【正文】 圖 nRF2401 引腳功能芯片引腳圖 各引腳具體功能如下 ： VSSPA、 VSS 為參考接地端 ； VDD 為電源端 ， 范圍 V~ V； VDDPA 為功率放大 + V 電源輸出端 ； ANT ANT2 為天線接口端 ； XC XC2為晶振端 ； IREF 為參考電流端 ， 通過(guò) 22 kΩ 電阻接地 ； PWRUP 為上電端 ； CE為工作狀 態(tài)使能端 ； CS 為片選端 ， 控制器通過(guò)對(duì) nRF2401 的 PWRUP、 CE 和 CS 引腳狀態(tài)組合設(shè)置 ， 控制 nRF2401 的工作方式 ， 當(dāng)狀態(tài)組合為分別為 0 ， 0、 1， 0、0 及 0、 、 時(shí) ， 芯片分別處于激活、配置、待機(jī)及低功耗方式 。 控制器將 nRF2401 設(shè)為配置方式 ，然后由通道 1 向 nRF2401 寫入狀態(tài)字的配置值 ， 寫時(shí)高位在前 。 它的值與ADDRESS 第 1 位有關(guān) 。CRC 為數(shù)據(jù)校驗(yàn)段 ， 可設(shè)定 8 bit 或 16 bit 校驗(yàn)位 。 PTR20xx 是基于瑞典的北歐集成電路公司推出的無(wú)線收發(fā)一體芯片 nRF2401 無(wú)線數(shù)傳通信模塊， PTR20xx 的實(shí)質(zhì)是將 nRF401 芯片和其外 圍器件作在一塊 PCB 電路板上， 受益于 nRF401 較少的外圍器件， PTR20xx 的物理尺寸僅為 40mm 27mm 5mm。 圖 描述了 PTR20xx 無(wú)線通信模塊的引腳排列，引腳功能如下： Pin1： VCC， 正電源 ， 接 至 ； Pin2： CS， 頻道選擇 ； Pin3： DO， 數(shù)據(jù)輸出 ； Pin4： DI， 數(shù)據(jù)輸入 ； Pin5： GND，電源地 ； Pin6： PWR， 節(jié)能控制， PWR=1 正常工作狀態(tài)， PWR=0 待機(jī)微功耗狀態(tài) ； Pin7： TXEN， 發(fā)射接收控制， TXEN=1 時(shí)為發(fā)射狀態(tài)， TXEN=0 時(shí)為接收狀態(tài)。把 PWR UP 置高時(shí)間設(shè)置為 10ms， 即把處于接收狀態(tài)的時(shí)間設(shè)置為 10ms， 確保數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)能被喚醒。這樣設(shè)置 ， 系統(tǒng)的平均工作電流可在 300? A 以下 ， 兩節(jié) AA 電池可工作半年左右。接受到信息后 ， 按照既定的協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。除此之外 ， 還要在信息中加上信息類型 、 本機(jī) ID 等信息 ， 上位機(jī)接收到信息后 ， 會(huì)把收到的數(shù)據(jù)校驗(yàn) ， 如果與接收到的校驗(yàn)字節(jié)不相同 ， 則向數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)發(fā)送錯(cuò)誤信息。數(shù)據(jù)進(jìn)入計(jì)算機(jī)可以通過(guò)并行口、串行口及 USB 等設(shè)備接口。采集軟件的設(shè)計(jì)應(yīng)在滿足用戶控制采集過(guò)程要求的前提下，盡量使操作方便，界面簡(jiǎn)潔。 天線的設(shè)計(jì) 天線是無(wú)線傳輸設(shè)備的出入窗口，其性能設(shè)計(jì)至關(guān)重要。圖 為差分方式 天線應(yīng)用設(shè)計(jì)圖。 此處為一最小系統(tǒng)，即指單片機(jī)能夠工作所必需的外部電路，包括晶振電路、復(fù)位電路，在某些系統(tǒng)中可能根據(jù)需要而使用外部程序存儲(chǔ)器以及外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，本系統(tǒng)僅使用內(nèi)部 RAM 和內(nèi)部 ROM。 外接晶體以及電容 C1 和 C2 構(gòu)成并聯(lián)諧振電路接在放大器的反饋回 路中，晶振應(yīng)盡量靠近單片機(jī)，以減少寄生電容，提高晶振穩(wěn)定性。復(fù)位后單片機(jī)從程序存儲(chǔ)器的地址 0000H 開(kāi)始運(yùn)行。 8 位段碼輸出地址為 0X004H,位碼輸出地址為 0X002H，此處的 X 是由片選 CS 決定的。 上電復(fù)位電平保持時(shí)間由電阻和電容值決定， 即 T=RC。 本系統(tǒng)中 ， 時(shí)鐘頻率為 4MHz 晶振 。該放大器與作為反饋元件的晶振構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。由于采用差分環(huán)形天線， VDD 必須通過(guò)環(huán)形天線的中心輸入，調(diào)整圖中 RF 偏壓電阻 R3 可以調(diào)節(jié)輸出發(fā)射功率，是其最大可達(dá)到 +l0dBm。連接 nRF2401 的天線是以差分方式連接到 nRF2401 的。 基于 nRF2401的遠(yuǎn)程無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng) –20– 由于采集端的數(shù)據(jù)是以二進(jìn)制方式發(fā)送的，所以程序在讀 COM口時(shí)必須以 “ Binary”方式操作，否則將得到一堆亂碼。由于 RS232 協(xié)議采用的電平是 177。如果數(shù)據(jù)接收正確 ，上位機(jī)返回正確確認(rèn) 信息。 nRF401 靈敏度 比較高 ， 在沒(méi)有進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí) ， 它的數(shù)據(jù)輸出腳會(huì)有干擾信號(hào)產(chǎn)生的雜波輸出 ， 為了避免這種情況發(fā)生 ， 要在每個(gè)數(shù)據(jù)幀的前面加上幀頭 0x55， 加上起始位和停止位后 ， 實(shí)際發(fā)送的是 0101010101。如果與自身ID 號(hào)相符合 ， 通過(guò)串口 0 向傳感器模塊發(fā)送取數(shù)據(jù)命令 ， 同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器判斷系統(tǒng)是否超時(shí) ； 如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有返回?cái)?shù)據(jù) ， 則重新向模塊發(fā)送取數(shù)據(jù)命令 ； 如果連續(xù)5 次取數(shù)據(jù)不成功 ， 進(jìn)入出錯(cuò)處理程序 ， 向上位機(jī)發(fā)送錯(cuò)誤信息 ， 等待上位機(jī)處理命令。系統(tǒng)使用 0xFF 作為喚醒碼 ， nRF401連續(xù)收到兩個(gè) 0xFF 即保持接收狀態(tài) ， 此時(shí)計(jì)數(shù)器開(kāi)始工作。因?yàn)?nRF2401 處于接收狀態(tài) ， 并且空中無(wú)有效信號(hào)時(shí) ， 會(huì)有雜波信號(hào)干擾 ， 所以正常喚醒至少需要收到兩個(gè)字節(jié)的喚醒碼。 基于 nRF2401的遠(yuǎn)程無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng) –17– 該 系統(tǒng) 具有如下的特性 ： ? 接收發(fā)射合一 ； ? 工作頻率為國(guó)際通用的數(shù)傳頻段 433MHz； ? FSK 調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)，特別適合工業(yè)控制場(chǎng)合 ； ? 采用 DDS+PLL 頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性極好 ； ? 靈敏度高，達(dá)到 105dBm； ? 最大發(fā)射功率 +10dBm； ? 低工作電壓（ ），功耗小，待機(jī)狀態(tài)僅為 8? A； ? 具有兩個(gè)頻道，特別滿足需要多信道工作的特殊場(chǎng)合 ； ? 工作速率最高可達(dá) 20Kbit/s(可在較低速率下工作如 9600bps)； ? 超小體積約 40mm 27mm 5mm； ? 可直接接 CPU 串口使用，也可以接計(jì)算機(jī) RS232 接口，軟件編程非常方便 ； ? 由于采用了低發(fā)射功率、高接收靈敏度的設(shè)計(jì)，使用無(wú)需申請(qǐng)?jiān)S可證 ； ? 標(biāo)準(zhǔn) DIP 引腳間距，更適合嵌入式設(shè)備。 便將數(shù)據(jù)幀解包 ， DR 信號(hào)置 1 提醒控制器讀取數(shù)據(jù) 。 一幀數(shù)據(jù)從 ADDRESS 到 CRC 最多包含 256 bit。 各狀態(tài)字位功能 如下 ： 位 143~122 為測(cè)試保留 ； 位 121~120為發(fā)送閉環(huán) PLL； 位 119~112 為通道 2 數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度 ； 位 111~104 為通道 1 數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度 ；位 103~64 為通道 2 硬件地址 ； 位 63~24 為通道 1 硬件地址 ； 位 23~18 為地址段長(zhǎng)度 ；位 17 為校驗(yàn)段長(zhǎng)度 ， 值為 1 是 16 bit， 為 0 是 8 bit； 位 16 為校驗(yàn)使能 ， 值為 1 是校驗(yàn)有效 ， 為 0 是無(wú)效 ； 位 15 為啟用通道數(shù) ， 值為 1 是兩通道接收 ， 為 0 是單通道接收 ；位 14 為通信模式 ， 值為 1 表示工作于突發(fā)模式 ， 為 0 表示工作于直接模式 ； 位 13 為通信速率 ， 值為 1 是 1 Mbit/s， 為 0 是 250 kbit/s； 位 12~10 為晶振頻率 ， 值為 011 時(shí)頻率是 16MHz； 位 9~8 為輸出功率 ， 值為 11 時(shí)功率是 0 dBm； 位 7~1 為工作頻段 ， 設(shè)值為X， 則通道 l為 2 400 MHz+X MHz； 位 0 為工作狀態(tài) ， 值為 1 表示處于接收狀態(tài) ，為 0 表示處于發(fā)送狀態(tài) 。 nRF2401 的 DuoCeiverTM 技術(shù)為 RX 提供了兩個(gè)獨(dú)立的專用數(shù)字信道 ， 因而可代替兩個(gè)單獨(dú)接收系統(tǒng) 。 （ 2） 地址寬度：聲明射頻數(shù)據(jù)包中地址占用的位數(shù)，使 nRF2401 能夠區(qū)分地址和數(shù)據(jù) . （ 3） 地址字節(jié)：接收數(shù)據(jù)的地址，有 信道 1 的地址和信道 2 的地址 。 （ 2） nRF2401 內(nèi)置了糾檢錯(cuò)協(xié)議和相應(yīng)硬件電路，為軟件開(kāi)發(fā)人員提供了方便； nRF2401采用的 DuoCeiverTM技術(shù)使 nRF2401可由同一幅天線同時(shí)接收 2個(gè)不同頻道的 nRF2401的數(shù)據(jù) 。與藍(lán)牙不同的是， nRF2401 沒(méi)有復(fù)雜的通信協(xié)議，它完全對(duì)用戶透明，同種產(chǎn)品之間可以自由通信 ， 更重要的是， nRF2401 比藍(lán)牙產(chǎn)品更便宜。 Nordic 公司研制的 nRF401， nRF402， nRF403， nRF903， nRF905， nRF2401， nRF24E1，Chipcon 公司研制的 CC1000， CC1010， CC1020， CC2420， CC1010， CC1070， CC1021，CC2400， CC2500， CC255， RFMD [RF Micro Devices]公司的 RF2915， RF2917， RF2919，Bluechip 公司的 BCC418， BCC918 等。 在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中采 用無(wú)線收發(fā)芯片 nRF2401 作為通信芯片 ， 實(shí)現(xiàn)了主機(jī)與從機(jī)的通信 ， 這樣可以 使改良后的系統(tǒng)具備了計(jì)算機(jī)無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)控制的功能。公式節(jié)點(diǎn)還進(jìn)行數(shù)組索引檢查以確保索引處在正確的索引范圍中。這些程序的組成元素與在 C 語(yǔ)言程序中的元素相似，但并不完全相同。由于需要進(jìn)行字符串和數(shù)值之間的轉(zhuǎn)換，采用公式節(jié)點(diǎn)來(lái)轉(zhuǎn)換和顯示通道號(hào)以及相應(yīng)的溫度值。要停止一個(gè)無(wú)限循環(huán)，必須單擊工具欄上的 中止執(zhí)行 按鈕中止整個(gè) VI。通過(guò)使用操作工具單擊條件接線端也可改變條件。條件接線端的默認(rèn)動(dòng)作和外觀為 真 （ T） 時(shí)停止 。本設(shè)計(jì)中可以實(shí)現(xiàn)多通道的循環(huán)采集并顯示 相應(yīng)數(shù)據(jù)，更符合現(xiàn)代生活及工業(yè)要求， 然后經(jīng)無(wú)線收發(fā)系統(tǒng)傳輸實(shí)現(xiàn)無(wú)線 數(shù)據(jù) 采集。作為一種高水平的程序設(shè)計(jì)平臺(tái)同傳統(tǒng)的編程語(yǔ)言相比，采用 LabVIEW 圖形 編程方式可以節(jié)省大約 80%的程序開(kāi)發(fā)時(shí)間，而其運(yùn)行 速度 卻幾乎不受影響。所以采用的是更易使用的圖形化程序語(yǔ)言 G 語(yǔ)言 (Graphical Programming Language)。 nRF2401 的工作電壓范 圍為 ~， 發(fā)射電流為 8mA~18 mA， 接收電流約為 10mA， 待機(jī)電流為 8? A。 nRF2401 是 Nordic 公司生產(chǎn)的單片無(wú)線收發(fā)芯片 ， 這是一個(gè)為 433MHz ISM 頻段設(shè)計(jì)的真正單片 UHF 無(wú)線收發(fā)芯片 ， 采用 FSK調(diào)制技術(shù)。而數(shù)字傳輸是將 調(diào)整 后的傳感器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后再調(diào)制發(fā)送。單片射頻集成電路的種類和數(shù)量比較多，選擇單片射頻集成電路時(shí)主要考慮以下幾點(diǎn)：通信距離；收發(fā)芯片所需的外圍元件數(shù)量；通信速率開(kāi)發(fā)難易程度；芯片成本；數(shù)據(jù)傳輸?shù)木幋a方式等。在實(shí)際應(yīng)用中，無(wú)線射頻收發(fā)一體型芯片的外圍電路十分簡(jiǎn)單，可方便與單片機(jī)或 DSP 連接，而且有些型號(hào)的無(wú)線射頻收發(fā)一體型芯片在環(huán)境以及電磁兼容性方面的要求可滿足工業(yè)設(shè)備或軍工設(shè)備的使用。它可用于室外、開(kāi)放或封閉的室內(nèi)辦公環(huán)境。但是 ， 該標(biāo)準(zhǔn)與 不兼容，并占據(jù)了與 和 Bluetooth 相同的 頻率段 ， 所以在應(yīng)用范圍上會(huì)有很大的局限性，更多的是在家庭網(wǎng)絡(luò)中使用。 HomeRF 把共享無(wú)線連接協(xié)議 (SWAP)作為未來(lái)家庭內(nèi)聯(lián)網(wǎng)的主要協(xié)議，使用 IEEE802. 11 無(wú)線以太網(wǎng)作為數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)。 UWB 為無(wú)線通信和雷達(dá)發(fā)展提供了希望，它們能夠透過(guò)墻壁或碎石看見(jiàn)成像，是重要的突破性技術(shù)。優(yōu)點(diǎn)在于數(shù)據(jù)傳輸速率高，適合于傳輸容量較大的數(shù)據(jù)文件和多媒體數(shù)據(jù)流 ； 紅外線發(fā)射角度較小，有一定的物理傳輸上的安全性?；鶐Р糠置枋隽擞布?基帶鏈路控制器的數(shù)字信號(hào)處 理規(guī)范。藍(lán)牙可以支持異步數(shù)據(jù)信道、多達(dá) 3 個(gè)的同時(shí)進(jìn)行的同步話音信基于 nRF2401的遠(yuǎn)程無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng) –7– 道，還可以用一個(gè)信道同時(shí)傳送異步數(shù)據(jù)和同步話音。 ISM 頻帶是對(duì)所有無(wú)線電系統(tǒng)都開(kāi)放的頻帶，因此使用其中的某個(gè)頻段都會(huì)遇到不可預(yù)測(cè)的干擾源。其程序?qū)懺谝粋€(gè) 9 9 mm 的微芯片中。 CDMA 是碼分多址的英文縮寫（ Code Division Multiple Access），它是在數(shù)字技術(shù)上的分支 — 擴(kuò)頻通信技術(shù)上發(fā)展起來(lái)的一種新的無(wú)線通信技術(shù)。 無(wú)線通信技術(shù)的種類 IEEE 是 IEEE 國(guó)際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)制定的一個(gè)通用的無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。 圖 短距離的無(wú)線傳輸標(biāo)準(zhǔn)分類 而實(shí)際上，對(duì)于我們期待中的控制系統(tǒng)而言，上述的無(wú)線移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)和能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用設(shè)備多無(wú)外過(guò)于昂貴至于奢侈，真正能夠引起我們極大興趣的是相對(duì)簡(jiǎn)單而針對(duì)性強(qiáng)從而能夠使用于家庭、企業(yè)、以至于個(gè)人的短距離無(wú)線通訊標(biāo)準(zhǔn)，很簡(jiǎn)單的理由：更實(shí)用，更廉價(jià)，因而效率更高。然而在許多 特殊工作場(chǎng)合，由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的制約，有線的連接方式已經(jīng)不能滿足數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的參量要求。遠(yuǎn)程無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信，業(yè)務(wù)具有接入迅速、永遠(yuǎn)在線、流量計(jì)費(fèi)等特點(diǎn)，在遠(yuǎn)程 突發(fā)性數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸中有不可比擬的優(yōu)勢(shì) ， 既具有有線方式的效率高，實(shí)時(shí)性好、成本低的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)安裝方便、可維護(hù)性好、易實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理。通信、計(jì)算機(jī)等技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是遠(yuǎn)程傳輸手段的多元化和技術(shù)水平的提高，使遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集技術(shù)有了廣泛的應(yīng)用 。數(shù)據(jù)采集技術(shù)作為信息科學(xué)的一個(gè)重要分支，是以傳感器、信號(hào)測(cè)量與處理、微型計(jì)算 機(jī)等技術(shù)為基礎(chǔ)而形成的一門綜合應(yīng)用技術(shù)。 在 GPRS 遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸 系統(tǒng)中，分布在采集現(xiàn)場(chǎng)的終端 GPRS 平時(shí)處于監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)，當(dāng)主控中心需要某座橋梁的健康信息時(shí)，發(fā)送指令將對(duì)應(yīng)的終端喚醒，并提出采集數(shù)據(jù)的請(qǐng)求，由采集現(xiàn)場(chǎng)的終端將數(shù)據(jù)發(fā)送到主控中心。在類比式移動(dòng) 電話 通訊系統(tǒng)發(fā)展初期，由于所采用的標(biāo)準(zhǔn)未經(jīng)妥善規(guī)劃與定制，再加上半導(dǎo)體技術(shù)不足以提供通訊電路整合的解決方案，因此類比式移動(dòng)電