【正文】 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 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 ， 控制器通過對 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 ， 芯片分別處于激活、配置、待機及低功耗方式 。 它的值與ADDRESS 第 1 位有關(guān) 。 PTR20xx 是基于瑞典的北歐集成電路公司推出的無線收發(fā)一體芯片 nRF2401 無線數(shù)傳通信模塊， PTR20xx 的實質(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。把 PWR UP 置高時間設(shè)置為 10ms， 即把處于接收狀態(tài)的時間設(shè)置為 10ms， 確保數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)能被喚醒。接受到信息后 ， 按照既定的協(xié)議對數(shù)據(jù)進行分析。數(shù)據(jù)進入計算機可以通過并行口、串行口及 USB 等設(shè)備接口。 天線的設(shè)計 天線是無線傳輸設(shè)備的出入窗口，其性能設(shè)計至關(guān)重要。 此處為一最小系統(tǒng)，即指單片機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器以及外部數(shù)據(jù)存儲器，本系統(tǒng)僅使用內(nèi)部 RAM 和內(nèi)部 ROM。復(fù)位后單片機從程序存儲器的地址 0000H 開始運行。 上電復(fù)位電平保持時間由電阻和電容值決定， 即 T=RC。該放大器與作為反饋元件的晶振構(gòu)成一個自激振蕩器。連接 nRF2401 的天線是以差分方式連接到 nRF2401 的。由于 RS232 協(xié)議采用的電平是 177。 nRF401 靈敏度 比較高 ， 在沒有進行數(shù)據(jù)傳輸時 ， 它的數(shù)據(jù)輸出腳會有干擾信號產(chǎn)生的雜波輸出 ， 為了避免這種情況發(fā)生 ， 要在每個數(shù)據(jù)幀的前面加上幀頭 0x55， 加上起始位和停止位后 ， 實際發(fā)送的是 0101010101。系統(tǒng)使用 0xFF 作為喚醒碼 ， nRF401連續(xù)收到兩個 0xFF 即保持接收狀態(tài) ， 此時計數(shù)器開始工作。 基于 nRF2401的遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng) –17– 該 系統(tǒng) 具有如下的特性 ： ? 接收發(fā)射合一 ； ? 工作頻率為國際通用的數(shù)傳頻段 433MHz； ? FSK 調(diào)制，抗干擾能力強，特別適合工業(yè)控制場合 ； ? 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，待機狀態(tài)僅為 8? A； ? 具有兩個頻道，特別滿足需要多信道工作的特殊場合 ； ? 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，也可以接計算機 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，使用無需申請許可證 ； ? 標(biāo)準(zhǔn) DIP 引腳間距，更適合嵌入式設(shè)備。 一幀數(shù)據(jù)從 ADDRESS 到 CRC 最多包含 256 bit。 nRF2401 的 DuoCeiverTM 技術(shù)為 RX 提供了兩個獨立的專用數(shù)字信道 ， 因而可代替兩個單獨接收系統(tǒng) 。 （ 2） nRF2401 內(nèi)置了糾檢錯協(xié)議和相應(yīng)硬件電路，為軟件開發(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接收 2個不同頻道的 nRF2401的數(shù)據(jù) 。 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。公式節(jié)點還進行數(shù)組索引檢查以確保索引處在正確的索引范圍中。由于需要進行字符串和數(shù)值之間的轉(zhuǎn)換，采用公式節(jié)點來轉(zhuǎn)換和顯示通道號以及相應(yīng)的溫度值。通過使用操作工具單擊條件接線端也可改變條件。本設(shè)計中可以實現(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)無線收發(fā)系統(tǒng)傳輸實現(xiàn)無線 數(shù)據(jù) 采集。所以采用的是更易使用的圖形化程序語言 G 語言 (Graphical Programming Language)。 nRF2401 是 Nordic 公司生產(chǎn)的單片無線收發(fā)芯片 ， 這是一個為 433MHz ISM 頻段設(shè)計的真正單片 UHF 無線收發(fā)芯片 ， 采用 FSK調(diào)制技術(shù)。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主要考慮以下幾點：通信距離；收發(fā)芯片所需的外圍元件數(shù)量；通信速率開發(fā)難易程度；芯片成本；數(shù)據(jù)傳輸?shù)木幋a方式等。它可用于室外、開放或封閉的室內(nèi)辦公環(huán)境。 HomeRF 把共享無線連接協(xié)議 (SWAP)作為未來家庭內(nèi)聯(lián)網(wǎng)的主要協(xié)議，使用 IEEE802. 11 無線以太網(wǎng)作為數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)。優(yōu)點在于數(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。藍(lán)牙可以支持異步數(shù)據(jù)信道、多達(dá) 3 個的同時進行的同步話音信基于 nRF2401的遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng) –7– 道，還可以用一個信道同時傳送異步數(shù)據(jù)和同步話音。其程序?qū)懺谝粋€ 9 9 mm 的微芯片中。 無線通信技術(shù)的種類 IEEE 是 IEEE 國際電氣和電子工程師協(xié)會制定的一個通用的無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。然而在許多 特殊工作場合，由于現(xiàn)場環(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。通信、計算機等技術(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 。 在 GPRS 遠(yuǎn)程無線傳輸 系統(tǒng)中，分布在采集現(xiàn)場的終端 GPRS 平時處于監(jiān)聽狀態(tài)，當(dāng)主控中心需要某座橋梁的健康信息時，發(fā)送指令將對應(yīng)的終端喚醒，并提出采集數(shù)據(jù)的請求，由采集現(xiàn)場的終端將數(shù)據(jù)發(fā)送到主控中心。而在 20 世紀(jì) 40 年代末期，電晶體的出現(xiàn)奠定了無線通訊技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。 遠(yuǎn)程是由 LabVIEW 與單片機串行通訊實現(xiàn)的。 PTT20xx 可用于遙控、遙測、小型無線網(wǎng)絡(luò)、無線抄表、小區(qū)傳呼、工業(yè)數(shù)據(jù)采集、無線標(biāo)簽、身份識別、非接觸 RF 智能卡、小型無線數(shù)據(jù)終端、生物信號采集、水 文氣象監(jiān)測、機器人控制等場合。 (3) 系統(tǒng)硬件電路主要分為信息控制處理部分和無線通信部分。疲勞試驗機的高頻噪音對試驗人員造成惡心、頭痛、脖子酸痛等不良反應(yīng) ， 而且試驗時間一般都是幾個小時連續(xù)作業(yè) ，長久下來對身體與心理會造成很大的損害。綜上所述，本設(shè)計系統(tǒng)提出了一種簡單，高效并且能夠被廣泛應(yīng)用的遠(yuǎn)程無線監(jiān)控體系。這個系統(tǒng)建立在無線收發(fā)模塊 PTR20xx 的基礎(chǔ)之上。 Remote。無線監(jiān)控系統(tǒng)是高頻疲勞試驗機系統(tǒng)中的一個子系統(tǒng) ， 是針對高頻疲勞試驗機系統(tǒng)中存在的缺陷所作的改進設(shè)計。按照硬件實現(xiàn)的功能，軟件主要包括單片機雙串口同時通訊的實現(xiàn) ， 數(shù)據(jù)采集與處理，數(shù)碼管顯示、鍵盤掃描、無線模塊控制及其狀態(tài)轉(zhuǎn)換，控制部分和無線模塊異步串行通訊等子程序。采用 GFSK 調(diào)制時的數(shù)據(jù)速率為高速率 1Mbps，高于藍(lán)牙，具有高數(shù)據(jù)吞吐量。由于該接口物理結(jié)構(gòu)簡單，很適合主 PC 機和從 PC 機、帶串口的儀器、單片機系統(tǒng)作短距離、低速率數(shù)據(jù)交換及控制。從現(xiàn)代無線行動通訊標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展來看，可以將其分為以下幾個時代 ，如圖 所示 ： 圖 無線移動通訊標(biāo)準(zhǔn)時代劃 （ 1） 第一代（ 1G）無線移動通訊標(biāo)準(zhǔn) 第 一代無線移動通訊標(biāo)準(zhǔn)為類比式移動電話通訊系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)采集 [5]是獲取信息的基本手段。數(shù)字電臺可以解決安裝和維護的問題，但是傳輸距離有限，信號的質(zhì)量較低非常容易衰減，并且需要向無線通信委員會申請頻點。 （ 3） 第三代（ 3G）無線移動通訊標(biāo)準(zhǔn) 第三代無線通訊標(biāo)準(zhǔn)希望能夠提供高速的數(shù)據(jù)傳輸能力 以實現(xiàn)多媒體的影音傳輸要求，可依其移動速度快慢而提供 144Kps 至 2MKps 的不同傳輸速率 ，短距離無線傳輸標(biāo)準(zhǔn)如圖 所示 。 GPRS（ General Packet Radio Service，通用無線分組業(yè)務(wù)）作為第二代移動通信技術(shù) GSM 向第三代移動通信（ 3G）的過渡技術(shù)，是由英國 BT Cell 公司早在 1993 年提 出的，是 GSM Phase2+（ 1997 年）規(guī)范實現(xiàn)的內(nèi)容之一，是一種基于 GSM 的移動分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，面向用戶提供移動分組的 IP 或者 連接。時分雙工傳輸方案被用來實現(xiàn)全雙工傳輸。藍(lán)牙基帶部分在物理層為用戶提供保護和信息保密機制。 UWB 高性能和低功耗的優(yōu)點使得它將成為未來市場上強有力的競爭者之一。 HomeRF 是對現(xiàn)有無線通信標(biāo)準(zhǔn)的綜合和改進：當(dāng)進行數(shù)據(jù)通信時，采用 規(guī)范中的 TCP/IP 傳輸協(xié)議；當(dāng)進行語音通信時，則采用數(shù)字增強型無繩通信標(biāo)準(zhǔn)。 無線射頻收 發(fā)一體型芯片采用了目前流行的單芯片設(shè)計，在一塊芯片上集合了信號調(diào)制解調(diào)、信號射頻發(fā)射、信號接收、信號電平轉(zhuǎn)換等功能，有些無線射頻收發(fā)一體型芯片內(nèi)部甚至還集合了單片機單元以及 CPLD 單元，允許用戶直接對其進行編程，是一種高集成度的多功能芯片。其優(yōu)點是通過信道的信號頻譜比較窄，信道利用率高，缺點是由于基帶信號是連續(xù)的，混入噪聲干擾后不易清除，抗干擾能力差。該芯片具有待機模式 ， 可以更省電和高效。不是書寫一行行語句，而是連線一個個代表一定功能的圖表，因而更為直觀、易用。 While 循環(huán)執(zhí)行子程序框圖直到條件接線端（輸入端）接收到某一特定的布爾值。由于輸入控件的值只在循環(huán)開始前被讀取一次，因此改變控件的值并不能停止無限循環(huán)。除接受文本方程表達(dá)式外，公式節(jié)點還接收文本形式且為 C 語言編程者所熟悉的 if 語句 、 while 循環(huán) 、 for 循環(huán)和 do 循環(huán)。在模數(shù)轉(zhuǎn)換電路中共有八通道信號輸入，在顯示電路中能夠進行八通道數(shù)據(jù)循環(huán)顯示，然后通過無線傳輸系統(tǒng)進行多通道信號循環(huán)采集并傳輸。它采用 SoC 方法設(shè)計，只需少量外圍元件便可組成射頻收發(fā)電路。 其中 ShockBurstTM 的配置字可以分為 4 個部分： 基于 nRF2401的遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng) –15– （ 1） 數(shù)據(jù)寬度：聲明射頻數(shù)據(jù)包中數(shù)據(jù)占用的位數(shù)，使 nRF2401 能夠區(qū)分接收數(shù)據(jù)包中的和循環(huán)冗余校驗碼 。 配置方式下控制器寫狀態(tài)字的過程與激活方式下向 nRF2401 寫入數(shù)據(jù)的過程完全相同 ， 都經(jīng)由 CLK、 DR 和基于 nRF2401的遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng) –16– DATA 組成的三線接口完成 。 PLYLOAD 段為待發(fā)送數(shù)據(jù)段 ， 長度為幀長度減去 ADDRESS 段和 CRC 段的長度 .發(fā)送數(shù)據(jù)時 ， 控制器將數(shù)據(jù)寫 入 nRF2401，控制其將數(shù)據(jù)按幀格式打包無線發(fā)送 ； 接收數(shù)據(jù)時 ， nRF2401 一旦檢測到符合本機硬件地址的數(shù)據(jù)幀 。 Top View 1 VCC 2 CS 3 DO 4 DI 5 GND 6 PWR 7 TXEN 基于 nRF2401的遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng) –18– 圖 PTR20xx 無線通信模塊引腳排列圖 本設(shè)計中的 PTR20xx 與 PC 機以及單片機的電路如圖 ， 圖 所示 圖 PTR20xxPC 電路圖 圖 PTR20xx89S51 電路圖 基于 nRF2401的遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng) –19– 芯片 從休眠狀態(tài)到接收狀態(tài)的轉(zhuǎn)換時間為 3ms， 所以處于接收狀態(tài)的時間不能小于3ms。 發(fā)送接收程序是數(shù)據(jù)傳送的主要部分 ， 在判斷到有效的數(shù)據(jù)幀頭后 ， 從中 提取 ID號 ， 與自身的 ID 號對比 ， 如果與自身 ID 號不相符 ， 則重新進入節(jié)電狀態(tài)。數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)收到錯誤信息后 ， 會重新發(fā)送數(shù)據(jù)。軟件除了具有對采集過程的控制功能外，還應(yīng)能實時顯示接收的數(shù)據(jù)曲 線，從而使數(shù)據(jù)采集過程可視化。 功率放大器輸出的是兩個開路輸出三極管，配置成差分配對方式，功率放大器的VDD 必須通過集電極。 本系統(tǒng)中晶振頻率采用 ， C1 和 C2 分別 采用 22/30pF。電路原理圖如圖 所示： 圖 數(shù)碼管顯示原理圖 七段數(shù)碼管字形代碼表 如表 所示 ： 表 七段數(shù)碼管字形代碼表 顯示字形 g f e d c b a 段碼 0 0 1 1 1 1 1 1 3fh 1 0 0 0 0 1 1 0 06h 2 1 0 1 1 0 1 1 5bh 3 1 0 0 1 1 1 1 4fh 4 1 1 0 0 1 1 0 66h 5 1 1 0 1 1 0 1 6dh 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