nRF905模塊和SPI接口的點(diǎn)對點(diǎn)無線通信系統(tǒng)

摘要 介紹一種利用無線射頻收發(fā)囂nRF905模塊和單片機(jī)SPI接口實(shí)現(xiàn)的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)；給出單片機(jī)PICl6F876控制nRF905模塊通過SPI口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，以及它們之間電路連接和軟件設(shè)計方法。該系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速度快、可靠性高、可移植性強(qiáng)，可廣泛應(yīng)用于各類無線數(shù)據(jù)通信中。
關(guān)鍵詞 nRF905模塊 單片機(jī)PICl6F876 無線數(shù)據(jù)通信 SPI接口

引 言
    在某些環(huán)境監(jiān)測、安防警報等環(huán)境下，不便進(jìn)行有線線路的鋪設(shè)，而采用無線數(shù)據(jù)通信方式。采用一般的無線傳輸方式時可能因?yàn)榄h(huán)境噪聲大，干擾信號強(qiáng)而導(dǎo)致接收數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性很低。針對這種情況，設(shè)計一種低成本、高準(zhǔn)確率的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)——基于PICl6F876(簡稱為“16F876”)的SPI和nRF905模塊的點(diǎn)對點(diǎn)無線通信系統(tǒng)。利用16F876和nRF90S模塊直接進(jìn)行SPI數(shù)據(jù)交換，時序同步性好，程序編寫簡單。16F876通過相應(yīng)的I／O口連接到編程器，可直接進(jìn)行在線調(diào)試。鑒于無線通信環(huán)境中噪聲大，信號干擾大的特點(diǎn)，采用的nRF905模塊引入自動重發(fā)，高抗干擾GFSK調(diào)制和最高16位CRC校驗(yàn)機(jī)制，確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/P>

1 硬件電路規(guī)劃
    16P876、nRF905模塊及編程器連接頭J1之間的電路連接，220V-5V電路實(shí)現(xiàn)，5V-3V電壓轉(zhuǎn)換電路如圖1、圖2、圖3所示。

    在圖l中，單片機(jī)16F876輸入/輸出口與nRF905模塊相應(yīng)接口連接情況：RC7～nRF905模塊時鐘分頻輸出，RC6～nRF905模塊地址匹配輸出AM，RC5～MISO，RC4～MOSI，RC3～SCK，RC2～CSN，RB7＆RB6＆RB3～J1編程器連接線，RB5～nRF905模塊數(shù)據(jù)就緒輸出DR，RB2～PWR，RBl～TXEN，RB0～TRX_CE。單片機(jī)通過RB7、RB6和RB3與編程器相連，可進(jìn)行在線編程；由RC5輸出數(shù)據(jù)到nRF905模塊，由RC4從nRF905模塊輸入數(shù)據(jù)。由一個4 MHz陶瓷晶體振蕩器為單片機(jī)提供時鐘輸入。16F876的工作電壓是4．5～5．5V，通過圖2中的DBA元件實(shí)現(xiàn)從220V市電到5V電壓的轉(zhuǎn)換。由于nRF905模塊的工作電壓是1．9～3．6V，需從5V電壓轉(zhuǎn)換得到一個符合nRF905模塊正常工作的穩(wěn)定電壓。考慮使用分壓電阻與3V穩(wěn)壓管串聯(lián)分壓，從穩(wěn)壓管兩端可得到一個穩(wěn)定的3V電壓輸出，如圖3所示。

2 軟件設(shè)計
    考慮到nRF905模塊內(nèi)置完整的通信協(xié)議和CRC，軟件設(shè)計工作主要集中在如何實(shí)現(xiàn)對nRF905模塊的有效初始配置，以及16F876與nRF905模塊之間SPI通信的實(shí)現(xiàn)。其中須保證16F876與nRF905模塊時序的一致，并充分考慮nRF905模塊對時序的要求。SPI時序如圖4所示。

    對應(yīng)程序設(shè)計：

   

    nRF905模塊存在4種工作模式：掉電和SPI編程模式、待機(jī)和SPI編程模式、發(fā)射模式、接收模式。

   
    通過對16F876相應(yīng)輸出口高低電平的轉(zhuǎn)換，可控制nRF905模塊工作模式的變化。將單片機(jī)的SPI接口與nRF905模塊的相應(yīng)SPI口互連，實(shí)現(xiàn)16F876與nRF905模塊之間的數(shù)據(jù)傳遞或?qū)崿F(xiàn)16F876向nRF905模塊發(fā)出控制命令；在編程模式下，可將預(yù)配置的命令或數(shù)據(jù)送入單片機(jī)收發(fā)緩沖器SSPBUF中，以16F876作為主控模式，并提供SPI通信必需的SCK時鐘，nRF905模塊作為從動模式，在SCK上升沿，雙方進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，啟動SCK后可將單片機(jī)數(shù)據(jù)逐位移入nRF905模塊中，以完成對其初始配置。

    參照nRF905模塊數(shù)據(jù)手冊進(jìn)行初始配置：nRF905模塊的發(fā)射功率，工作頻段，發(fā)送數(shù)據(jù)寬度，發(fā)送數(shù)據(jù)地址，接收數(shù)據(jù)寬度，接收數(shù)據(jù)地址，CRC校驗(yàn)等。若該nRF905模塊作為發(fā)射部分，則將已采集并存儲在單片機(jī)中的數(shù)據(jù)送入nRF905模塊，以備發(fā)射。

   
    設(shè)計一個SPI通信模塊程序進(jìn)行循環(huán)調(diào)用，以簡化程序設(shè)計，提高可讀性。

   
    程序流程如圖5所示。

結(jié)語
    本無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)已成功應(yīng)用于無線抄表項(xiàng)目之中，在實(shí)際的工作環(huán)境運(yùn)行半年多時問，情況良好。經(jīng)過現(xiàn)場測試，在空曠地，無須另加功放或外接天線，無線通信的有效半徑約100m。本系統(tǒng)除可應(yīng)用在無線抄表領(lǐng)域外，還可用于環(huán)境監(jiān)測、門禁系統(tǒng)、無線遙控系統(tǒng)等。
    如需全部源代碼，可E-mail致gerentlee@163．com索取。