低功率无线数据传输系统的研究与设计

本系统处于半双工的工作状态。单片机的串口P3．0、P3．1分别和nRF4．01的DOUT、DIN相连接。TXEN、FREQ、PWR UP可以分别由单片机的Pl口的引脚进行控制。即发送的数据经由单片机的串口P3．1到达nRF401的DIN引脚，然后天线端口发送出去。接收数据的过程正好相反，数据经由天线，经过解调，到达DOUT端口，再由P3．0接收，经由SBUF转存到存储器中。单片机和nRF401 的连接如图2所示。芯片引脚DIN与单片机P3．1相连，需要发射的数字信号通过DIN输入。DOUT与单片机P3．0相连，解调出来的信号经过DOUT输出进入单片机。PWR UP(节电控制)与单片机P1．2相连：PWR UP="1"为工作模式：PWR UP="0"为待机模式。电路进入待机状态，工作电流为8μA，电路不接收和发射数据。TXEN为发射允许控制，与单片机P1．0相连：TXEN="1"为发射模式：TXEN="0"为接收模式。为了设计上的方便，nRF401可以与单片机共用一个晶振，具体连接方法如图3所示：

2．3 系统软件设计

数据的收、发由AT89C51控制。首先，对系统要进行初始化，让nRF401进入待机状态：使单片机工作在串口通信方式，利用单片机的中断响应，对。nRF40l芯片的相应引脚进行控制，实现数据的接收或发射。整个软件设计流程如图4所示。在程序设计的时候，要注意一个关键问题：即nRF401有多种不同的工作模式，当不同的模式进行转换时，系统存在相应的延迟，程序设计时必须考虑这一因素。nRF401不同工作模式下的时序如表1所示

其中TX：发射模式；Rx：接受模式；std_by：待机模式；VDD=0-Tx：加电到发射模式；

VDD=0-RX：加电到接收模式。

当从接收转为发射模式时，数据输入引脚DIN必须保持为高至少1ms才能发送数据。当由发送模式转为接收模式时，数据输出引脚0UT要至少3ms以后才有数据输出(其他的状态，读者可以根据表1 自行分析) 。在编程实现的时候要把延迟考虑进去，才能达到准确无误接收。根据系统的功能要求，软件设计流程如下图4所示：

3 应用分析

本设计以nRF401和单片机AT89C51为基础设计出了一款具有微型化、低功率、可长距离传输等特点的无线数据传输系统，在某环境监测与报警系统中进行了系统功能测试，测试结果表明，该系统在室外无障碍环境下的有效传输距离约为1300m，数据传输准确率较高，达到了预期的设计目标。

同时该系统可以作为一个开放式的无线数据传输模块，将该系统和数据采集设备有效结合，可以实现工业环境下的数据监测与监控需求。同时该系统也可实现无线语音传输，将话音信息经音频接口芯片(如TI公司的TLV320AICl0)进行A／D转换、采样、编码后送入系统，实现语音信息的无线传输。

作者：王战备 陕西理工学院 来源：电子技术