4、无线数传模块设计

4.1 nRF401简介

无线通信的实现有三种方案:蓝牙通信、红外无线遥控、使用短距离无线数传器件。对于蓝牙方案,传输距离和器件成本是值得考虑的问题,蓝牙主要用于短距离传输(最多10m),且成本一直偏高。红外传输虽不用考虑成本问题,但从手持设备所能提供的功耗来看,它能传输的距离实在太近,只有几米,且对红外发射角度有一定要求,存在“必须保证传输信息的两个设备正对,且中间不能有障碍物”等致命的缺陷,与前两种方案相比,采用短距离低功耗的无线射频器件nRF401是最佳选择。

nRF401无线通信收发器集成了高频发射/接收、PLL合成、FSK调制/解调和多频道切换等功能,在低成本数字通信应用中具有突出的技术优势,其主要技术特点有:(1)工作在国际通用的两个频道:433.92MHz和434.32MHz,无需进行频道申请即可使用;(2)采用DSS+PLL频率合成技术,外接元件仅有1个晶体振荡器和几个电阻电容和电感,基本无需调试就可工作,且稳定性好;(3)数字通信采用具有较高的抗干扰能力的FSK调制方式,支持直接数据输入输出操作,可直接与MPU的UART串行口连接;(4)有2个可选择的工作频道,采用半双工工作模式,最高数据传输速率可达20bk/s;(5)工作电压为2.7V-5V,待机状态耗电仅为8μA,能满足低功耗设备的要求。

采用nRF401器件无需进行初始化和配置,不需要对数据进行曼彻斯特编码,并可以使用廉价的PCB天线,无需进行复杂的射频电路设计和调试,使产品的开发应用更为便捷。

4.2 nRF401与LPC2104的连接

nRF401与LPC2104的连接方式有多种选择,如GPIO、I2C、UART等,从硬件连接及通信协议最简化的角度来看,选择串口与无线模块相连是最佳方案,UART1的TXD1、RXD1分别与nRF401的DIN、DOUT连接。nRF401与LPC2104接口电路如图2所示。

由图2可见,嵌入式CPU对无线模块的控制接口主要由5根信号线组成,分别是DIN、DOUT、TXEN、PWR_UP、CS。其中,TXEN是发送使能端,通过对TXEN置位和复位实现发送状态和接收状态的切换,并通过GPIO口进行控制,PWR_UP是节能控制端,利用LPC2104的一个GPIO口对其进行编程,实现无线模块的工作模式和休眠状态的切换;CS可进行频道选择,通过GPIO设置,可以利用LPC2104的UART1串口控制DIN、DOUT信号。

为了节能,nRF401大多数情况下应处于关闭状态,无线部分硬件上是不具备自动唤醒功能的,必须通过软件方式采用合理的通信协议以保证节能同时数据不丢失。

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