【正文】 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。復(fù)位后單片機(jī)從程序存儲(chǔ)器的地址 0000H 開始運(yùn)行。 本系統(tǒng)中 ， 時(shí)鐘頻率為 4MHz 晶振 。 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。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。 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。由于采用差分環(huán)形天線， VDD 必須通過環(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。圖 為差分方式 天線應(yīng)用設(shè)計(jì)圖。連接 nRF2401 的天線是以差分方式連接到 nRF2401 的。 天線的設(shè)計(jì) 天線是無線傳輸設(shè)備的出入窗口，其性能設(shè)計(jì)至關(guān)重要。 基于 nRF2401的遠(yuǎn)程無線監(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。采集軟件的設(shè)計(jì)應(yīng)在滿足用戶控制采集過程要求的前提下，盡量使操作方便，界面簡潔。由于 RS232 協(xié)議采用的電平是 177。數(shù)據(jù)進(jìn)入計(jì)算機(jī)可以通過并行口、串行口及 USB 等設(shè)備接口。如果數(shù)據(jù)接收正確 ，上位機(jī)返回正確確認(rèn) 信息。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。 nRF401 靈敏度 比較高 ， 在沒有進(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。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。如果與自身ID 號(hào)相符合 ， 通過串口 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。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。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)器開始工作。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。因?yàn)?nRF2401 處于接收狀態(tài) ， 并且空中無有效信號(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。 圖 描述了 PTR20xx 無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)。 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(qiáng)，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(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。 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(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。 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) 。CRC 為數(shù)據(jù)校驗(yàn)段 ， 可設(shè)定 8 bit 或 16 bit 校驗(yàn)位 。 一幀數(shù)據(jù)從 ADDRESS 到 CRC 最多包含 256 bit。 它的值與ADDRESS 第 1 位有關(guān) 。 各狀態(tài)字位功能 如下 ： 位 143~122 為測試保留 ； 位 121~120為發(fā)送閉環(huán) PLL； 位 119~112 為通道 2 數(shù)據(jù)段長度 ； 位 111~104 為通道 1 數(shù)據(jù)段長度 ；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 為地址段長度 ；位 17 為校驗(yàn)段長度 ， 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) 。 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 。 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) 。 nRF2401 引腳功能芯片引腳排列見圖 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 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(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 。 （ 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 。ilters maximum8mA 40mA 最大輸出功率 +10dBm +5dBm +12dBm +5dBm +14dBm 速率 20Kbps 128 或 kbps 64Kbps 封裝 SSOP20 LQFP32 TQFP44 TQFP32 SSOP28 外圍元件數(shù)量 約 10 個(gè) 約 50 個(gè) 50 個(gè) 兩根天線時(shí)約20 個(gè) 一根天線時(shí)約35 個(gè) 表 nRF2401 工作模式 工作模式 引擎 PWRUP CE CS 收發(fā)模式 1 1 0 配置模式 1 0 1 空閑模式 1 0 0 關(guān)機(jī)模式 0 * * 值得注意的是 nRF2401 的收發(fā)模式有直接收發(fā)模式和 ShockBurst TM 收發(fā)模式 2種，由器件配置字決定 。 （ 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) 。 nRF2401 的主要技術(shù)特點(diǎn)是： nRF 系列是采用藍(lán)牙核心技術(shù)設(shè)計(jì)并將多種功能和外圍部件協(xié)議集成在芯片內(nèi)部、可與單片微處理器直接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯纹瑹o線收發(fā)芯片 。與藍(lán)牙不同的是， nRF2401 沒有復(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。 nRF2401 支持多點(diǎn)間通信，最高傳輸速率超過 1Mbps，而且比藍(lán)牙具有更高的傳輸速度。 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。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由數(shù)據(jù)循環(huán)采集傳輸模塊、循環(huán)顯示模塊、時(shí)間顯示模塊以及監(jiān)控報(bào)警模塊構(gòu)成。 在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中采 用無線收發(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)無線遠(yuǎn)程監(jiān)控和現(xiàn)場實(shí)時(shí)控制的功能。公式節(jié)點(diǎn)還自動(dòng)進(jìn)行類型轉(zhuǎn) 換 ，本系統(tǒng)中的程序 設(shè)計(jì) 如圖 所示： 基于 nRF2401的遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng) –12– 圖 上位機(jī)部分程序設(shè)計(jì) 系統(tǒng)構(gòu)成 本設(shè)計(jì)中的遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng)中的下位機(jī)是 由 CPU 基本單元、 輸入 信號(hào)電路、 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、數(shù)碼管顯示電路、電源電路以及基于 nRF2401 的無線傳輸系統(tǒng)構(gòu)成。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。可通過復(fù)制、粘貼的方式將已有的文本代碼移植到公式節(jié)點(diǎn)中，無須通過圖形化編程的方式再次創(chuàng)建相同的代碼。這些程序的組成元素與在 C 語言程序中的元素相似，但并不完全相同。用戶無須使用任何外部代碼或應(yīng)用程序，且創(chuàng)建方程時(shí)無須連接任何基本算術(shù)函數(shù)。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)來轉(zhuǎn)換和顯示通道號(hào)以及相應(yīng)的溫度值。將錯(cuò)誤簇連接到條件接線端時(shí)，僅有錯(cuò)誤簇中 狀態(tài) 參數(shù)的 TRUE 或 FALSE值被傳遞到該接線端，并且 真 （ T） 時(shí)停止 和 真 （ T） 時(shí)繼續(xù) 快捷菜單選項(xiàng)也相應(yīng)地分別變?yōu)?錯(cuò)誤時(shí)停止 和 錯(cuò)誤時(shí)繼續(xù) 。要停止一個(gè)無限循環(huán)，必須單擊工具欄上的 中止執(zhí)行 按鈕中止整個(gè) VI。如果將循環(huán)外部的控件設(shè)置為 TRUE，且條件接線端為 真 （ T） 時(shí)繼續(xù) ，也會(huì)導(dǎo)致無限循環(huán)。通過使用操作工具單擊條件接線端也可改變條件。右鍵單擊該接線端或 While 循環(huán)的邊框，可改變條件接線端的動(dòng)作和外觀。條件接線端的默認(rèn)動(dòng)作和外觀為 真 （ T） 時(shí)停止 。 前端探測器 單片機(jī) PTR20xx PC RS232 PTR20xx 基于 nRF2401的遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng) –11– While 循環(huán)類似于文本編程語言中的 Do 循環(huán)或 RepeatUntil 循環(huán)， While 循環(huán)執(zhí)行子程序框圖直到滿足某個(gè)條件。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)無線收發(fā)系統(tǒng)傳輸實(shí)現(xiàn)無線 數(shù)據(jù) 采集。 系統(tǒng)功能 本系統(tǒng)下位機(jī)中由 CPU 基本單元、 溫度 信號(hào)電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、數(shù)碼管顯示電路及電源電路來實(shí)現(xiàn)溫度的 巡檢 。作為一種高水平的程序設(shè)計(jì)平臺(tái)同傳統(tǒng)的編程語言相比，采用 LabVIEW 圖形 編程方式可以節(jié)省大約 80%的程序開發(fā)時(shí)間，而其運(yùn)行 速度 卻幾乎不受影響。 G 語言使用圖標(biāo)代替常規(guī)的一條或一組語句來實(shí)現(xiàn)一個(gè)功能，即其編程過程。所以采用的是更易使用的圖形化程序語言 G 語言 (Graphical Programming Language)。 目前， LabVIEW 在以 PC 機(jī)為基礎(chǔ)的測控軟件中，它的普及率 39%僅次于 C++(49%)和 C(43%) 。 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。天線接口設(shè)計(jì)為差分天線 ， 便于使用低成本的 PCB 天線。 nRF2401 是 Nordic 公司生產(chǎn)的單片