以分布控制式單片機為核心的無線呼叫系統設計

隨著科技的進步以及生活質量的不斷提高，產生了各種不同類型的呼叫系統。傳統的呼叫系統多是有線的，比如采用分布控制方式的單片機系統，主機和呼叫器的應答通過一根三芯導線，包括電源線、信號線、地線來完成，各呼叫器并行掛接。這樣的系統存在著布線繁瑣，安裝麻煩、成本高等問題，針對這些問題，無線呼叫系統逐漸發展起來，越來越多的研究者將目光投向了無線領域。

1 系統設計方案

低功耗無線呼叫系統的發送和接收模塊的框圖如圖1，圖2所示。

其中圖1為無線發送模塊，以STC89C52RC為主控制核心，及時響應終端的呼叫信息，然后利用nRF905無線傳輸模塊將呼叫信息發送給無線接收模塊進行處理。

圖2為無線接收模塊，以STC89C52RC為主控制核心，利用nRF905無線傳輸模塊接收呼叫信息，然后利用串口轉USB線上傳給PC，利用上位機軟件可以實時監測。

2 系統硬件電路設計

2.1 3.3V供電電源模塊

該設計可用3.3V電壓供電，故采用ASM1117-3.3電源供電系統，如圖3所示。無線發送模塊和STC89C52RC單片機皆為低功耗器件。對發送端而言，在對通信距離要求較遠時，也可采用5V供電。接收端可通過與PC連接的USB提供5V電源。核心部件LM1117-3.3是一個低壓差電壓調節器系列。壓差在1.2V輸出，此時相應的負載電流為800mA。

以分布控制式單片機為核心的無線呼叫系統設計

2.2 單片機控制電路

從電源供給及功耗等各方面的考慮，數據處理部分采用STFC89C51RC/RD+系列的STC89C52RC單片機。

STC89C52RC單片機除具有MCS-51系列單片機FLASH、RAM、分頻器、位定時器/計數器等結構外，具有如下主要特點：加密性強，無法解密;超強抗干擾;對外部的電磁輻射低;超低功耗，正常工作模式時典型功耗為4～7mA。

STC89C52RC單片機與單片射頻收發器nRF905連接如圖4所示。

以分布控制式單片機為核心的無線呼叫系統設計

2.3 數據傳輸模塊的選擇

數據傳輸模塊采用NewMsg_RF905SE模塊，該模塊采用挪威Nordic公司推出的單片射頻收發器nRF905芯片開發而成。NewMsg RF905單片無線收發器工作電壓為1.9～3.6V，工作在433/868/915MHz的ISM頻段，最大數據速率為100Kb/s。芯片內部由1個完全集成的頻率調制器、1個帶解調器的接收器、1個功率放大器、1個晶體振蕩器和1個調節器組成。ShockBurst工作模式的特點是自動產生前導碼和CRC可以很容易通過SPI接口進行編程配置電流消耗很低，在發射功率為+10dBm時，發射電流為30mA接收電流為12.5mA。進入POWERDOWN模式可以很容易實現節電。nRF905是單工工作方式，且在待機模式、接收模式、發送模式之間切換需要延時，所以在無線通信過程中，通信軟件應該有合理的時序。表1為nRF905的工作模式及相應功能。

以分布控制式單片機為核心的無線呼叫系統設計

3 系統的軟件設計

系統軟件選用德國Keil公司推出的Cx51編譯器，在nVision 2集成開發環境下完成從源程序編輯、編譯調試，直到生成最終可執行文件代碼的全部過程。該系統的重點是控制nRF905的程序設計。首先應對nRF905進行初始配置，配置完成后按需要編寫用戶數據的發送和接收程序。

3.1 初始化配置

初始化配置分為以下3個部分：

（1）編寫SPIWRITE和SPIREAD子函數，即通過軟件為單片機配置SPI功能。

（2）初始化nRF905的射頻配置寄存器。這些寄存器中有很多信息，必須根據實際情況進行配置。設計中nRF905外接16MHz晶體，XOF應配置為01，PA2PWB為發射功率，RX2 RED2 PWB為接收靈敏度，可根據需要配置。另外還有發送地址、接收地址、發送數據和接收數據的長度，可根據實際應用配置。

（3）配置nRF905的發送地址，最多4 B發送端的發送地址應與接收端設備的接收地址相同。在實際工作中，nRF905可以自動濾除地址不相同的數據，只有地址匹配且校驗正確的數據才會被接收，并存儲在接收數據寄存器中。

3.2 發送數據

nRF905發送數據前，通過條用SPI寫函數，在待機模式下先把待發數據填進發送數據寄存器。然后把nRF905的TRX_CE、TX_EN引腳都置為高電平，數據就會自動通過天線發送出去。為了數據可靠地傳輸，將射頻配置寄存器中的自動重發位（AUTO_RE_TRAN）設為有效，這樣在TRX_ CE被置高的時間內數據一直在重復不斷的發送。程序中設計延時500ms，之后拉低TRX_CE引腳，回到待機模式。

3.3 接收數據

STC89C52RC把nRF905的TRX_CE引腳置為高電平，TX_EN引腳置為低電平后，即開始接收數據。在設計中可設定在一定的時間內一直判斷nRF905的DR引腳是否變高，若為高，則證明接收到了有效數據，可以退出接收模式;若一直沒有接收到，待時間到也退出接收模式。退出后在待機模式，CPU把nRF905內部的接收數據寄存器中的數據讀出，即接收到的有效數據。