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基于ARM和nRF905的無線數據收發系統
現代電子技術
段智文 陳 惠
摘要: 基于ARM和nRF905的無線數據收發系統,為無線隨動控制系統的數據傳輸所設計的無線數據收發系統,采用ARM LPC2148和nRF905構成,工作在433 MHz的ISM頻段,最遠傳輸距離可達1 000 m,數據速率為50 Kb/s,工作電壓為3.3 V,在發射功率為-10 dBm時,電流消耗為11 mA,低功耗模式時電流消耗僅為42μA。系統采用DSS+PLL頻率合成技術和GMSK調制,信道數最多可達170個,能夠滿足需要多信道工作的特殊場合使用。
Abstract:
Key words :

所設計的無線數據收發系統是無線隨動控制系統的重要組成部分,主要由nRF905無線收發模塊和LPC2148 ARM開發板組成,用來實現手動系統與隨動系統之間的無線數據傳輸,有效地解決了在惡劣環境下布線困難的問題。

1 nRF905無線收發模塊
    nRF905是一個工作在433/868/915 MHz的ISM頻段,完全集成的單片無線收發器芯片。nRF905芯片內部包含有一個完全集成的調制器、帶解碼器的接收器、功率放大器、晶體振蕩器等電路。其采用DSS+PLL頻率合成技術和GMSK調制,頻率穩定性非常好,抗干擾能力強;可以很容易通過SPI接口編程配置其工作模式;最多信道數可達170個,能夠滿足需要多信道工作的特殊場合;最遠傳輸距離可達1 000 m;最高數據速率為50 Kb/s;工作電壓為1.9~3.6 V;在發射功率為-lO dBm時,電流消耗為11 mA;在接收狀態時,電流消耗為12.5 mA,具有低功耗模式;采用32引腳端的QFN 5 mm×5 mm封裝。
    nRF905通過對TRX_CE,TX_EN,PWM_UP的設置來實現不同的工作模式,工作模式如表1所示,模式設置如表2所示。


    nRF905的工作模式通過SPI接口對芯片內部的寄存器進行配置實現。所有配置字都是通過SPI接口送給nRF905。SIP接口的工作方式可通過SPI指令進行設置。當nRF905處于空閑模式或關機模式時,SPI接口可以保持在工作狀態。
    SPI接口由狀態寄存器、射頻配置寄存器、發送地址寄存器、發送數據寄存器和接收數據寄存器5個寄存器組成。狀態寄存器包含數據準備好引腳狀態信息和地址匹配引腳狀態信息;射頻配置寄存器包含收發器配置信息,如頻率和輸出功能等;發送地址寄存器包含接收機的地址和數據的字節數;發送數據寄存器包含待發送的數據包的信息,如字節數等;接收數據寄存器包含要接收的數據的字節數等信息。
    nRF905的應用電路如圖1所示,nRF905外圍元件均采用貼片封裝形式。



2 LPC2148開發板與無線收發器電路模塊的連接
    nRF905無線收發器電路模塊與LPC2148開發板的連接如圖2所示。兩者之間的通信是通過SPI接口進行的,LPC2148有2個專用SPI總線接口,用戶也可使用模擬SPI對nRF905進行操作,此處采用LPC2148的SPI0。搭建兩個這樣的模塊即可以組成一個無線數據收發系統,示意圖如圖3所示。



3 無線收發系統程序設計
    無線收發系統主程序包含有發射和接收兩部分,用來完成數據的收發。
3.1 發射部分
    使用定時器0定時1 s,每隔1 s蜂鳴器開啟且發送一次數據,發送完一次數據后蜂鳴器停止嗚叫。發射部分流程圖如圖4所示。


    啟動ADS 1.2,使用ARM Executable Image forLPC2148工程模板創建一個工程。使用過程中,要將nRF905.c和nRF905.h包含入工程。nRF905.c中包含了nRF905的管腳初始化和配置函數,nRF905.h中包含nRF905的管腳定義、地址定義等。
3.2 接收部分
    接收部分的程序流程圖如圖5所示。


    系統收發程序清單讀者如有需要可以向作者索取。

4 結語
    采用LPC2148和nRF905構成的無線數據收發系統工作在433 MHz的ISM頻段,最遠傳輸距離可達1 000 m,數據速率為50 Kb/s。工作電壓為3.3 V,在發射功率為-10 dBm時,電流消耗為11 mA。由于系統采用DSS+PLL頻率合成技術和GMSK調制,頻率穩定性非常好,抗干擾能力強;可以很容易通過SPI接口編程配置其工作模式。信道數最多可達170個,能夠滿足需要多信道工作的特殊場合使用。系統具有低功耗模式,低功耗模式電流消耗僅為42μA。
    利用LPC2148具有45個可承受5 V電壓的I/O接口,全速USB 2.O,UART,SPI和SSP串行外設接口,I2C總線接口,2個8通道10位的A/D和1個10位的D/A轉換器,以及6路輸出的PWM接口,可以方便地構成一個無線數據采集與控制系統。
    實驗證明該系統在無線隨動控制系統中使用效果良好。

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