无线通信总体设计方案

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1、三.总体方案设计1.1设计要求1.1.1 基本要求（1）单片机A可按键实时输入a-z, 0-9英文文本，并显示，通过无线通信 把数据传送到B端，B显示出接收的文本；（2）A显示时钟并通过无线通信把传送到B, B显示A的时钟数据。1.1.2发挥部分（1）A增加环境温度检测并传送给B显示；（2）A增加简单图形发送并传送给B显示；（3）其它。1.2无线数据通信设计原理无线数据通信系统，我们采用了以 89C52 单片机为主控芯片通过 NRF2401 无线通信模块进行传递和接收信息。NRF2401主要工作于2.4-2.5GHZ ISM频段， 芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调解器等功能模块，

2、输出功率 和通信频道可通过程序进行配置。并通过自制键盘输入传递给显示模块进行各种 数据的输入和控制，由于是两个液屏，所以我们通过单片机控制可以直接在收发 两端显示输送内容和时钟信息。1.3无线数据通信模块方案比较及论证根据设计要求，这次设计我们由五个模块构成，包括：电源模块；主控模块； 射频发射及接收模块；探测模块；显示模块。1.3.1电源模块方案一：采用交流电经直流稳压处理后供电采用交流电提供直流稳压电源，电流驱动能力及电压稳定性最好，且负载对 电源影响也最小。但由于需要电线对单片机供电，极大影响了我们对地域的选择， 使得电源对地域的要求比较狭窄，固定性太强。而且人为增加了不必要的对硬件 进

3、行的焊接时间。故我们放弃了这一方案。方案二：采用蓄电池供电蓄电池具有较强的电流驱动能力和较好的电压稳定性能，且成本低廉。可采 用蓄电池经7812芯片稳压后给电机供电，再经过降压接7805芯片给单片机及其 他逻辑单元供电。但蓄电池体积相对庞大，且重量过大，相对设计模板显得比较 的笨重和不便，不适合我们采用设计原则的一一精致。故我们放弃了这一方案。方案三：采用干电池组进行供电采用三节干电池直至4.5V后给单片机及其他逻辑单元供电，并为单片机及 复位开关供电。这样产生的干扰并不会大，基本不会影响到逻辑单元和单片机的 工作。干电池用电池盒封装，体积和重量较小，携带方便。在稳压方面，购买的 电池盒相当可

4、靠，也减少了自身一部分的设计时间。根据电池电量选择合适功率 即可。综合考虑，我们采用方案三。示意图如下1.3.2主控模块作为单片机原理及应用和几位老师对单片机的介绍，我们直接选用了老师推 荐的，89C52单片机作为主控模块。51单片机是对目前所有兼容Intel 8031指令系统的单片机的统称。该 系列单片机的始祖是Intel的8031单片机，后来随着Flash rom技术的发展，8031单片机取得了长足的进展，成为目前应用最广泛的8位单片机之一， 其代表型号是ATMEL公司的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。 目前很多公司都有51系列的兼容机型推出，在目前乃至今后很长的一段时 间内将

5、占有大量市场。51单片机是基础入门的一个单片机，还是应用最广泛 的一种。在设计开发过程中我们使用课程设计提供的开发板进行程序调试和下载，能 成功的实现模块的各种功能。1.3.3射频发射及接收模块方案一：一般的LC振荡器。可是其频率稳定度及一致性较差，即使米用高 品质微调电容，误差变化及振动也很难保证已调好的频点不会发生偏移。故我们 放弃了这个设计方案。方案二：射频发射及接收模块我们采用的是nRF2401。nRF2401是一款新型 单片射频收发器件,工作于2.4 GHz2.5 GHz ISM频段。内置频率合成器、功率 放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，并融合了增强型ShockBurst技术，

6、其 中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低，在以-6 dBm的功 率发射时，工作电流也只有9 mA;接收时，工作电流只有12.3 mA,多种低功率 工作模式（掉电模式和空闲模式）使节能设计更方便。我们选择Nrf2401的三大优势在于：尽量减能；低的系统维护费用（低速微 处理器也能进行高速射频发射）；数据在空中停留时间短，抗干扰性强nRF2401 的ShockBurst技术同时也减小了整个系统的平均工作电流。根据综合考虑，我们选择方案二，示意图如下：* 1 I h1.3.4探测模块这里的探测模块主要研究的是温度探测模块，因为这个探测模块的极小性。我们 直接选用了 DALL

7、AS公司的DS18B20作为温度传感器。DS18B20温度范围在-55。+135。转换精度在9到12为进制数，可编程 确定转换的位数；测温分辨率为9位精度为0.5C,12位精度为0.0625C；转 换时间：9位精度为93.75ms、10位精度为187.5ms、12位精度为750ms；内部 有温度上、下限告警设置。DS18B20采用TO-92封装模式。1.3.5显示模块在显示模块方面我们选用了两种显示模块包括TX05D99VM1AAA和12864。TX05D99VM1AAA由日立（Hitachi）生产的TFT类型液晶显示屏，他能直接于51系列单片机等MCU相连。由HD66772/HD66774S

8、芯片驱动，显示色屏方面很清晰。128*64点阵液晶模块简称12864。显示效果黄绿底黑字。12864屏显成 本相对较低，适合我们这种小型设备使用，只要通过排孔连接即可使用，实用性强。L 19 C |寸 IE 一12864原理图最终方案如下：使用干电池组对系统进行供电，制作STC89C52单片机为中心的小系统模块, 进行传输和下载程序，并通过DS18B20温度传感器和nRF2401无线收发模块接收 数据并传入STC89C52单片机中，利用TX05D99VM1AAA和12864液晶显示屏对输 入数据的显示。即很好的实施了学校提供给我们的总体设计方案。三.单元模块设计电路原理图及模块设计1.1电源模

9、块经过测量，一般四节新南孚电池串联带负载后可提供5.8V电压。经过二极 管稳压至5.15.2V后给逻辑器件供电并给系统提供高电平标准。1.2主控模块使用STC89C52单片机对温度传感器和nRF2401无线收发模块进行系统汇总， 并通过引脚将输入信息传输给显示模块，使其稳态显示。引脚10 连接温度传感 器，在软件部分我们可以看到，随着程序的不断完善，系统渐渐呈现出一致性， 并逐步实现各种要求的功能。1.3射频发射及接收模块nRF2401 实现了，尽量减能；低的系统维护费用（低速微处理器也能进行高 速射频发射）；数据在空中停留时间短，抗干扰性强。 nRF2401 的 ShockBurst 技 术

10、同时也减小了整个系统的平均工作电流。通过 nRF2401 的稳定无线传输下， 进一步实现了12864 液屏的显示功能。该射频模块集成了 NORDIC 公司生产的无线射频芯片 nRF24L01；1. 支持2.4GhzDE全球开放ISM频段，最大发射功率OdBm2. 2Mbps,传输速率高3. 功耗低，等待模式时电流消耗仅 22uA4. 多频点（125 个），满足多点通信及调频通信需求5. 在空旷场地，有效通讯距离：25m （外置天线）、10m （PCB天线）6. 工作原理简介：发射数据时，首先将 nRF24L01 配置为发射模式，接着把地址 TX_ADDR 和 数据 TX_PLD 按照时序由 S

11、PI 口写入 nRF24L01 缓存区， TX_PLD 必须在 CSN 为低时连续写入，而TX_ADDR在发射时写入一次即可，然后CE置为高电平并 保持至少10us,延迟13Ous后发射数据；若自动应答开启，那么nFR24L01在发 射数据后立即进入接受模式，接受应答信号。如果收到应答，则认为此次通信成 功, TX_DS置高，同时TX_PLD从发射堆栈中清除：若未收到应答，则自动从 新发射该数据（自动从发已开启），若重发次数（ARC_CNT）达到上线，MAX_RT 置高，TX_PLD不会被清除；MAX_RT或TX_DS职高时，使IRQ变低，以便通 知MCU。最后发射成功时，若CE为低，则nRF

12、24L01进入待机模式1；若发送 对战中有数据且CE为高，则进入下一次发射；若发送对战中午数据且CE为高， 则进入待机模式 2。接收数据时，首先将nFR24L01配置为接受博士，接着延迟130us进入接收 状态等待数据的到来。当接收方检测到有效的地址和CRC时，就像数据包存储 在接受堆栈中，同时中断标志位RX_DR置高，IRQ变低，以便通知MCU去取 数据。若此时自动应答开启，接收方则同时进入发射状态回传应答信号。最后接 收成功时，若CE变低，则nRF24L01进入空闲模式1。1.4 探测模块DS18B20 实现温度探测的实效性，在 STC89C52 单片机的不断扫描中，实现 即探即收的过程，快速且准确的通过STC89C52单片机的传输显示于液屏中，实 时反映。1.5 显示模块利用TX05D99VM1AAA和12864液晶显示屏对输入数据的显示。实现了多样性 的显示（彩屏和蓝屏的显示），使人对画面产生一定的兴趣，而不感到厌倦。由 于这两款液屏的显示、接收效果相对较好，也是我们能顺利并成功完成任务的关 键所在。