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0 引言
隨著當今電子科技的飛速發展，各種智能化控制系統(比如智能化小區內部的無線抄表系統、門禁系統、防盜報警系統和安全防火系統等)、工業數據采集系統、水文氣象控制系統、機器人控制系統、數字圖像傳輸系統等等，都已經離不開數據信息的電子傳輸。可以說，數據信息傳輸系統是各種智能化控制系統的重要組成部分。而數據傳送大部分采用有線數據傳送方式，如并行傳送、串行傳送和CAN總線等等。在有線數據傳輸方式當中。數據的傳輸載體是雙絞線、同軸電纜或光纖。其實，數據傳輸還可以用無線傳輸方式，即通過空氣或真空實現數據傳送。相比于傳統的有線數據傳輸方式，無線傳輸方式可以不考慮傳輸線纜的安裝問題，從而節省大量線纜，降低施工難度和系統成本，因而是一個很有發展潛力的研究課題。
本文給出了用ATMEGA16" title="ATMEGA16">ATMEGA16L單片機和nRF905" title="nRF905">nRF905無線射頻" title="無線射頻">無線射頻器收發組成的一種無線數據傳輸系統的設計方案。該系統由發射和接收模塊組成。發射模塊主要將要發送的數據經單片機處理后，通過nRF905發送出去。在接收模塊中，nRF905則將數據正確接收后通過數碼管顯示出來，從而實現短距離的無線通信。
1 收發系統" title="收發系統">收發系統硬件設計
1.1 系統硬件總體方案
本系統的總體框圖如圖1所示，圖中箭頭指向表明信號的走向。本系統從功能上可以分為電源模塊、中心控制模塊、無線收發模塊、接收數據顯示模塊等四個部分。
本設計需要3.3 V電壓。故可用三端可調輸出集成穩壓器LM317來產生3.3 V電壓。圖2所示是用LM317產生3.3 V電源電壓的電路原理圖。
該系統選擇AVR ATMEGA16L單片機來進行控制電路的設計。其原因主要是該單片機具有以下特點：
(1)速度快
AVR單片機在單一時鐘周期內能夠執行功能強大的指令，每MHz可實現MIPS的處理能力，是具有最高MIPS／mW能力的8位單片機。AVR單片機采用大型快速存取寄存器文件和快速單周期指令。其快速存取RISC寄存器文件由32個通用工作寄存器組成。
(2)片內資源豐富
內含8通道10位AD轉換器的最高采樣率為15kSPS，可滿足本系統所要求的8kSPS的要求；SPI(Serial Peripheral Interface，串行外設接口)控制器可簡化單片機與串行DAC和無線收發芯片之間的通訊，減少連線；而512字節的EEPROM則可在掉電時存儲用戶信息：該單片機有兩個外部中斷，可確保單片機及時響應并處理最新收到的信息。
(3)可重復擦寫并可在系統編程(ISP)
AVR單片機ATMEGA16L中的程序存儲空間采用的是Flash存儲技術，因此，該單片機的內部存儲單元可在線重復擦寫1000次以上。
(4)低功耗
AVR ATMEGA16L單片機的工作電壓范圍為2.7～5.5 V，同時具有休眠省電功能(POWERDOWN)及閑置(IDLE)低功耗功能，此時的一般耗電在1～2.5 mA之間。由于本系統以移動性和低功耗見長，因此，采用此單片機芯片可以滿足系統對功耗的要求。
(5)帶有同步串行接口SPI
SPI是一種同步串行外圍總線系統接口，它可以使微處理器與各種外圍設備以同步串行方式進行信息交換。SPI總線一般使用四根信號線：SCK(串行時鐘)、MISO(主機輸入／從機輸出)、MOSI(主機輸出／從機輸入)和SS(低電平有效的從機選擇)。利用SPI總線可以在軟件控制下構成各種系統。
ATMEGA16L單片機內含一個標準的SPI接口，可用于單片機與單片機或外設之間進行高速同步數據傳輸。它使用標準的四線接口。SCK、MISO、MOSI、／SS分別與PB7、PB6、PB5和PB4復用。在硬件設計時，本設計把MCU的SPI接口、nRF905的SPI接口．以及另外選定的幾個I／O口連接到nRF905的輸入輸出信號。ATMEGA16L與外圍器件的連接電路見圖3所示。
系統中的無線收發電路采用挪威Nordic公司的單片無線收發器芯片nRF905。該芯片的工作電壓為1.9～3.6 V，采用32引腳QFN封裝(5×5 mm)，可工作于433／868／915 MHz三個ISM(工業、科學和醫學)頻段，是一個真正的單片UHF無線收發芯片。nRF905采用FSK調制解調技術，頻道之間的轉換時間小于650μs。nRF905集成度高，由一個完全集成的頻率調制器、一個帶解調器的接收器、一個功率放大器、一個晶體振蕩器和一個調制器組成，工作頻率穩定可靠，外圍元器件少，不需外加聲表濾波器，ShockBurstTM工作模式，能自動產生前導碼和CRC(循環冗余碼校驗)，使用SPI接口與微控制器通信，配置非常方便。此外，nRF905最高工作速率可達20 k，發射功率可以調整，最小為-10 dBm，最大為+10 dBm。其功耗非常低，以-10 dBm的輸出功率發射時電流只有11 mA，工作于接收模式時的電流為12.5 mA，內建空閑模式與關機模式，易于實現節能，適合便攜式產品的設計。
1.5無線收發電路設計
本系統的無線發射接收電路主要利用nRF905與外圍器件構成的電路組成，其主要部分是天線。簡而言之，就是一個特定形狀的導體，它可以將電流轉化為射頻能量并以電波形式發射出去．或將無線電波接收進來。任何一個無線系統都有天線，天線設計的好壞直接影響無線系統的收發能力。圖4所示是用nRF905差分連接的環形天線圖。
本系統中的無線數據傳輸主要由無線數據收發器nRF905、ATMEGA 16單片機和顯示部分組成。nRF905收發器與單片機ATMEGA16L間通過SPI口進行通信。因此，軟件設計過程中的重點是nRF905數據的發送和接收過程。
2.1 nRF905的數據發送過程
發送數據時的工作流程如圖5所示。當MCU有遙控數據節點時，接收點的地址(TX-address)和有效數據(Tx-payload)將通過SPI接口傳送給nRF905。設計時應使用協議或MCU來設置接口速度。
如果AUTO-RETRAN被設置為高電平，那么，nRF905將連續地發送數據包，直到TRX-CE被設置為低電平為止；而當TRX-CE被設置為低電平時，nRF905則結束數據傳輸，并將自己設置為standby模式。
2.2 nRF905的數據接收過程
當系統接收數據時，其接收數據流程圖如圖6所示。系統的工作過程如下：
首先，在650μs以后，nRF905將不斷監測空中的信息；當nRF905發現有和接收頻率相同的載波時，其載波檢測(CD)被置為高電平；此后，當nRF905接收到有效地址時，地址匹配(AM)被置為高電平；
在這之后，當nRF905接收到有效的地址包(CRC校驗正確)時，nRF905將去掉前導碼、地址和CRC位，同時將數據準備就緒位(DR)置為高電平，并用MCU設置TRX-CN為低電平，以進入standby模式，從而使MCU能夠以合適的速率通過SPI接口讀出有效的數據；當所有的數據讀出后，nRF905將AM和DR設置為低電平，以便使nRF905準備進入ShockBurst RX、ShockBurst TX或Powerdown模式。
3 結束語
無線射頻收發芯片nRF905內置有天線，同時內部集成有調制，解調、編碼／解碼等功能，故在通信過程中能自動生成前導碼和CRC校驗，而不需要"接人"網絡就能享受通信服務。本設計根據nRF905的特點設計的無線數據收發系統，經過多次實驗證明，其發射端能正確地將數據傳送出去；同時，經nRF905發射后，接收端也能正確接收并顯示數據，有效通信距離大于200米。在有障礙物體的混凝土結構的建筑內測試，其有效直線通信距離大于50 m。此外，該系統采用了比較完善的軟件、硬件設計以及抗干擾措施，這樣，就可以保證系統工作的安全性和可靠性，并具有通用性，便于投入實際應用，而且稍作改動就可以應用到小區傳呼、工業數據采集、生物信號采集，無線遙控等其它一些短距離無線通信領域，以實現無線數據的雙向傳輸，具有較好的市場應用價值。
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