1. 引言

　　在儀器儀表及測控技術中，無線數據通信以其節省傳輸線、使用方便等優點被廣泛關注。中短距離（小于500 米）的無線通信在自動測試系統、無線抄表、計算機遙測遙控系統、車輛監控系統和小區管理等實際應用中有廣泛的市場。在眾多的無線收發芯片中，nRF401 以其成本低、可靠性高、外圍設計簡單廣受歡迎，然而由于通信空間的復雜性，無線通訊系統很容易收到誤碼，即使在發送端不發送數據的情況下，接收端也仍然會接收到大量的干擾數據。在一個中等規模的系統設計中，CPU 要進行多種操作，如外部存儲器的訪問，傳感器數據的處理等，因此無線通訊干擾信息較多時，特別是在中斷通訊模式下，頻繁的中斷將嚴重影響主程序的運行，另外由于對nRF401 的操作除了控制輸入輸出外，還需要對nRF401的收發狀態、運行模式切換，因此對于一個總線結構的系統（如485 通訊模式），無線通訊部分也作為一個獨立ID 模塊時，傳統的設計處理遇到了困難。因此需要設置一個中間處理環節，既能有效過濾信息又不影響通訊速率。

　　為解決上述問題，本設計基于nRF401 作為無線收發芯片，使用兩片AT89C2051 作為控制芯片，設計出一套無線通訊系統。其中一片AT89C2051（定義為控制芯片A）控制nRF401，AT89C2051 的IO 接口與串口配合控制nRF401 實現異步通訊；另一片AT89C2051（定義為控制芯片B）既能滿足總線串口的要求，又能解決控制芯片A 由于頻繁串行中斷而不能及時響應總線的問題，起到分擔任務、隔離干擾、串口擴展的作用。采用兩片2051單片機設計方法，與采用一片雙串口單片機設計相比，能降低成本、提高芯片利用率、隔離干擾。實踐表明該系統結構簡單、抗干擾能力強，能很好解決短距離系統之間的無線通信問題。

　　2. 系統硬件設計

　　系統硬件設計包括無線通訊模塊和通訊控制部分。

　　2.1 基于nRF401 的無線通訊模塊設計

　　nRF401是Nordic公司研制的單片UHF無線收發芯片，工作在433MHz ISM頻段。在接收模式中，nRF401被配置成傳統的外差式接收機，所接收的射頻調制的數字信號被低噪聲放大器放大，經混頻器變換成中頻，放大、濾波后進入解調器。解調后變換成數字信號輸出(DOUT端)。在發射模式中，數字信號經DIN端輸入，經鎖相環和壓控振蕩器處理后進入功率放大器射頻輸出。在本系統設計中，為了避免干擾，將基于nRF401的無線收發部分做在一塊單獨的PCB板上，引出通訊控制接口(J1)，組成獨立的無線收發模塊。

　　2.2 基于AT89C2051 的控制系統設計

　　控制部分包括兩片AT89C2051，控制芯片A 負責處理無線收發模塊數據信息，并與控制芯片B 通過P1 口以中斷1 方式進行數據交流。控制芯片B 負責處理來自串口的信息，并與控制芯片A 進行數據交流。由于兩片AT89C2051 以中斷方式并行傳輸模式傳輸數據，其數據交換時間遠小于單片機串口通訊時間，因此不會影響整個系統的半雙工通訊時間。為了滿足各種要求，串口通過跳線被設計成232 模式、485 模式和UART 模式。

　　3. 系統軟件設計

　　3.1 通訊協議

　　在無線通信的過程中，由于外部環境的干擾，通常誤碼率比較高，即使發射方不發送數據，接收方仍會經常接收到由于外部干擾而產生的雜亂數據，為了在接收的過程中區分接收到的數據是否為有效數據，必須有一定的通信協議。在傳輸數據量不大時，為有效處理信息，本系統設計以下通訊協議：