【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ivalent Privacy)力確保數(shù)據(jù)安全。以其具有穿透能力，全方位傳送，建網(wǎng)速度快，可用來組建大型無線網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)營(yíng)成本低，投資回報(bào)快等特點(diǎn)，正逐漸受到電信制造商和運(yùn)營(yíng)商的青睞，目前此種設(shè)備還比較昂貴，妨礙了其推廣和應(yīng)用。更多基于射頻無線通信技術(shù)的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 7新的 WiFi 標(biāo)準(zhǔn)正在制定之中。速度更快的 使用與 相同的正交頻分多路復(fù)用(OFDM)調(diào)制技術(shù)，同樣工作在 24GHZ 頻段，速率達(dá) 54Mbit/s，比目前通用的 快了 5 倍，并且完全向后兼容 ， 將有可能被大多數(shù)無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品制造商選擇作為產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，而下一代的 Wi 一 Fi 標(biāo)準(zhǔn) 可望達(dá)到 100Mbit/s。4. HomeRF 技術(shù)HomeRF 的標(biāo)準(zhǔn)集成了語音和數(shù)據(jù)傳送技術(shù)，工作頻段為 ，數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到 100Mbit/s，在 WLAN 的安全性方面主要考慮訪問控制和加密技術(shù)。 HomeRF 是對(duì)現(xiàn)有無線通信標(biāo)準(zhǔn)的綜合和改進(jìn)：當(dāng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)，采用 規(guī)范中的TCP/IP 傳輸協(xié)議；當(dāng)進(jìn)行語音通信時(shí)，則采用數(shù)字增強(qiáng)型無繩通信標(biāo)準(zhǔn)。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。5. Zigbee 技術(shù)Zigbee 技術(shù)是隨著工業(yè)自動(dòng)化對(duì)于無線通信和數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蠖a(chǎn)生的，它是一個(gè)由可多到 65000 個(gè)無線數(shù)傳模塊組成的一個(gè)無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，十分類似現(xiàn)有的移動(dòng)通信的 CDMA 網(wǎng)或 GSM 網(wǎng)，每一個(gè) Zigbee 網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊類似移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)基站，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，它們之間可以進(jìn)行相互通信。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的75 米，到擴(kuò)展后的幾百米，甚至幾公里。另外整個(gè) Zigbee 網(wǎng)絡(luò)還可以與現(xiàn)有的其它的各種網(wǎng)絡(luò)連接。Zigbee 技術(shù)的目標(biāo)就是針對(duì)工業(yè)，家庭自動(dòng)化，遙測(cè)遙控，汽車自動(dòng)化、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化和醫(yī)療護(hù)理等，例如燈光自動(dòng)化控制，傳感器的無線數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，油田，電力，礦山和物流管理等應(yīng)用領(lǐng)域。另外它還可以對(duì)局部區(qū)域內(nèi)移動(dòng)目標(biāo)例如城市中的車輛進(jìn)行定位。Zigbee 網(wǎng)絡(luò)省電、可靠、成本低、容量大、安全，可廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)控制領(lǐng)域。Zigbee 技術(shù)和 RFID 技術(shù)在 2022 年就被列為當(dāng)今世界發(fā)展最快，市場(chǎng)前景最廣闊的十大最新技術(shù)中的兩個(gè)。盡管國(guó)內(nèi)不少人已經(jīng)開始關(guān)注 Zigbee 這項(xiàng)新技術(shù)，然而，由于 Zigbee 本身是一種新的系統(tǒng)集成技術(shù)，應(yīng)用軟件的開發(fā)必須和網(wǎng)絡(luò)傳輸，射頻技術(shù)和底層軟硬件控制技術(shù)結(jié)合在一起。因而深入理解這個(gè)來自國(guó)外的新技術(shù)，再組織一個(gè)在這幾個(gè)方面都有豐富經(jīng)驗(yàn)的配套的隊(duì)伍，是一件不容易的事情。通過以上幾種無線技術(shù)的介紹，從系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、傳輸速率，確定該系統(tǒng)部分電路設(shè)計(jì)使用無線收發(fā)芯片。無線單片芯片的可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)，通訊防議簡(jiǎn)單透明，技術(shù)成熟。使用該種方案無線通信接口與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接口電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。無線收發(fā)芯片的種類和數(shù)量比較多，在設(shè)計(jì)中選擇合適芯片可以提高產(chǎn)品開發(fā)周期、節(jié)約成本。 器件的選擇及介紹 無線傳輸芯片的選擇陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 8無線傳輸芯片的種類和數(shù)量比較多，在設(shè)計(jì)中選擇合適芯片可以提高產(chǎn)品開發(fā)周期、節(jié)約成本。在選擇時(shí)，應(yīng)主要參考以下幾點(diǎn)：(1) 收發(fā)芯片的數(shù)據(jù)傳輸是否需要進(jìn)行曼徹斯特編碼：采用曼徹斯特編碼的芯片，在編程上會(huì)需要較高的技巧和經(jīng)驗(yàn)，需要更多的內(nèi)存和程序容量，并且曼徹斯特編碼大大降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?，一般僅能達(dá)到標(biāo)稱速率的 1/3，而采用串口傳輸?shù)男酒瑧?yīng)用及編程非常簡(jiǎn)單，傳送的效率很高，標(biāo)稱速率就是實(shí)際速率，編程方便。(2) 收發(fā)芯片所需的外圍元件數(shù)量：芯片外圍元器件的數(shù)量直接關(guān)系到系統(tǒng)的復(fù)雜程度和成本，因此應(yīng)該選擇外圍元件少的收發(fā)芯片。(3) 功耗：大多數(shù)無線收發(fā)芯片是應(yīng)用在便攜式產(chǎn)品上的，因此功耗也非常重要，應(yīng)該根據(jù)需要選擇綜合功耗較小的產(chǎn)品。(4) 發(fā)射功率：在同等條件下，為了保證有效和可靠的通信，應(yīng)該選用發(fā)射功率較高的產(chǎn)品。(5) 收發(fā)芯片的封裝和管腳數(shù)：較少的管腳以及較小的封裝，有利于減少 PCB 面積降低成本，適合便攜式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，也有利于開發(fā)和生產(chǎn)。常用的無線收發(fā)芯片主要有： (1) CC1000 是根據(jù) ChiPcon 公司的 SmartRF 技術(shù)，在 工藝下制造的一種理想的超高頻單片收發(fā)通信芯片。它的工作頻帶在 31868 及 915MHZ，但CC1000 很容易通過編程使其工作在 300~1000MHz 范圍內(nèi)。它具有低電壓(~) ，極低的功耗，可編程輸出功率(20~10dBm)，靈敏度(一般109dBm) ，小尺寸(TSSOP28封裝) ，集成了位同步器等特點(diǎn)。其 FSK 數(shù)傳速率可達(dá) ，具有 250HZ 步長(zhǎng)可編程頻率能力，適用于跳頻協(xié)議:主要工作參數(shù)能通過串行總線接口編程改變，使用非常靈活。(2) nRF401 是挪威 Nordic VLSI 公司推出的單芯片即收發(fā)機(jī)，專為在 433MHz IsM(工業(yè)、科研和醫(yī)療)頻段工作而設(shè)計(jì)。該芯片集成了高頻發(fā)射、高頻接收、PLL 合成、FSK 調(diào)制、FSK 解調(diào)、雙頻道切換等功能，具有性能優(yōu)異、功耗低、使用方便等特點(diǎn)。nRF401 的外圍元件很少，僅 10 個(gè)左右。只包括一個(gè) 4MHZ 基準(zhǔn)晶振(可與MCU 共享)、一個(gè) PLL 環(huán)路濾波器和一個(gè) VCO 電感，收發(fā)天線合一，沒有調(diào)試部件，這給研制及生產(chǎn)帶來了極大的方便。(3) nRF903 單片射頻收發(fā)器芯片工作在 915MHZ(國(guó)際通用 ISM 頻段)，GMSK/GFSK 調(diào)制和解調(diào)，抗干擾能力強(qiáng)。采用 DDS+PLL 頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性好；靈敏度高達(dá)100dBm，最大發(fā)射功率達(dá)+10dBm；數(shù)據(jù)速率可達(dá) ；170 個(gè)頻道，適合需要多信道工作的特殊場(chǎng)合；可方便地嵌入各種測(cè)量和控制系統(tǒng)中進(jìn)行無線數(shù)據(jù)雙向傳輸，在儀器儀表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)遙測(cè)遙控系統(tǒng)等中應(yīng)用。(4) TH72022 是 Melexis 公司的單片射頻發(fā)射芯片，頻率范圍為 380~450MHz，采基于射頻無線通信技術(shù)的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 9用 VCO+PLL 頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性好；FSK 調(diào)制方式，抗干擾能力強(qiáng)；FSK 頻偏和中心頻率可獨(dú)立調(diào)節(jié)；寬電壓范圍 ~ ，靜態(tài)電流小，工作電流可在~ 調(diào)節(jié)。發(fā)射功率可在 12dBm~ +10dBm 調(diào)節(jié)，數(shù)據(jù)速率可達(dá) 40Kbit/s?？汕度敫鞣N測(cè)量和控制系統(tǒng)中進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸，在保安系統(tǒng)、微功耗遙測(cè)遙控系統(tǒng)等中應(yīng)用。(5) nRF24EI 是挪威 Nordic VLSI ASA 公司最近開發(fā)的一種嵌入了高性能單片機(jī)內(nèi)核的高速單片無線收發(fā)芯片。采用先進(jìn)的 CMOS 工藝，以 nRF2401 芯片結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，將射頻、8051MCU、9 輸入 12 位 ADC、125 頻道、UART、SPI 、 PWM、RTC 、WDT 全部集成到單芯片中；內(nèi)部有電壓調(diào)節(jié)器(工作電壓~ )和 VDD 電壓監(jiān)視，通常開關(guān)時(shí)間小于 200us，數(shù)據(jù)速率 1Mbps，輸出功率0dBm；不需要外接 SAW 濾波器，極少的外圍電路，發(fā)射功率、工作頻率等所有工作參數(shù)全部通過軟件設(shè)置完成，所有高頻元件包括電感、振蕩器等已經(jīng)全部集成在芯片內(nèi)部，一致性良好，性能穩(wěn)定且不受外界影響。工作在全球開放的 頻段、勿需申請(qǐng)通信許可證。(6) nRF905 芯片可以工作于 ShockBurst(自動(dòng)處理前綴、地址和 CRC 方式)。內(nèi)置電壓調(diào)整模塊，最大限度地抑制噪音，為系統(tǒng)提供 ~ 的工作電壓，載波檢測(cè)。由于 nRF905 功耗低，工作可靠 nRF905 沒有復(fù)雜的通信協(xié)議，完全對(duì)用戶透明，同種產(chǎn)品之間可以自由通信，因此很適用于無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。它可應(yīng)用在:無線數(shù)據(jù)通訊、報(bào)警和安全系統(tǒng)、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)、家庭自動(dòng)化控制、遙控裝置、監(jiān)測(cè)、車輛安全系統(tǒng)、工業(yè)控制、遠(yuǎn)程遙控及其它短距離無線高速應(yīng)用，故本系統(tǒng)將 nRF905做為無線收發(fā)芯片的首選。 溫度傳感器的選擇DS18B20 是美國(guó) Dallas 半導(dǎo)體公司推出的一種智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測(cè)溫度并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn) 9~12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式。可以分別在 和 750ms 內(nèi)完成 9 位和 12 位的數(shù)字量。它具有獨(dú)特的單總線接口方式，即允許在一條信號(hào)線上掛接數(shù)十甚至上百個(gè)數(shù)字式傳感器，從而使測(cè)溫裝置與各傳感器的接口變得十分簡(jiǎn)單，克服了模擬式傳感器與微機(jī)接口時(shí)需要的 A/D 轉(zhuǎn)換器及其它復(fù)雜外圍電路的缺點(diǎn)，而且，可以通過總線供電，溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的 DS18B20 供電，而無需額外電源，由它組成的溫度測(cè)控系統(tǒng)非常方便，而且成本低、體積小、可靠性高。DS18B20 的測(cè)溫范圍55~+125 ℃，最高分辨率可達(dá) ℃，由于每一個(gè) DS18B20 出廠時(shí)都刻有唯一的一個(gè)序列號(hào)并存入其 ROM 中，因此 CPU 可用簡(jiǎn)單的通信協(xié)議就可以識(shí)別，從而節(jié)省了大量的引線和邏輯電路。Dallas 公司的單總線技術(shù)具有較高的性能價(jià)格比，有以下特點(diǎn):陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 10(1) 適用于低速測(cè)控場(chǎng)合，測(cè)控對(duì)象越多越顯出其優(yōu)越性。(2) 性價(jià)比高，硬件施工、維修方便，抗干擾性能好。(3) 具有 CRC 校驗(yàn)功能，可靠性高。(4) 軟件設(shè)計(jì)規(guī)范，系統(tǒng)簡(jiǎn)明直觀，易于掌握。 由于 DS18B20 占用 MCU 的 I/O 引腳資源少，和 MCU 的通信協(xié)議比較簡(jiǎn)單，成本較低，傳輸距離遠(yuǎn)，和其他數(shù)字溫度傳感器相比，它更適合本系統(tǒng)，所以，選用DS18B20 做為溫度測(cè)量的傳感器。 主要器件的介紹(1)無線收發(fā)模塊 nRF905nRF905 是挪威 Nordic 公司推出的單射頻發(fā)射器芯片，工作電壓為 V ，32 引腳封裝（55 ） ，工作于 433/868/915MHz3 個(gè)頻道。nRF905 可以自動(dòng)完成處理字頭和 CRC（循環(huán)冗余校驗(yàn)）的工作，可由內(nèi)部硬件自動(dòng)完成曼徹斯特編/解，使用 SPI 接口與微控制器通信，配置非常方便，其功耗非常低，以10dBm 的輸出功率發(fā)射時(shí)電流只有 11mA，在接收模式時(shí)電流為 。nRF905 單無線收發(fā)器工作由一個(gè)完全集成的頻率調(diào)制器，一個(gè)帶解調(diào)器的接收器，一個(gè)功率放大器，一個(gè)晶體震蕩器和一個(gè)調(diào)節(jié)器組成。ShockBurst 工作模式的特點(diǎn)是動(dòng)產(chǎn)生前導(dǎo)和 CRC，可以很容易通過 SPI 接口進(jìn)行編程配置。傳輸前聽的載波檢測(cè)協(xié)議，當(dāng)正確的數(shù)據(jù)包被接收或發(fā)送時(shí)有數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒信號(hào)輸出，偵測(cè)接收的數(shù)據(jù)包當(dāng)?shù)刂氛_輸出地址匹配信號(hào)。主 (2) nRF905 工作模式nRF905 采用 Nordic 公司的 VLSI ShockBurst 技術(shù)。ShockBurst 技術(shù)使 nRF905 能夠提供高速的數(shù)據(jù)傳輸，而不需要昂貴的高速 MCU 來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理/時(shí)鐘覆蓋。通過將與 RF 協(xié)議有關(guān)的高速信號(hào)處理放到芯內(nèi)，nRF905 提供給應(yīng)用的微控制器一個(gè) SPI接口，速率由微控制器己設(shè)定的接口速度決定。nRF905 通過 ShockBurst 工作模式在RF 以最大速率進(jìn)行連接時(shí)降低數(shù)字應(yīng)用部分的速度來降低在應(yīng)用中的平均電流消耗。在 ShockBurst RX 模式中，地址匹配 AM 和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒 DR 信號(hào)通知 MCU 一個(gè)有效的地址和數(shù)據(jù)包已經(jīng)各接收完成。在 ShockBurst TX 模式中，nRF905 動(dòng)產(chǎn)生前導(dǎo)和CRC 校驗(yàn)，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒 DR 信號(hào)通知 MCU 數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)完成?？傊?，這意味著降低 MCU 的存儲(chǔ)器需求也就是說降低 MCU 成本，又同時(shí)縮短軟件開發(fā)時(shí)間。基于射頻無線通信技術(shù)的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 11表 21 nRF905 的管腳說明表 管腳 名稱 管腳功能 說明1 TRX_CE 數(shù)字輸入 使能芯片發(fā)射或接收2 PWR_UP 數(shù)字輸入 芯片上電3 uPCLK 時(shí)鐘輸出 由晶振分頻的輸出時(shí)鐘4 VDD 電源 電源（+3V DC）5 VSS 電源 地（ 0V）6 CD 數(shù)字輸出 載波檢測(cè)7 AM 數(shù)字輸出 地址匹配8 DR 數(shù)字輸出 接受或發(fā)射數(shù)據(jù)完成9 VSS 電源 地（ 0V）10 MISO SPI 接口 SPI 輸出11 MOSI SPI 接口 SPI 輸入12 SCK SPI 時(shí)鐘 SPI 時(shí)鐘13 CSN SPI 使能 SPI 使能14 XC1 模擬輸入 晶振 1 腳/外部時(shí)鐘輸入腳15 XC2 模擬輸出 晶振 2 腳16 VSS 電源 地（ 0V）17 VDD 電源 電源（+3V DC）18 VSS 電源 地（ 0V）19 VDD_PA 電源輸出 給 NRF905 功放提供+ 電源20 ANT1 射頻輸出 天線接口 121 ANT2 射頻輸出 天線接口 222 VSS 電源 地（ 0V）23 IREF 模擬輸入 參考電流24 VSS 電源 地（ 0V）25 VDD 電源 地（ 0V）26 VSS 電源 地（ 0V）27 VSS 電源 地（ 0V）28 VSS 電源 地（ 0V）29 VSS 電源 地（ 0V）30 VSS 電源 地（ 0V）31 DVSS_1V2 電源 耦合的低壓正數(shù)字電源輸出32 TX_EN 數(shù)字輸入 TX_EN= “1”TX 模式陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 12nRF905有兩種工作模式（RX/TX）和兩種節(jié)電模式,活動(dòng)模式為 ShockBurst RX 和 ShockBurst TX，節(jié)電模式為掉電和 SPI 編程及 Standby