基于A T89S52和nRF905的无线遥控系统设计与实现

董秀洁,赵程程

(中原工学院,郑州 451191)

基于A T89S52和nRF905的无线遥控系统设计与实现

董秀洁,赵程程

(中原工学院,郑州 451191)

研究了利用nRF905芯片进行无线传输的设计思想和实现方法,介绍了发射器和接收器软硬件结构及微控制器和无线收发芯片的通讯协议.设计了以nRF905无线收发模块和A T89S52单片机为核心的多路无线遥控系统,该系统具有低成本、易扩展、操作简单等优点,不仅可以在各种复杂的工业现场高效而准确地进行无线数据传输,也广泛应用于远程控制、无线数据采集等多个领域.

无线通信;nRF905;单片机;数据采集

当代科学技术日益向高速化、智能化、信息化、网络化发展,各种各样的制造业和通信业设备除了可以与计算机联机外,还可以互相联机,而实现设备间相互联机的最具发展潜力的方式就是无线通信.无线数据传输区别于传统的有线传输方式,系统不需要传输线缆、成本低廉,配上相应的无线通信接口电路,就可以实现单片机之间的无线数据传输.本设计以单片机A T89S52为核心,采用了挪威Nordic VLSI公司最新推出的单片无线收发一体芯片nRF905,设计出一种多路无线遥控系统,特别适用于手持现场设备、电池供电设备、遥控遥测设备、水文气象监控设备、生物信号采集系统、工业数据采集系统.

图1 系统结构图

1 系统组成

系统包括发射器和接收器2个部分.发射器由键盘输入电路、LED显示电路、MCU、无线发射电路和天线等构成;接收器由接收天线、无线接收电路、MCU、继电器驱动、继电器等构成.系统结构如图1所示.

本无线传输系统的硬件部分主要由主单片机电路板和 2个收发器组成.主单片机采用 A T89S52.犃犜89犛52具有以下功能:8 k字节 Flash,256字节RAM,32位I/O口线,看门狗定时器,2个数据指针,3个16位定时器/计数器,1个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路.

无线数据传输模块采用nRF905模块,430/868/915 M Hz高性能嵌入式无线模块,多频道多频段,1.9～3.6 V低电压工作,待机功耗2μA;超小体积,内置环行天线,性能稳定且不受外界影响,对电源不敏感,传输距离较远;最大发射功率+10 dBm,高抗干扰GFSK调制,可跳频,数据速率50 kbps,独特的载波检测输出,地址匹配输出,数据就绪输出;内置完整的通信协议和CRC,特别适合工业控制场合[1].

nRF905有2种工作模式和2种节能模式.2种工作模式分别是ShockBurst TM发送模式和Shock-Burst RM接收模式,2种节能模式分别是掉电和SPI编程模式、STANDBY和 SPI编程模式[2].nRF905的工作模式由 TRX_CE、TX_EN、PWR_UP 3个引脚的设置来决定,见表1.

表1 nRF905的工作模式

2 系统硬件电路设计

MCU采用A T89S52作为主控制器,在整个系统中需加入一个电平转换电路,来满足nRF905模块的电源要求.除了电源和接地端,其余管脚都可以直接和A T89S52的 I/O口直接相连,用普通单片机 I/O口模拟 SPI接口,只需要添加代码模拟 SPI时序即可[3].A T89S52控制nRF905的硬件原理如图2所示.

图2 系统原理图

2.1 控制器设计

本设计中,A T89S52外接12M Hz晶振,MCU与nRF905连接的管脚对应关系如表2所示.

2.2 收发器设计

信号发射电路包括键盘和CPU、无线发射、复位电路等部分,MCU选用A T89S52,nRF905的工作频率为433 M Hz,复位芯片选用M AX809,MCU通过SPI总线与nRF905相对应管脚直接连接,由MCU控制nRF905的I/O输出和nRF905的状态反馈,只需添加一些代码即可实现SPI时序,nRF905的其余接线为nRF905的标准连接.

表2 MCU与nRF905管脚对应关系

接收电路与发送电路基本相同,在无线遥控接收部分的设计中,采用单片机驱动8个继电器,相应分别控制了8个不同的动作.将nRF905设置为接收模式时,一旦检测到有信号的到来,相应的继电器将会完成其设定好的动作;接收电路的继电器驱动电路选用ULN2003反相器,该芯片驱动能力强,可直接驱动继电器.

3 软件设计

3.1 初始化配置

初始化nRF905的射频配置寄存器.CH_NO配置频段在433 M Hz,输出功率为10 db,不重发,节电为正常模式,地址设为4字节,接收发送有效数据长度为32字节,采用外部16 M时钟晶振.

3.2 发送数据

发送数据时,MCU应先把 nRF905置于待机模式(PWR_UP引脚为高、TRX_CE引脚为低),然后通过SPI总线把发送地址和待发送的数据都写入相应的寄存器中,之后把nRF905置于发送模式(PWR_UP、TRX_CE和 TX_EN全置高),数据就会自动通过天线发送出去.若射频配置寄存器中的自动重发位(AU TO_RETRAN)设为有效,数据包就会重复不断地一直向外发,直到 MCU把 TRX_CE拉低,退出发送模式为止.整个发送过程的流程如图3所示.

图3 发送流程图

3.3 接收数据

接收数据时,MCU先在 nRF905的待机模式中把射频配置寄存器中的接收地址设定,然后置其于接收模式(PWR_UP=1,TRX_CE=1,TX_EN=0),nRF905就会自动接收空中的载波.若收到地址匹配和校验正确的有效数据,DR引脚会自动置高,MCU在检测到这个信号后,可以改其为待机模式,通过 SPI总线从接收数据寄存器中读出有效数据.整个接收过程的流程如图4所示.

图4 接收流程图

4 结 语

本设计以nRF905无线收发模块和A T89S52为核心,具有低成本、易扩展、操作简单等优点,采用以nRF905为内核的无线数传模块 PTR8000,PTR8000既可与各种低成本单片机配合使用,也可以与DSP等高速处理器配合使用.此外,PTR8000模块运行稳定,通信可靠,能够实现远距离无线通信,及 PC机与单片机之间、单片机与单片机之间的远距离点对点和点对多点的异步串行通信.

[1] 徐建军.MCS-51系列单片机应用及接口技术[M].北京:人民邮电出版社,2003:33-37.

[2] 马祖长,张怡宁.大规模无线传感器网络得路由协议[J].计算机工程与应用,2004(11):165-167.

[3] 李虎,林中.远程网络视频监控系统的设计与实现[J].现代电视技术,2004(12):82-84.

Design and Im plementation of W ireless Remote Control System Based on AT89S52 and n RF905

DONG Xiu-jie,ZHAO Cheng-cheng

(Zhongyuan University of Technology,Zhengzhou 450007,China)

The paper studies the design and imp lementation of radio transceiver based on nRF905 chip.The softw are and hardw are structure of sender and receiver,the comm unication betw een sender and receiver in the system are discussed in this paper.This system combines nRF905 w ireless transfer-receive module w ith A T89S52,w hich is p rovided w ith very convenient operation,low-cost and easy to extensity.Thus it no t only can efficiently and accurately perform the w ireless transceiver in various comp licated industrial environment,but also can be w idely used in many fields such as long-range control and w ireless data collection.

w ireless-communication;nRF905;microcomputer;data collection

TN92

A DO I:10.3969/j.issn.1671-6906.2010.04.007

1671-6906(2010)04-0027-03

2010-06-11

河南省科技攻关计划项目(072102210078)

董秀洁(1957-),女,山东潍坊人,教授.