【正文】 線數(shù)據(jù)傳輸接收模塊、接收無線數(shù)據(jù)傳輸信號 ,它同時(shí)對信號進(jìn)行放大、檢波、整形 ,得到 TTL 電平的編碼信號 ,再送給單片機(jī) ,經(jīng)單片機(jī)解碼并執(zhí)行 ,去控制相關(guān)對象 ,其原理如圖 2 所示。 圖 2 無線數(shù)據(jù)傳輸原理 無線數(shù)據(jù)傳輸常用編碼方式 第一種 :FSK 式（移頻鍵控方式 Frequency Shift Keying） , 又稱數(shù)字調(diào)頻。圖 1 第 4 頁（共 23 頁） [4]如果用改變載波頻率的方法來傳送二進(jìn)制符號，就是移頻鍵控（ FSK）的方法。這時(shí)其頻譜可以看成碼列對低頻載波的開關(guān)鍵控加上碼列的反碼對高頻載波的開關(guān)鍵控。移頻鍵控方式用兩種不同的脈沖頻率分別表示二進(jìn)制數(shù)的“ 0”和“ 1”。用 2 個頻率傳輸 1“位”二進(jìn)制 ,這是最安全的方法 ,缺點(diǎn)是成本高、功耗大。所以 ,在電器的遙控器中極少應(yīng)用。圖 3 是表示用 2 個頻率對“二進(jìn)制位”的“ 0”和“ 1”進(jìn)行 編碼的示意圖。在 FSK 方式中，相鄰碼元的頻率不變或者跳變一個固定值。在兩個相鄰的頻率跳變的碼元之間，其相位通常是不連續(xù)的。 圖 3 FSK 編碼方式 第二種 :曼徹斯特編碼方式 又稱雙相調(diào)制編碼方式 ,常用于局域網(wǎng)傳輸。在曼徹斯特編碼中，每一位的中間有一跳變，位中間的跳變既作時(shí)鐘信號，又作數(shù)據(jù)信號；從高到低跳變表示 1，從低到高跳變表示 0。 ,在長虹、創(chuàng)維等彩電的控制器中 ,就采用了這種雙相調(diào)制方式。還有一種是差分曼徹斯特編碼，每位中間的跳變僅提供時(shí)鐘定時(shí)，而用每位開始時(shí)有無跳變表示 0或 1，有跳變?yōu)?0，無跳變?yōu)?1。兩種曼徹斯特編碼是將時(shí)鐘和數(shù)據(jù)包含在數(shù)據(jù)流中，在傳輸代碼信息的同時(shí)，也將時(shí)鐘同步信號一起傳輸?shù)綄Ψ?，每位編碼中有一跳變，不存在直流分量，因此具有自同步能 無線數(shù)據(jù)傳輸發(fā)射部分 ,一般由一個能產(chǎn)生等幅振蕩的高頻載頻振蕩器和一個產(chǎn)生低頻調(diào)制信號的低頻振蕩器組成。用來產(chǎn)生載頻振蕩的電路一般有多諧振蕩器、互補(bǔ)振蕩器和石英晶體振蕩器等由低頻振蕩器產(chǎn)生的低頻調(diào)制波 ,一般為寬度一定的方法。如果是多路控制可以采用每一路寬度不同的方波 ,或是頻率不同的方法去調(diào)制高頻載波 ,組成一組組的已調(diào)制波 ,作為控制信號 向空中發(fā)射。但每一個碼元都被調(diào)成兩個電平，所以數(shù)據(jù)傳輸速率只有調(diào)制速率的 1/2。曼徹斯特編碼“二進(jìn)制位”的表示方法如圖 4 所示。 第 5 頁（共 23 頁） 圖 4 曼徹斯特編碼方式 第三種 :脈寬調(diào)制編碼方式 ,是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。這種編碼方式根據(jù)脈沖上升沿之間的距離決定“二進(jìn)制位”是“ 0”還是“ 1” ,兩脈沖上升沿之間距離短為“ 0” ,距離長為“ 1”。如圖 5 所示 ,脈寬編碼用在載波或脈沖調(diào)制方式中 .家用錄像機(jī) ,VCD,DVD 的遙控器多采用脈 寬編碼方式。 圖 5 脈寬調(diào)制編碼方式 無線數(shù)據(jù)傳輸解碼 無線數(shù)據(jù)傳輸信號的解碼 硬件解碼可分為專用解碼集成電路和自行設(shè)計(jì)的解碼電路兩種。專用解碼芯片一般與專用編碼芯片配對設(shè)計(jì)制造。 [5]按其編碼與解碼功能可分為以下三類 : (1) 控制數(shù)據(jù)的地址加密編碼與解碼器 : 這類電路的特點(diǎn)是在地址加密編碼的同時(shí)還可以進(jìn)行控制數(shù)據(jù)的編解碼。其編碼容量大 ,保密性好。適用于安防、工業(yè)控制等對可靠性要求較高的場合。 (2) 地址加密編碼與解碼器 : 這一類電路無控制數(shù)據(jù)編碼僅有加密地址編解碼功能。適用于可靠性 要求較高 ,但只進(jìn)行簡單的開關(guān)或增減控制的場合。 (3) 控制數(shù)據(jù)編碼與解碼器 : 這類電路無加密地址編碼僅有控制數(shù)據(jù)的編解碼。適用于群控或者應(yīng)用環(huán)境本身就保證了其他信號發(fā)射源不會同時(shí)出現(xiàn)的場合 ,如在一個密閉的設(shè)備內(nèi)部。使用專用的硬件編碼解碼對芯片 ,簡便可靠 ,使用廣泛 ,不再多述。 一般來說硬件解碼相對軟件解碼成本較高 ,并且當(dāng)系統(tǒng)因更改或升級改變了編碼方式時(shí) , 接收的硬件就要做相應(yīng)的更改 ,缺乏一定的靈活性。當(dāng) MCU 的任務(wù)不是很繁重時(shí) ,可以考慮使用軟件解碼。對于頻率調(diào)制方式 , 只要測出每次脈沖的周期就可以解碼出 對應(yīng)的二進(jìn)制信息。方法有很多種 ,中斷、查詢都可以實(shí)現(xiàn) ,具體方法因?qū)嶋H情況而定。對于脈寬調(diào)制 (PWM),只要識別出每個脈沖的高(或低 )電平寬度即可完成解碼。對于 2 脈位調(diào)制 (2PPM),需要判斷出每個周期內(nèi)高低電平出現(xiàn)的先后次序 ,從而實(shí)現(xiàn)解碼。單片機(jī)無線數(shù)據(jù)傳輸軟件解碼要保證第 6 頁（共 23 頁） 正確無誤地還原無線數(shù)據(jù)傳輸信息碼 ,其主要功能包括以下幾部分 : (1)過濾附加信息 ,得到有效信息位。 (2)排除系統(tǒng)內(nèi)外各種干擾信號。 (3)丟棄接收到的不完整信息幀。 (4)檢驗(yàn)接收信息的正確性。 為了能夠達(dá)到上述要求，解碼方式采用無線 數(shù)據(jù)傳輸信號的解碼由接收單片機(jī)來完成 ,它把無線數(shù)據(jù)傳輸接收模塊送來的無線數(shù)據(jù)傳輸編碼波形通過解碼 ,還原出發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)。當(dāng)接收到起始幀后 ,進(jìn)入解碼部分 ,接收完一幀后 ,處理收到的數(shù)據(jù)并進(jìn)入下一次接收。解碼采用軟件解碼 , 如果從一個脈沖的高電平和一個脈沖的低電平過后 , 若讀到的電平為低 , 說明該位為“ 0” , 反之即可判定為編碼“ 1”。解碼一位后 ,需等到下一位的高電平到來 ,再讀到一個低電平后，判斷讀得的電平是高還是低 ,進(jìn)行解碼。按照這種方法判斷八次，從而還原出發(fā)送端發(fā)送的信號。這樣 ,根據(jù)事先約定代碼所代表的功能 ，單片機(jī)就可以去執(zhí)行各種控制動作 ,從而達(dá)到無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康摹? 無線數(shù)據(jù)傳輸調(diào)制和解調(diào) 無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào) 為了使數(shù)據(jù)傳送的距離較長，在發(fā)射信號前要對信號進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制的方法是將原信號與一個載波相與。射頻接收模塊接收發(fā)射的已調(diào)制信號，并對信號進(jìn)行解調(diào)恢復(fù)原來的調(diào)制信號。解調(diào)過的信號經(jīng)過放大后送入單片機(jī)中進(jìn)行解碼。 [6]對移動通信的數(shù)字調(diào)制和解調(diào)器技術(shù)的要求如下： （ 1）在信道衰落條件下，誤碼率要盡可能低； （ 2）發(fā)射頻譜窄，對相鄰信道干擾?。? （ 3）高效率的解調(diào)，以降低移動臺功 耗，進(jìn)一步縮小體積和成本； （ 4）能提供較高的傳輸速率； （ 5）易于集成。 2 無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊 無線收發(fā)模塊 nRF905 簡介 nRF905 是挪威 Nordic VLSI 公司推出的單片射頻收發(fā)器，工作電壓為 ～ V， 32 引腳 QFN 封裝 (5 5 mm)，工作于 433／ 868／ 915 MHz 三個 ISM(工業(yè)、第 7 頁（共 23 頁） 科學(xué)和醫(yī)學(xué) )頻道，頻道之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間小于 650μ s。 nRF905 由頻率合成器、接收解調(diào)器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器組成，不需外加聲表濾波器，ShockBurstTM 工作模式，自動 處理字頭和 CRC(循環(huán)冗余碼校驗(yàn) )，使用 SPI 接口與微控制器通信，配置非常方便。此外，其功耗非常低，以 10 dBm 的輸出功率發(fā)射時(shí)電流只有 11 mA，工作于接收模式時(shí)的電流為 mA，內(nèi)建空閑模式與關(guān)機(jī)模式，易于實(shí)現(xiàn)節(jié)能。 nRF905 適用于無線數(shù)據(jù)通信、無線報(bào)警及安全系統(tǒng)、無線探測、無線監(jiān)測、家庭自動化和玩具等諸多領(lǐng)域。 nRF905 無線模塊特點(diǎn) (1) 433Mhz 開放 ISM 頻段免許可證使用 (2) 最高工作速率 50kbps，高效 GFSK 調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)，特別適合工業(yè)控制 場合 (3) 125 頻道，滿足多點(diǎn)通信和跳頻通信需要 (4) 內(nèi)置硬件 CRC 檢錯和點(diǎn)對多點(diǎn)通信地址控制 (5) 低功耗 工作，待機(jī)模式下狀態(tài)僅為 (6) 收發(fā)模式切換時(shí)間 650us (7) 模塊可軟件設(shè)地址，只有收到本機(jī)地址時(shí)才會輸出數(shù)據(jù)（提供中斷指 示 )，可直接接各種單片機(jī)使用，軟件編程非常方便 (8) TX Mode: 在 +10dBm 情況下，電流為 30mA。 RX Mode: (9) 標(biāo)準(zhǔn) DIP 間距接口，便于嵌入式應(yīng)用 (10) RFModuleQuickDEV 快速開發(fā)系統(tǒng)，含開發(fā)板 工作模式及芯片結(jié)構(gòu) nRF905 有兩種工作模式和兩種節(jié)能模式。兩種工作模式分別是ShockBurstTM 接收模式和 ShockBurstTM 發(fā)送模式，兩種節(jié)能模式分別是關(guān)機(jī)模式和空閑模式。 [7]nRF905 的工作模式由 TRX_CE、 TX_EN 和 PWR_UP 三個引腳決定，如表 1 所示： 表 1 nRF905 的工作模式與引腳關(guān)系 PWR_UP TRX_CE TX_EN 工作模式 0 X X 掉電和 SPI 編程 1 0 X Standby 和 SPI 編程 1 1 0 ShockBurst RX 1 1 1 ShockBurst TX 與射頻數(shù)據(jù)包有關(guān)的高速信號處理都在 nRF905 片內(nèi)進(jìn)行，數(shù)據(jù)速率由微控制器配置的 SPI 接口決定，數(shù)據(jù)在微控制器中低速處理，但在 nRF905 中高速發(fā)第 8 頁（共 23 頁） 送因此中間有很長時(shí)間的空閑，這很有利于節(jié)能。 [8]由于 nRF905 工作于ShockBurstTM 模式，因此使用低速的微控制器也能得到很高的射頻數(shù)據(jù)發(fā)射速率。在 ShockBurstTM 接收模式下，當(dāng)一個包含正確地址和數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包被接收到后，地址匹配 (AM)和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好 (DR)兩引腳通知微控制器。在 ShockBurstTM發(fā)送模式， nRF905 自動產(chǎn)生字頭和 CRC 校驗(yàn)碼，當(dāng)發(fā)送過程完成后，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳通知微處理器數(shù)據(jù)發(fā)射完畢。由以上分析可知， nRF905 的 ShockBurstTM收發(fā)模式有利于節(jié)約存儲器和微控制器資源，同時(shí)也減小了編寫程序的時(shí)間。下面具體詳細(xì)分析 nRF905 的發(fā)送流程和接收流程。 nRF905 片內(nèi)集成了電源管理、晶體振蕩器、低噪聲放大器、頻率合成器、功率放大器等模塊，曼徹斯特編碼／解碼由片內(nèi)硬件完成，無需用戶對數(shù)據(jù)進(jìn)行曼徹斯特編碼，使用非常方便。 3 系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì) 概述 無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)一般由無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)射系統(tǒng)、無線數(shù)據(jù)傳輸接收系統(tǒng)、處理系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)成。其發(fā)射系統(tǒng)由可編程的集成芯片及外圍電路構(gòu)成 。接收系統(tǒng)由檢波放大整形電路及無線數(shù)據(jù)傳輸接收芯片構(gòu)成 。處理系統(tǒng)由單片微處理機(jī)芯片及外圍電路構(gòu)成。 [9]主要芯片均系無線數(shù)據(jù)傳輸專用集成芯片。由無線數(shù)據(jù)傳輸發(fā)射系統(tǒng)輸出的信號是經(jīng)高頻調(diào)制后的二進(jìn)制高頻編碼脈沖串 ,它由起始碼及信息碼構(gòu)成。這種發(fā)送方式具有下述優(yōu)點(diǎn) : 無線數(shù)據(jù)傳輸脈沖寬度穩(wěn)定且不會由于數(shù)據(jù)的內(nèi)容而改變功率消耗 。采用高頻調(diào)制的無線數(shù)據(jù)傳輸信號抗干擾 能力強(qiáng) ,使無線數(shù)據(jù)傳輸信號易于分離和區(qū)別 。已調(diào)脈沖列可用一個窄帶接收器進(jìn)行接收 ,可提高無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的抗干擾能力 。在高頻下間隔進(jìn)行開關(guān) ,可減小消耗功率，單片機(jī)與模塊連接設(shè)計(jì)如圖 6 所示。 第 9 頁（共 23 頁） 圖 6 單片機(jī)與模塊連接設(shè)計(jì) 電路原理 nRF905 在使用中，根據(jù)不同需要，其電路圖不盡相同，圖 7 所示為典型的應(yīng)用原理圖，該電路天線部分使用的是 50Ω單端天線。 [10]在 nRF905 的電路板設(shè)計(jì)中，也可以使用環(huán)形天線，把天線布在 PCB 板上，這可減小系統(tǒng)的體積。 圖 7 nRF905 典型應(yīng)用電路圖 SPI 接口配置 所有配置字都是通過 SPI 接口送給 nRF905。 [11]SPI 接口的工作方式可通過第 10 頁（共 23 頁） SPI 指令進(jìn)行設(shè)置。當(dāng) nRF905 處于空閑模式或關(guān)機(jī)模式時(shí)， SPI 接口可以保持在工作狀態(tài)。 SPI 讀操作如圖 8，寫操作如圖 9 圖 8 SPI 讀操作 圖 9 SPI 寫操作 SPI 接口由狀態(tài)寄存器、射頻配置寄存器、發(fā)送地址寄存器、發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器和接收數(shù)據(jù)寄存器 5 個寄存器組成。狀態(tài)寄存器包含數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳狀態(tài)信息和地址匹配引腳狀態(tài)信息；射頻配置寄存器包含收發(fā)器配置信息，如頻率和輸出功能等； [12]發(fā)送地址寄存器包含接收機(jī)的地址和數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)；發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器包含待發(fā)送的數(shù)據(jù)包的信息，如字節(jié)數(shù)等；接收數(shù)據(jù)寄存器包含要接收的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)等信息，串行接口指令如表 2。 表 2 串行接口指令 SPI 串行接口指令 指令名稱 指令格式 操作 W_CONFIG (WC) 0000AAAA 寫配置寄存器。 AAAA 指出寫操作的開始字節(jié)，字節(jié)數(shù)量取決于 AAAA 指出的開始地址。 R_CONFIG (RC) 0001AAAA 讀配置寄存器。 AAAA 指出讀操作的開始字節(jié)，字節(jié)數(shù)量取決于 AAAA 指出的開始地址 W_TX_PLAYLOAD (WTP) 00100000 寫 TX 有效數(shù)據(jù)： 132 字節(jié)。寫操作全部從字節(jié) 0開始。 第 11 頁（共 23 頁） R_TX_PLAYLOAD (RTP) 00100001 讀 TX 有效數(shù)據(jù)： 132 字節(jié)。讀操作全部從字節(jié) 0開始。 W_TX_ADDRESS (WTA) 00100010 寫 TX 地址： 14 字節(jié)。寫操作全部從字節(jié) 0 開始。 R_TX_ADDRESS (RTA) 00100011 讀 TX 地址： 14 字節(jié)。讀操作全部從字節(jié) 0 開始。 R_RX_P