2.4 GHz无线一对多收发控制系统

梁昕

(南京机电职业技术学院 电子工程系， 南京 210016)

0 引言

随着无线通信技术的迅速发展，短距离无线通信的需求不断增加，各种类型、各个频段和基于各种不同架构的无线收发系统层出不穷。同时现代社会人们追求着更加简便快捷的生活方式，近距离无线通信如RFID、WIFI、蓝牙等技术的应用越来越广泛。笔者设计了一款无线通信系统，本系统采用STM8S003为发送端主控芯片、SN8F为接收控制芯片，结合高性能2.4 GHz无线收发模块A7105，设计了实现无线控制的发送和接收系统的硬件电路和软件系统。通过此系统可无线遥控实现对多个终端设备的控制，同时系统具有可扩展性，操作方便，低功耗，抗干扰等优点，来满足用户需求。

1 本设计的系统框图

本系统的硬件电路主要包括射频信号发送电路和信号接收电路两部分。发送电路通过多个控制按钮实现不同频率数据的发送，对应的接收电路在接收到信号后，控制其继电器及电源的通断从而实现了无线信号控制多个终端设备的功能,如图1所示。

图1 系统模块框图

1.1 无线射频芯片A7105

系统的收发模块均以A71052.4G无线射频芯片为核心，实现无线信号的发送与接受。A7105是一种超低功耗无线射频收发芯片高性能、低成本的2.4 ghz ISM波段无线收发器。这个设备集成了两个高灵敏度接收机(-95 dbm @ 500 kbps)和高效率功率放大器(1 dbm)。在低数据率的应用程序中,A7105有超高灵敏度，传输距离远。所有参数可以通过SPI口配置内部寄存器来进行设置，最高的速率可达500 kb/s，适应4线或3线的SPI控制。该模块通过SCS、SCK、SDIO、GPIO1、GPIO2 等管脚与微处理器STM8S003相连接。

1.2 发送端控制芯片 STM8S003

本系统在发送端的核心主控芯片均采用的STM8S003，该款芯片是ST意法半导体针对工业应用和消费电子开发推出的8位的微控制器，实现读卡器的接口控制，系统算法处理、安全控制管理等功能。

STM8系列单片机具有优越的系能，其MCU核最高运行速度达到16MIPS，内部16 MHz RC 振荡器，用于驱动内部看门狗( IWDG) 和自动唤醒单元( AWU)的内部低功耗 38 kHz RC 振荡器，以及上电 /掉电保护电路。在对时钟精度没有特殊要求的情况下，可降低外接元件数量，从而降低系统总成本。具有丰富的外围接口和定时器，开发支持，单线接口模块(SWIM)和调试模块(DM)，可以方便地进行在线编程和非侵入式调试 。 相对于现在众多的8位单片机，STM8的性能比例是较高的。

1.3 接收端控制芯片SN8F

接收端采用增强型 8051 微控制器：减少指令周期时间(高达80C51的12倍)，具有4 KB 非易失性 Flash 存储器(IROM)，支持在线编程功能，256 字节内部 RAM(IRAM)13 个中断源：可控制中断的优先等级以及独立的中断向量12个内部中断，12 位 SAR ADC，包括 10 个外部通道和 2 个内部通道，以及 4 个内部参考电压 SPI/UART 接口，支持 SMBus 的 I2C 接口，可片上调试。常应用于家用自动化产品及无刷直流电机。

2 模块设计

2.1 发送端模块框图

本系统中，采用STM8S的SDIO、GIO 口与A7105无线收发模块进行数据传递。A7105射频收发芯片通过SPI串口读写数据，本系统采用四线制模式。发送端的模块图如图2所示。图3为发射端的射频收发电路，图4为控制电路及6路开关，按下不同的开关按钮可发送信1号给对应接收器，从而控制其继电器达到通断设备的功能。

图2 发送端模块图

图3 射频收发模块电路图

图4 发送端软件设计流程

2.2 接收端

接收端2.4 G射频收发器A7105接收到信号后，传送给控制器，控制器采用FIFO工作模式，其控制信号里有选择中频发射端的TX工作频率，检测载波信号，然后自动向下偏移500 K做接收端RX工作频率；一般推荐的16 MHz作为晶振频率，2 400.1 MHz～2 405.1 MHz工作频谱里5M的带宽含10个信道，检测到哪个TX频率后就能自动偏移检测到RX，同样的频率不同的slaver 地址来控制多个RX接收端对应的终端设备，设备的信号继电器，当接收到芯片控制信号后就会控制AC电路的通断，用这种方法可以控制多个外接设备了。同时电源电路，通过直流稳压电源为将AC220转DC12 v,再转3.3 V为电路供电。

图5 控制芯片模块电路图

图6 接收机电路图

图7 接收流程

3 总结

该系统采用STM8S00和SN8F为收发主控控制芯片，结合高性能2.4 GHz无线收发模块A7105，设计了实现无线控制的发送和接收系统。其中A7105收发控制芯片工作在2.4 G频段，使用无需申请，具有方便、传送距离远、功耗低、安全等优点。发送端具有扩展性，可通过多个按钮控制发送不同频率的信号，接收端接收到信号后，处理并控制不同的继电从而控制对应的终端，实现一对多的无线通信系统。

本系统的性能稳定，操作便捷，功耗低，成本低，应用范围广泛。可用于无线刷卡系统，智能家居控制系统或智能交通图像传输系统等，有很好的实用价值与推广意义，可满足不同用户的需求。