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1、单片机短距离无线通信系统结构1、主控机 这个部分位于整个系统的最上层，负责控制和管理网络中的所有通信，并 对收集到的节点的数据进行处理，本系统中用PC机作为主控机，利用RS-485连接 数据采集器。2、数据采集器 采用无线信道将无线终端和主控机连接在一起，这里采用 W77E58 单 片机。3、终端节点 它是一个无线数据收发器。终端节点使用中断方式，当它收到上层控制 器（数据采集器）对它的查询请求时，对其作出回应，返回终端节点的状态，这里 用 8051.一、器件选择1、主控机与数据采集器之间使用有线网络，使用 RS-485 与 PC 机连接可有效减少干扰。2、数据采集器部分数据采集器主要负责两方
2、面的工作：一方面与主控机 PC 交换数据，另一方面实时监控 终端节点的数据。由于无线通信部分使用 nRF401 芯片使用串口与单片机相连，而 RS-485 总线也要占用一个单片机串口资源。因此数据采集器至少要有两个串行口，故采用 W77E58 作为主控制芯片。3、终端节点控制器要求体积小、功耗小，故选择AT89S25作为终端节点的控制器。二、系统功能数据采集器：接收PC机发送的查询命令后启动无线通信过程；通过nRF401与各个终端节点进行通信，并负责通信数据的校检和错误处理；使用 RS-485 网络将结果返回至PC 机。三、无线通信芯片 nRF401XC1、XC2 （引脚1、20）这两个引脚用
3、于连接外部参考晶振，其中XC1为晶振输入，XC2 为晶振输出。Vdd （引脚2、13）电源输入，电压范围2.75.2。Vss （引脚3、7）电源接地。FILT1 （引脚4）滤波器接入端。VCO1、VCO2 （引脚5、6）外接压控震荡电感。DIN （引脚9）发射数据输入端，该引脚用于从单片机接收要发送的数据。DOUT （引脚10）接收数据输出端，该引脚将无线收到的数据送入单片机。 RF_PWR （引脚11）发射功率设置。CS （引脚12）频段选择端，CS=0，芯片工作在433.92MHZ频段，CS=1，芯片工作频段 为 434.33MHZANT1 ANT2 （引脚 16、15）天线接口。PWR_
4、UP （引脚18）低功耗控制，该引脚为高电平时，芯片处于正常工作状态，该引脚 为低电平时，芯片为待机状态。TXEN （引脚19）工作模式切换，该引脚为高电平，芯片为数据发送状态，该引脚为低 电平时，芯片为数据接收状态。图为无线收发模块电路模块:nRTwaVCT1VCO2 VSS VDDDIN DOUT2左 imqix 15 nunANTANT2在本设计中，无线射频模块采用挪威Nor die公司推出的nRF401无线收发芯片。 该芯片使用433MHz ISM频段，是真正的单片UHF无线收发一体芯片，他在一个20 脚的芯片中包括了高频发射、高频接收、PLL合成、FSK调制、FSK解调、多频道切 换
5、等，是目前集成度最高的无线数传产品1。无线射频模块采用在板差分环形天线， 天线端口的负载阻抗为380Q,其电路原理见上图，图中列出了各外围元件的参数，其 中 J1 口为无线射频模块与控制模块的接口。硬件电路的设计要点如下：(1) 射频电路对于电源噪声相当敏感，必须采用星形布线的方法使数字部分和RF 部分有各自的电源线路，并且应在靠近集成电路电源引脚处分别去耦2。(2) 外接VCO电感应选用高频电感，Q45，精度为2%,本设计采用深圳顺 百科技有限公司的LQW18AN22NG00,电感的精度对无线通信的距离有较大的影响， 也可使用精度为5%的，但通信距离会大大减小。VCO电感连线应与其他控制线保
6、持 一定的距离，应避免数字控制线从电感引脚之间经过，并且应该使VCO电感元件的中 心距离nRF401的VCO1, VCO2引脚焊盘的中心5.4mm左右，电感元件的选择与 布局很重要，是设计成败的关键点。(3) 在电路板的正反两面均使用大面积铺铜作为接地面，使所有的器件容易去耦， 两面的铺铜应使用多个过孔相连，所有对地线层的连接必须尽量短，接地过孔应放置在 非常靠近元件的焊盘处2。(4) 天线的设计使用PCB板的环形天线，尺寸为35mmx20mm，天线增益为 11dB,天线阻抗为380Q,天线应位于PCB板的顶部，天线部分不要铺铜，有关环 形天线的设计可参考Nor die公司的技术文档nAN44
7、0 03和nAN400 05。(5)如果PCB板的VCO电感设计合理，当模块处于接收状态时，nRF401的 第4管脚电压为1.10.2V。四、数据采集器模块 数据采集模块由于要使用两个串口分别对上层和下层通信，因此主控制器使用华邦公司 的W77E58单片机，其中串口 0通过RS-485总线接口与控制机相连，串口 1则负责连 接 nRF401 通信模块，使用无线通信与无线终端节点通信。的 nRF401 控制线如下P1.2DOUTP1.3DINP1.4TXENP1.5PWRUPP1.6CS数据采集器模块中，使用 Maxin 公司的 MAX485 芯片组成 RS-485 接口电路，其中单 片机的P1
8、.0、P1.1引脚控制MAX485的DE端和RE端RXD、TXD引脚接入RS-485网络。 P1.2P1.6作为nRF401控制和数据信号通过双排针与nRF401模块连接，各个引脚对应P1.2 为 W77E58 串口 1 的 RXD 端P1.3 为 W77E58 串口 1 的 TXD 端接收/发送状态切换待机状态控制端片选端五、终端节点终端节点一方面通过I/O接口读取外部设备的状态信息，另一方面它通过无线接口响应 上层控制器发送的查询请求，回送当前信息。主控芯片使用Atmel公司的51系列CPU AT89S52，工作电压为3.3V。设计上使用单片机内部串口连接nRF401通信模块，P1.0 至
9、P1.2依次为nRF401的控制端CS、PWR-UP和TXEN。外部信号接口共有4个，分别 为Lpause、Wpause、Ppause和INT1，通过光电耦合器件TLPS21连接单片机的P1.5、 P1.6、P1.7和INTR1引脚。该芯片使用SPI总线，单片机的P1.3和P1.4分别作为时钟控 制端 SCL 和数据控制端 SDA。六、系统软件设计Void init_serial(void) IE=0xd2;IP=0x02;TMOD=0x21;TL0=0x78;THD=0xec;PCON=0x80;WDCON=0x83;TL1=0xfa;SCON=0x50;SCON1=0x50;TR1=1;rL21Li.1 IIri F-J一肆m【丨丨丄LU F P F U PQEzIHJUJl丨丨Jeg4;H PU:;i_i芝英zuZDubii-j2l-JuN；.!-；：DOI62r-jr-J0*J 6 Mi JL j Q 1 e 6 s 區 G? kJ:卜1111111111匚）p g 7 6 5 4 3 卜1 u孑焙諾“;J?043g8f3523znTTznJhkdi-1兀i.H 二T!i45t霍二JCI 乱9SiC-IGDifiN亢nMCC.I3 733ILLE、ZI；二dli12IIh LL3jS .iYXliJUF詁*；15LICC2I;严5S；托
