标签: 无线数传

　　近年来， 随着无线通信技术的发展， 无线通讯设备的集成化越来越高。本文介绍了一种选用高性能、低功耗的32位微处理器STM32F103和射频收发芯片nRF24L01来设计短距离无线数据传输系统的具体方法。 　　1 系统设计 　　短距离无线数传系统主要由电源管理器AMC7635、微控制器STM32F103、射频收发器nrf24l01三部分组成。下面分别介绍其关键电路。 　 　1.1 电源电路 　　本设计的电源采用3.7V锂电池供电， 然后经低压降电源管理芯片AMC7635， 以产生3.0V的电压来为STM32F103和nRF24L01供电， 图1所示是本系统的供电电路。 图1 系统供电电路 　 　1.2 微控制器电路 　　微控制器选用带ARM Cortex -M3 内核的STM32F103。STM32F103控制器具有高性能、低功耗、低电压等特性， 同时具有高集成度和易于开发的优势。图2所示是该系统中的微控制器电路。控制器与射频收发器nRF24L01的接口采用SPI口来实现， 即图2 中SPICS、MOSI、MISO和SCK四条信号线和CE和INT0两条信号线。另外，该控制器还可以扩展一路主板RS232 口和8 路GPIO口输出。 图2 微控制器电路 　　1.3 射频收发电路 　　nRF24L01可工作于2.4 GHz～2.5 GHz ISM 频段， 该收发器内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块， 是一款集成度较高的无线收发器。nRF24L01的外部电路比较简单， 而且融合了增强型ShockBurst技术， 其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。同时，该芯片的功耗极低， 在以-6 dBm的功率发射时，其工作电流只有9 mA;而在接收时， 工作电流只有12.3 mA。nRF24L01的控制电路可与STM32控制器的SPI口和GPIO口相连接。图3所示是该芯片组成的射频收发电路原理图。 图3 射频收发电路 　　2 系统程序设计 　　本系统可在STM32F103上移植UCOSII操作系统。系统程序主要分为主机的系统初始化程序、键盘和显示程序及射频收发器nRF24L01的控制程序三大部分。图4所示是其软件程序流程。 图4 系统程序流程图 　　系统程序设计的关键是UCOSII操作系统的移植和SPI口通信控制。有关操作系统的移植， 芯片厂商在官网上已有范例提供， 本文不再赘述。  　下面列出系统SPI初始化及收发函数的程序源码。 　　void SPI_Initial (void) 　　当然， 也可以用GPIO口来实现SPI通信， 但前提是通信速率要求不是很高。由于要通过GPIO口模拟实现SPI的突发传送协议， 而且要兼顾其通用性， 故其程序较为复杂。 　　 3 结束语 　　经现场调试证明， 本文给出的无线数传系统具有成本低， 速率高， 传输可靠等优点。在实际应用中， 还可根据需要将nRF24LOl组成一对一、一对多、多对多的结构。因此， 该系统可以广泛应用于无线测控、文件传输、家庭无线应用、工业控制等场合。

　　ZigBee技术是一种最新兴起的功耗较低、数据传输速率低、传输距离短、低成本、复杂度低的无线网络技术，IEEE80211514是它的基础标准，这是IEEE无线个人区域网PAN（PersonalAreaNetwork）工作组的一项标准。伴随着MEMS技术和无线通讯技术、传感器技术的飞速发展，无线传感器网络在工业控制、军事生产、生活、医疗、教育科研中有了更广泛的应用。为此，论述了在智能家居中一种架构于CC2430芯片基础上面的无线数据传输模块的设计方法。 　　1　ZigBee技术及其优势 　　ZigBee技术是一种新兴的无线网络技术，具备了IEEE80211514强有力的无线物理层所规定的全部优点：省电、简单、成本又低的规格；并增加了逻辑网络层、网络安全层和应用层。ZigBee的主要应用领域包括无线数据采集、无线工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、家庭和楼宇自动化、医用设备控制、远程网络控制等场合，其技术的主要优点：①数据传输速率低；②功耗低；③通信可靠性高；④时延短；⑤网络容量大；⑥数据的安全性高。 　　由于无线传感器网络本身要求节点密集、节能、方便路由等技术特点，可以看出应用ZigBee技术作无线传感器网络节点的无线通讯是可行的。 　　2　CC2430芯片简介 　　CC2430是芯片巨人TI公司收购无线单片机公司CHIPCON后推出的全新概念新一代ZigBee无线单片机系列芯片。CC2430芯片延用了以往CC2420芯片的架构，在CC2420的基础上绑定了ZigBee协议栈，具有128KB可编程闪存和8KB的RAM和其他一些功能，适用于IEEE80211514和ZigBee应用。在接收和发射模式下，电流损耗分别低于27mA或25mA.CC2430芯片的主要特点如下： 　　①较宽的电压范围（210～316V）； 　　②优良的无线接收灵敏度和强大的抗干扰性；在休眠模式时仅019μA的流耗，外部中断或RTC能唤醒系统；在待机模式时少于016μA的流耗，外部中断能唤醒系统；硬件支持CSMA/CA功能； 　　③4种可编程功耗模式；可编程的看门狗定时器；上电复位功能；支持硬件调试功能； 　　④8KB的SRAM,其中4KB可在所有功耗模式下保持数据；兼容RoHS的7×7mmQLP封装； 　　⑤32MHz单指令周期低功耗的8051微控制器核；集成兼容IEEE80211514标准214GHz频段的RF无线电收发机； 　　⑥集成了14位模数转换的ADC;集成AES安全协处理器；带有2个强大的、支持几组协议的USART,以及1个符合IEEE80211514规范的MAC计时器，1个常规的16位计时器和2个8位计时器。 　　3　总体硬件设计 　　智能家居安防中的红外检测设计与实现主要要求检测屋里是否有人入侵，无论是潜伏里面的或是刚进入的，能把报警信息反馈到主人跟物管处，方便主人无论是白天或晚上外出，能知道家里情况。检测只能在屋里进行，排除屋外的检测，造成报警干扰。故检测部分选用红外，其优点为： 　　①探测器只响应红外线，故白天、黑夜均可以工作； 　　②能鉴别出运动的生物与其他非生物； 　　③能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号； 　　④遇障碍物通讯中断。 　　其中无线传感器网络的节点通常由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和电源模块构成。处理器模块和无线通信模块采用CC2430芯片，大大地简化了射频电路的设计。 　　传感器模块采用集成红外线探测传感器PD632和微功率运算放大器HT9274集成电路。电源模块采用两节115V的5号电池供电。在设计中CC2430的引脚P115用于SCK,P111用于DATA输入，P112用于数据传送时亮灯显示。 　　4　程序设计 　　系统的软件架构由数据采集端软件和数据接收端的软件组成，都包含有发射程序和接收程序。其中都含有初始化的程序。其中初始化的程序主要是对单片机射频芯片SPI等进行初始化设置；发射程序将打包的数据包通过单片机的SPI接口送至射频发生模块输出；接收程序完成终端采集数据的接收并做出相应的处理。其中数据采集软件流程图如图1所示。在数据采集和数据传输过程中，MCU微控制器首先初始化管理跟信道的选择，低功耗定时器运行准备接收信号，等待传感器请求信号，假如请求合法，则初始化采集数据，采集完毕后通过CC2430发送，完成数据采集功能。   　　下面给出数据采集主程序。 　　5　结语 　　在总结归纳对芯片CC2430已有研究设计的基础上，阐述了基于CC2430的无线传感器网络节点硬件和软件的设计与实现。经实验测试，节点能够采集红外的检测数据并将采集的数据传回主机，实现智能家居中的红外报警信号的收发。本文的研究为进一步的安防系统设计提供了一种设计方案。 　　通过努力，一个功能更加完善，并且基于ZigBee技术的智能家居安防系统将会得到应用。

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