nRF905无线通信系统设计

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物联网技术是当前信息领域中研究的热点，无线传感器网络作为物联网领域中一个重要的技术组成，可以实现特殊环境连续不断地进行数据采集、事件检测、事件标识、位置监测和节点控制，无线通信模块的这些特性使得无线传感器网络的应用前景非常广阔，能够广泛应用于环境监测和预报、智能家居、建筑物状态监控、城市交通、大型车间和仓库管理，以及机场、大型工业园区的安全监测等领域。随着无线传感器网络的深人研究和广泛应用，无线传感器网络逐渐深入到人类生活的各个领域而受到国内外研究人员的重视。本文设计了一种基于Atmega16单片机和nrf905射频芯片的无线通信系统。该系统适用于低功耗、短距离、小数据量的点对点无线数据传输和交换应用。

1系统总体设计

本文设计无线通讯模块是由数据发送模块和数据接收模块两个完全相同的节点模块构成，数据接收和发送模块都选用Atmega16单片机作为主控制器，由单片机控制射频芯片nRF905实现无线数据的收发。数据发送节点的Atmega16单片机采集上位机或数据采集模块的数字信号，经处理器处理后传送给节点内nRF905无线通信模块，由无线通信模块经调制和功率放大后将数据发送出去。数据接收节点通过节点内的nRF905无线通信模块接收来自数据发送节点的数据，解调后传给节点的主控制器———Atmega16单片机，单片机经过判断和处理，发送相应的处理命令，完成一次数据通信任务。

2系统硬件设计

无线通信节点模块的主控制器选AVR系列的Atmega16单片机，其外围电路有：RS232电平转换电路、USB接口电路、1602液晶显示模块、nRF905无线模块以及蜂鸣器提示音电路等。

2.1单片机最小系统设计

本系统选用价格便宜的Atmega16单片机作为主控制器。该系列单片机是基于增强的AVRRISC结构的低功耗8位CMOS微控制器，以低功耗特性被广泛用于各个领域。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16的数据吞吐率高达1MIPS/MHz，从而可以减缓系统在功耗和处理速度之间的矛盾。该款单片机内部集成了A/D转换模块，无需专用的模/数转换器；同时与传统的8051单片机系列相比增加两个可编程的串行USART接口。该单片机具有40个引脚，16kBFlash片内程序存储器，1kB的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，一个6向量2级中断结构，3个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，片内晶振及时钟电路等功能，完全满足本系统需求。

2.2无线射频收发器

本文设计的无线通信模块采用挪威Nordic公司的nRF905单片射频收发器，该模块采用先进的VLSIShockBurst技术，通过将与RF协议有关的高速信号处理放到芯片内，通过一个SPI接口实现与应用微控制器的通信，并编程配置接口的数据通信速率。nRF905具有ShockBurstRX和ShockBurstTX等多种工作模式，分别是接收模式、发送模式、关机模式和空闲模式；nRF905的工作模式由TRX_CE、TX_EN、PWR_UP三个引脚决定，可有效降低应用的平均电流消耗和对MCU的存储器需求，具有单片、低电压、低功耗等优点。系统硬件电路是以Atmega16单片机和nRF905模块为核心元件，由单片机的I/O端口分别控制nRF905模块的状态接口、模式接口和SPI接口。nRF905的发送流程：

（1）若单片机需要发送数据时，通过nRF905模块的SPI接口，按时序把数据发送目标地址和数据传送给nRF905，可通过器件初始化配置时设定SPI接口的速率；

（2）单片机设置TRX_CE和TX_EN为1，配置nRF905的工作模式为ShockBurstTM发送模式；

（3）nRF905的ShockBurstTM发送模式的工作过程：配置nRF905的射频寄存器自动开启；对发送数据进行数据打包，在数据包中增加字头和CRC校验码；进行数据包的发送；若数据发送完毕，DR引脚置1；TRX_CE引脚置1，准备接收数据；

（4）AUTO_RETRAN被置高，nRF905重复（3）步骤的数据发送，直到数字输入引脚TRX_CE被置0；

（5）当数字输入引脚TRX_CE被置0，nRF905发送过程完成，自动进入空闲模式。另外，nRF905的ShockBurstTM工作模式规定，进行数据发送过程后，将延迟处理TX_EN和TRX_CE的状态改变情况，数据发送过程完毕后才进行处理。只有当前一个数据包被发送完毕，nRF905才能接受下一个发送数据包的任务。

2.3RS232接口电路设计

无线网络节点通过串行通信接口与PC机通信。本文选用RS232串行通信接口，采用的是LVTTL电平标准，即2V～3.3V表示逻辑1，0V～0.4V表示逻辑0。由于两者的逻辑状态不统一，所以需对电平信号进行转换才能实现二者之间的通信，选用MAX3232芯片实现电平信号的转换。

结束语

本文设计基于Atmega16单片机的无线通信系统，充分利用射频无线芯片nRF905的小尺寸、低功耗、低电压及高速数据传输性能，通过设计合理的通信协议,提高了系统通信的可靠性。此外，系统可通过在发送/接收模块中增加功率放大模块提高无线通信距离，并保证系统工作的安全性和可靠性，便于投入实际应用，可应用到短距离无线传呼、工业数据采集、生物信号采集和无线遥控等其它一些无线通信领域，以实现无线数据的双向传输，具有较好的市场应用价值。

作者：欧幸福 陈文凤 李秀忠 方宁 单位：佛山职业技术学院