无线呼号系统中的nRF905芯片设计与实现

　　1 引言

　　随着人类文明和生活水平的提高，越来越需要体 现出“以人为本”的社会理念，在医院、饭店和宾馆等服务性质的场所，就更需要体现这种人文理念。人们在医疗、餐饮和娱乐时，普遍有这样的心理和需求:不需 要服务时，希望服务人员不在近前;需要服务时，希望服务人员马上出现。而实际情况并非如此，经常会有如下一些情况出现:需要服务人员时找不到;呼叫服务员 时，需要大声呼喊，让顾客在公共场合有点尴尬;在不需要服务时，服务员等在近前，顾客言语和行为的私密性没有保证等等。

　　呼叫系统的出现，极大的方 便了顾客呼叫工作人员，工作人员也能够及时、适时地提供服务。呼叫系统往往需要将多个独立工作的呼叫器所产生的数据在接收设备上进行汇总、排队。传统的通信方式，主要是采用固定的点与点之间的有线通信，使用rs-485总线或者can总线进行数据传输，需要把各个设备利用网线连接起来，这样施工麻烦而且费用很高。而如果能在每个采集数据的终端使用无线的方式进行数据汇总，可以完全去掉通信设备之间的物理线路连接，不仅简化了施工难度和系统复杂度，还可以大 大地降低成本。

　　无线呼叫系统安装方便、可固定可移动，没有接线，不用改变原有室内装饰。该系统的每个呼叫器都有唯一的编码，呼叫器之间不会产生干 扰，不会产生误动作，接收可靠，工作稳定。本系统已经成功地应用在医院、饭店和宾馆等服务性质的场所，并且可以广泛地应用与小型无线网络、无线抄表、小区传呼、工业数据采集系统、射频标识(RFID)等领域。

　　2 无线呼号系统设计

　　2.1 stc89c58rd+单片机简述

　　stc89c58rd+是一种低功耗高性能的8位单片机，stc89c58rd+系列是全球第一 片掉电模式时典型功耗小于0.1ua 的8051单片机。片内带有一个32k字节的f1ash可编擦除只读存储器(perom)，它采用了cmos工艺和stc(宏晶)公司的高密度非易失性存储器(nuram)技术，而且其输出引脚和指令系统和mcu-51系列单片机兼容。片内的flash存储器允许在系统内可改编程序或用常规的非易失性的存 储器编程器来编程。同时它具有三级程序存储器保密的性能。

　　在众多的51系列单片机中，要算stc(宏晶)公司的stc89c58rd+最实用，因 为它不仅和mcu-51系列单片机指令、管脚完全兼容，而且它支持isp(在系统可编程)，无需高价的编程器，可轻松通过串口实现程序下载和远程升级，加上其片内的32k程序存储器是flash工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写。此外，它有1280字节的ram,8k以上的 e2prom,内置看门狗。在isp下载编程时就可以任意设置6时钟/机器周期或12时钟/机器周期，stc单片机isp引导码出厂时已有，不需要用户烧 录。该单片机对开发设备要求很低，开发时间也大大缩短。单片机出厂时已完全加密，无法解密，其dip封装引脚如图1所示:

　　图1 stc89c58rd+的dip封装引脚图

　　2.2 无线收发芯片nrf905简介

　　无线收发电路采用挪威 nordic semiconductor asa公司推出的单片无线收发器芯片nrf905，工作电压为1.9～3.6v，32引脚qfn封装(5×5mm)，工作于433/868/915mhz 三个ism(工业、科学和医学)频段，是一个真正单片的uhf无线收发芯片，采用fsk调制解调技术，频道之间的转换时间小于650μs。nrf905集 成度高，由一个完全集成的频率调制器、一个带解调器的接收器、一个功率放大器、一个晶体振荡器和一个调制器组成，工作频率稳定可靠，外围元器件少，不需外加声表滤波器，shockbursttm工作模式，能自动产生前导码和crc(循环冗余码校验)，使用spi接口与微控制器通信，配置非常方便。此 外，nrf905最高工作速率可达20k，发射功率可以调整，最小为-10dbm，最大为+10dbm。其功耗非常低，以-10dbm的输出功率发射时电 流只有11ma, 工作于接收模式时的电流为12.5ma，内建空闲模式与关机模式，易于实现节能，适合便携式产品的设计。

　　2.3 系统设计

　　如前所述，stc89c58rd+单片机片内带有一个32k字节的flash 可编程可擦除只读存储器，这就决定了在某些方面其自身的优越性。众所周知，编写程序绝大多数需要反复调试，数次修改，stc89c58rd+的可擦除可编程特性极大地方便了编程者的调试修改工作。因此，在无线呼号系统中，stc89c58rd+单片机得到了充分的应用。下面将以作者参与设计的无线呼叫系统 为例详细说明。

　　在酒店等服务行业中无线呼叫系统有很大的应用前景，而把stc89c58rd+作为控制部分应用于无线呼叫系统中将使系统功能更加 灵活。系统包括发射和接收两部分:发射部分由按键、stc89c58rd+单片机控制器和nrf905芯片组成;接收部分由nrf905、 stc89c58rd+单片机控制器和led显示以及蜂呜报警器组成。在发射器中有约定的数据代码，当按键时将数据代码送人nrf905芯片，由它向外发 射，同时接收部分由单片机控制nrf905芯片接收数据代码并显示报警。为了增强系统灵活性，发射器中的数据代码可以通过接口电路即时地输入，并且接收器收到信号后反馈信息给发射器，即采用半双工的工作方式。

　　2.4 系统硬件设计

　　(1) 发射接收控制电路

　　图2为复位电路，在此我们采取手动复位的方式。

　　图2 复位电路

　　图3为发射接收控制部分电路。作为发射控制部分使用时，其实际功能是当按键按下时，与之相连的发光二极管闪耀，同时蜂鸣器发出报警声，从而在视觉和听觉上一起提醒呼叫者操作成功。其中的c4为退耦电容，可以为2.2μf的电解电容。

　　图3 发射接收控制部分电路

　　作为接收控制部分使用时，stc89c58rd+的p0口和p1口用于驱动共阳极led七段数码管显示。当有用户按下按键需要服务时，蜂鸣器发出报警声，同时接收部分的共阳极led七段数码管显示客户编号，并保留显示数十秒，从而在视觉和听觉上一起提醒服务人员操作成功。同时，因为 stc89c58rd+内部有程序存储器，31脚接高电平(vcc)，单片机启动后直接在内部读取指令。

　　(2) 无线发送接收电路

　　图4为 无线发射接收电路，它由单片的uhf无线收发芯片nrf905和外围元件组成，采用的是50ω的sma天线。

　　由于nrf905工作于 433/868/915mhz三个频段，可以根据使用者的需要选择相关频段，天线部分电容电感参数详附表。

　　图4 无线发射接收电路

　　附表 nrf905天线部分电容电感参数

　　2.5 系统软件设计

　　软件设计时要注意nrf905模块工作模式切换时，编程中要做相应的延时处理。

　　另外一个值得注意的问题是在无 线呼叫系统进行工作时，可能会出现同时有几个发射器处于接收器的工作范围内，这样当有两个或两个以上的发射器同时发送数据时就会出现数据相互的干扰(碰 撞)，所以就必须制定适当的通信方式。一般在无线呼号系统中有两种不同的基本通信方式:

　　第一种通信方式:从接收器到发射器的数据传输为第一种通信 形式。发送的数据流同时被所有的发射器接收，此方式称为“无线广播”(radio)。

　　第二种通信方式:在接收器的应答范围内有多个发射器的数据同 时传输给阅读器，这种通信方式称为多路存取。这是无线呼号系统中的主要通信方式之一。

　　无线呼号系统是个小的无线局域网，所以应选用比较简单的多路 存取方法。可以使用在无线呼号系统中的多路存取方法有aloha法，时隙aloha法，动态时隙aloha法，“二进制搜索”算法和“动态二进制搜索”算法等，在我们的无线呼叫系统中使用的是“动态二进制搜索”算法，这种算法有效地避免了通信碰撞问题。

　　使用rf技术传输数据时很容易受外界的干扰; 使传输的数据发生改变导致错误。校验是用以识别并以一定的措施进行数据校正的方法。在电路设计中经常使用的校验方法有循环冗余校验法(crc)、海明码、 奇偶校验码等。本设计中采用最为简单的检错码:奇偶校验码。奇偶校验是一种简单的广泛使用的校验方法。这种方法是把一个奇偶校验位组合到每一字节中，并被传输，即每字节发送九位，在数据传输前必须确定是用偶数校验还是用奇数校验，以保证发射器和接收器二者都用同样的方法进行校验。本设计采用偶数校验。

　　3 结束语

　　该无线呼号系统在空旷地带测试, 其有效通信距离大于200m。为了防止干扰，在做pcb板时采用1.6mmfr4板材的双面板, 射频电路部分外加屏蔽罩，在有障碍物体的混凝土结构的建筑内测试，其有效直线通信距离大于50m。

　　该系统现已成功应用于多个服务场所，运行稳定可 靠。真正体现了以人为本的思想，其经济效益和社会效益显著，受到服务人员和顾客们广泛的好评。