【文章內(nèi)容簡介】 可達 10 Mb/s，數(shù)據(jù)傳輸率最快可達 1 Mb/s，并且有自動應答和自動再發(fā)射功能。無線收發(fā)器由調(diào)制器、解調(diào)器、功率放大器、晶體振蕩器、增強型SchockBurstTM 模式控制器、頻率發(fā)生器等工作器組成。其輸出功率、頻道選擇和協(xié)議的設置可以通過SPI 接口進行設置其中輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。nRF24L0具有極低的電流消耗，當工作在發(fā)射模式下發(fā)射功率為6dBm 電模式和待機模式下電流消耗更低。方案二：采用 nRF905nRF905[1]是單片射頻收發(fā)芯片，工作于 433MHz 的 ISM 頻段，芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。芯片能耗非常低，以 10dBm 的功率發(fā)射時，工作電流僅有 30mA，接收時工作電流只有 ，多種低功率工作模式，待機模式下電流為 ，節(jié)能設計更方便。其 ShockBurst 技術(shù)可在通訊時自動生成前導碼和CRC 校驗位。nRF905 適用于多種無線通信的場合，如無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、報警及安全系統(tǒng)、家庭自動化、遙感監(jiān)測、無線門禁系統(tǒng)等。綜上所述，方案 1 選擇的無線傳輸模塊 nRF24L01 它的工作速率可以達到 1Mbps，而nRF905 的工作速率只有 100kbps， nRF24L01 的功耗可以達到—6dBm 比 nRF9E5 的功耗低，并且 nRF24L01 具有 CRC 糾檢錯硬件電路和協(xié)議，使得模塊運行穩(wěn)定可靠，而 nRF24L01的價格卻只有 nRF905 價格的一半。單片機 無線 傳輸 模塊 1 無線 傳輸 模塊 2 單片機 基于 MSP430F1611 無線數(shù)據(jù)通信模塊的設計5 單片機的選擇隨著電子技術(shù)的發(fā)展與進步，單片機也已有許多型號，常見的有 Intel 公司的 MCS515251 系列；ZILOG 的 Z8 系列；Philips 公司的 80C51 和 51XA 系列；Motorola的 68HC05/08 系列；Microchip 公司的 PIC18CXX 系列單片機；Atmel 公司的 89 系列；Sunplus 公司的 SPCE061A 系列單片機；Winbond 公司的 78E51 系列；美國德州儀器 TI 的MSP430 系列等。 方案一: 采用 ATMEL 公司的 89C51 本方案采用 89C51 單片機作為設計的核心芯片，該芯片是由 ATMEL 公司生產(chǎn)的一款工作效率高、性能較為完善的微控制器。89C51 單片機內(nèi)置 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器本方案采用的是采用 89C51 單片機，89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM —Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS8位微處理器。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除 100 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL 的 89C51 是一種高效微控制器，89C2051 是它的一種精簡版本。89C51 單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。運算速度快，完全能夠滿足我們的系統(tǒng)要求。但由于本設計對單片機穩(wěn)定性，工作環(huán)境，超低功耗等方向考慮，放棄此方案。方案二：采用 TI 的 MSP430F1611MSP430 系列單片機是一種超低功耗的微控制器系列，可使用電池長時間工作。MSP430 系列是由各種不同的應用模塊組合而成的。由于具有 16 位的體系結(jié)構(gòu)以及 16 位的 CPU 集成寄存器和常數(shù)發(fā)生器，可使 MSP430 實現(xiàn)代碼效率最大化。數(shù)字控制振蕩器使所有超低功耗模塊從喚醒到運行模式的喚醒時間小于 6181。s。具有運算能力快、處理能力強，超低功耗，而且與其他單片機相比具有很強的穩(wěn)定性。綜上所述，根據(jù)本設計超低功耗的要求，選用 MSP430F1611 單片機。 電源電路的選擇單片機 AT89S51 與無線收發(fā)模塊 nRF24L01 連接時，由于 AT89S51 工作電壓為 5V，而nRF24L01 工作電壓為 3V 左右，因而要在兩個芯片之間加上電壓轉(zhuǎn)換電路。方案論證如下：方案一：采用電位計進行分壓電位計分壓電路圖如圖 所示江南大學學士學位論文6 圖 電位計分壓電路圖根據(jù)電阻串聯(lián)分壓原理 （1．2）iUR210??在公式 中，U i 為單片機輸出電壓，U o 為分得電壓，即 nRF24L01 的輸入電壓。通過調(diào)節(jié)電位計，使 Uo=，以此達到電平轉(zhuǎn)換的作用。采用電位計通過分壓來進行電平轉(zhuǎn)換，雖說在理論上能夠進行電平轉(zhuǎn)換，但是在實踐操作中，卻存在著很大問題，主要體現(xiàn)在：人為影響太大。每次實驗前都需檢測與調(diào)節(jié) Uo 是否在 nRF24L01 的工作范圍內(nèi)，以防止 nRF24L01 被過高的電壓燒壞，整個電平轉(zhuǎn)換電路不夠穩(wěn)定。 方案二：采用穩(wěn)壓模塊 LM1117LM1117 它只有三個引腳，外接電路簡單，只需要兩個電容，就能夠輸出穩(wěn)定的 電壓，為 nRF24L01 提供 工作電源。在圖 中，引腳 1 接 5V 電壓。引腳 3 接地。引腳 2 便輸出 電壓，來作為 nRF24L01 的工作電壓。 3 1 2圖 LM1117 引腳分配圖表 LM1117 引腳功能引腳 名稱 功能描述1 VCC 輸入端2 Vout 輸出端3 GND 地線GND VCC Vout基于 MSP430F1611 無線數(shù)據(jù)通信模塊的設計7綜上所述，根據(jù)實驗要求并比較以上兩種方案，采用穩(wěn)壓模塊 LM1117 電路簡單易行，穩(wěn)定性強，可實現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換。因而選用第二種方案。江南大學學士學位論文8第3章 理論分析和計算 SPI通信 MSP430F1611 單片機與 nRF24L01 無線模塊之間通過 SPI 進行通信。S PI 總 線 系 統(tǒng)是 一 種 同 步 串 行 外 設 接 口 ， 它 可 以 使 MCU 與 各 種 外 圍 設 備 以 串 行 方 式 進 行 通 信 以 交換 信 息 。 SPI 的 通 信 原 理 很 簡 單 ， 它 以 主 從 方 式 工 作 ， 這 種 模 式 通 常 有 一 個 主 設 備 和一 個 或 多 個 從 設 備 ， 需 要 至 少 4 根 線 ， 事 實 上 3 根 也 可 以 （ 單 向 傳 輸 時 ） 。 也 是 所有 基 于 SPI 的 設 備 共 有 的 ， 它 們 是 SDI（ 數(shù) 據(jù) 輸 入 ） ， SDO（ 數(shù) 據(jù) 輸 出 ） ，SCK（ 時 鐘 ） ， CS（ 片 選 ） ?！?　 （ 1） SDO – 主 設 備 數(shù) 據(jù) 輸 出 ， 從 設 備 數(shù) 據(jù) 輸 入　 　 （ 2） SDI – 主 設 備 數(shù) 據(jù) 輸 入 ， 從 設 備 數(shù) 據(jù) 輸 出　 　 （ 3） SCLK – 時 鐘 信 號 ， 由 主 設 備 產(chǎn) 生　 　 （ 4） CS – 從 設 備 使 能 信 號 ， 由 主 設 備 控 制 通信協(xié)議分析所謂通信協(xié)議是指通信雙方的一種約定。約定包括對數(shù)據(jù)格式、同步方式、傳送速度、傳送步驟、檢糾錯方式以及控制字符定義等問題做出統(tǒng)一規(guī)定，通信雙方必須共同遵守。目前，常用的通信協(xié)議有兩類：異步協(xié)議和同步協(xié)議。 串口通信方式設置AT89S51 內(nèi)部有一個功能很強的全雙工異步串行口，該串行口有四種工作方式，波特率可用軟件設置，由片內(nèi)的定時器/計數(shù)器產(chǎn)生。串行口接收、發(fā)送數(shù)據(jù)均可觸發(fā)中斷，使用十分方便。系統(tǒng)采用異步通信方式，用單片機自身串口傳輸數(shù)據(jù)。系統(tǒng)串口工作在模式 1 下，允許接收數(shù)據(jù)，定時器 1 工作于模式 2 ，允許自動重裝初值，波特率設置為 9600bps。 信息幀格式信息幀又叫幀，在數(shù)據(jù)和數(shù)字通信中，按某一標準預先確定的若干比特或字段組成的特定的信息結(jié)構(gòu)，用于傳送有效信息和數(shù)據(jù)，是通信協(xié)議的基礎(chǔ)，系統(tǒng)的信息幀包括如下四個字節(jié)。 區(qū)別碼 （1 字節(jié)），命令字 （1 字節(jié)），數(shù)據(jù)（4 字節(jié)），校驗（1 字節(jié)）系統(tǒng)的信息幀的格式如表 8 所示:表 8 信息幀的格式區(qū)別碼 命令字 數(shù)據(jù) 1 數(shù)據(jù) 2 數(shù)據(jù) 3 數(shù)據(jù) 4 校驗 區(qū)別碼：區(qū)分數(shù)據(jù)傳輸方向，0xff 表示主站發(fā)送數(shù)據(jù)，從站接收數(shù)據(jù)，0xfe 表示從站發(fā)送數(shù)據(jù)，主站接收數(shù)據(jù)。命令字：區(qū)分主站或從站所發(fā)送的命令。數(shù)據(jù) 14：發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)。本科生畢業(yè)論文（設計）題目9校驗：校驗發(fā)送或接收的信息幀是否正確。采用異或校驗，即將信息幀的前六字節(jié)異或值，存到第七字節(jié)，用于校驗。 命令字當主從站之間通信時，需要區(qū)分不同的命令，信息幀中的命令字不一樣，所要求發(fā)送或接收數(shù)據(jù)也不一樣，命令字是區(qū)分各個命令的標志，是信息幀中極為重要的一部分。系統(tǒng)的命令字用 mand 表示，共有四個命令字，如下所示： 溫度、光照理論分析 溫度測量，根據(jù) TEP121 時序波形，分別控制 CS、CLK 以及數(shù)據(jù)傳輸。在 CS 置 0后傳輸數(shù)據(jù)，每逢時鐘下降沿讀取端口信息。由 TMP121 提供的溫度數(shù)據(jù)表格見圖8，TEMP 實際 = TEMP 測量 / 128TEMPERATURE(℃)DIGITAL OUTPUT(BINARY)HEX150 010 01011 0000 0000 4B00125 0011 1110 1000 0000 3E8025 0000 1100 1000 0000 0C80 0000 0000 0000 1000 00080 0000 0000 0000 0000 0000 1111 1111 1111 1000 FFF825 1111 0011 1000 0000 F38055 1110 0100 1000 0000 E480 圖 8 Temperature data 得出寄存器中讀取的數(shù)據(jù) T 測 與實際溫度 T 實 關(guān)系為： T 實 = T 測 / 128光照測量，簡單光敏電阻電路，光亮