离无线通信已广泛应用于各种领域中。选用两块基于nRF401的无线传输模块PTR2

5、000,分别与计算机串口和89S51单片机相连,利用CRC循环冗余编码进行差错检验,从而构成了一条高效、稳定、可靠的点对点无线传输通路。在此基础上还设计出一套简单、实用的小型无线防盗报警系统,该系统具有自动纠错,自动识别,抗干扰能力强等特点。短距离无线通信nRF401CRCPTR2000产品设计与实现图1无线通信系统基本结构前端探测器单片机PTR2000PTR2000Rs232PC-53-20075产品设计与实现P314口控制PTR的接收与发送状态,前端红外被动探测器的触发口与单片机的INT0口相连,从而产生触发报警信号,X5045芯片用来存储从机ID及构成看门狗电路硬件电路如图3所示。红外主

6、动探测器电路如图4所示。当D2接收到D1发射出经反射物反射的信号,D3发光,输出端U01(LM567的8脚输出低电平。将第8脚与单片机的INT0口相连,即构成一个高灵敏度的红外被动探测电路。该电路设计能够兼容多种探测器,如烟雾探测器、压力探测器、门磁探测器等,准确地讲,只要能产生下降沿触发信号的探测器均能与本电路组成防盗报警从机。在实际应用中,可选用连接各种不同探测器的从机组成多元防盗监控报警系统。循环冗余码校验是利用除法及余数的原理来做错误检测。实际应用时,发送端计算出CRC 值并随数据一同发送给接收端,接收端对收到的数据重新计算CRC 并与收到的CRC相比较,若两值不同,则说明通信出现错误

7、。常用的CRC码有CRC-12码,CRC-16码,CRC-C CITT码,CRC-32码,由于设计需要发送的数据只有两个字节,所以为减小杂项开销,提高信道利用率,采用简化的8位CRC码,通过实验,完全能满足系统需要。8位CRC 码生成的过程为:(1设置CRC寄存器,并给其赋初值FF。(2将数据第一个8bit字符与CRC寄存器相异或,结果存入CRC寄存器。(3CRC寄存器向右移一位,最高位补零,移出并检查最低位。(4若最低位为0,重复第(3步;若最低位为1,CRC 寄存器与多项式码异或。(5重复(3到(4步直到8次移位全部完成,第一个8bit 数据处理完毕。(6重复(2至(5步直到所有数据全部处

8、理完成。(7最终CRC 寄存器的内容即为CRC 值。从机主要实现功能为:(1可连接各种前置探头组成报警从机;(2遇到触发情况(非法进入,火警向主机报警;(3以一定时间间隔向主机发送联络信号(防破坏;(4具备唯一ID,可通过无线通信从主机获得或更新ID。当该从机是该系统数据库中已登记的从机时,该从机的工作流程图如图5(a所示,从机开机后进入待机状态,等待主机发送开机指令。若收到主机发送的开机指令,则按一定时间间隔发送联络信号,间隔设置为5s。当该从机不是系统数据库中已登记的从机时,该三、软件系统设计1、CRC码校验原理及生成方法2、从机软件设计图4前端红外主动探测器电路图12DRD9483726

9、1C1138111013+C 2+MAX1129147455C 3+0.1F0.1F0.1FIvC0.1FC 44VCCP1VCC CS DO D1GND PWR TXEN P R2000T R11N R21N T11N T21N C1+C1-R1OUT R2OUT T1OUT T2OUT C2+C1+MAX202图2主机硬件电路图3从机硬件电路图5从机二作流程图开机等待是否收到开机信号发送联络信号开机按下请求开机按钮发送本机ID及请求开机指令是否收到确认信号发送联络信号Y Y NN(b(a从机的工作流程图如图5(b所示。当从机发送本机ID及请求开机指令后,等待主机响应,主机判断该ID是否是系

10、统中ID,若是,则发确认开机信号。若不是系统中ID,则发要求从机更改ID指令,从机收到该指令后,发出准备接收新ID指令,主机接收到从机发回的准备接收ID指令后,则发更新ID指令及新ID。从机收到该更新后的ID即将其锁存进X5045,并以该新ID 发送开机信号。从机正常工作时,除按时发送联络信号外,随时监控主机发回的指令,并随时响应主机指令和外部报警中断,此时的工作流程如图6所示。由于从机采用89S51单片机作控制,所以从机的CRC校验将用C语言设计。主机主要实现的功能为:(1收到从机报警信号后报警;(2随时检测从机联络信号,若超时未收到联络信号则报警;(3搜索新主机并发给唯一ID。主机工作流程

11、如图7所示。主机采用VB编程,其中主控窗口如图8所示。由图8可见主控窗体主要由一个监控窗和4个命令按钮组成。当点击“开始监控”按钮,主机收到从机联络信号后,则在监控窗中显示当前工作的探测器其监视的范围。同时“开始监控”按钮变为“停止监控”,再按下则发送探测器待机指令。当按下“查看报告”按钮时,将弹出报告对话框,可通过此窗体查看探测器开始工作时间、报警情况、以及与系统失去联系的时间等信息,点击“保存记录”则将报告以TEXT文档格式保存。介绍了基于nRF401芯片设计的无线通信系统,并以红外监控为例,成功完成了红外探测和无线通信传输于一体的软硬件设计。实验证明该无线防盗报警系统可以长时间稳定可靠地

12、工作。当然,对于该系统还有很多地方可以完善,比如遇到非法进入时,计算机控制外接照相机或摄像头拍下入侵者的照片,然后通过电子邮件或手机彩信通知业主或小区保安。3、主机软件设计四、结论【参考文献】,1郑郁正.单片机原理及应用M.成都:四川大学出版社,2003.2曾强聪.Visual Basic 程序设计基础教程M.北京:清华大学出版社,2004.3张卫钢.通信原理与通信技术M.西安:西安电子科技大学出版社,2003.4谭浩强.C 程序设计(第二版M.北京:清华大学出版社,2000.本文转自成都信息工程学院学报2006年第12期-54-20075产品设计与实现发送联络信号监听是否触发报警发送报警信号收到确认指令收到新ID 收到待机信号收到准备接收新ID号指令正常工作锁存新ID,重法开机信号停法联络信号,进入待机模式发准备接收ID指令,等待接收新ID图6从机监听工作流程图图8主控窗体图7主机工作流