基于微處理器和射頻收發(fā)芯片的近程無線數(shù)傳系統(tǒng)設(shè)計

本文介紹了一種選用高性能、低功耗的32位微處理器STM32F103和射頻收發(fā)芯片nRF24L01來設(shè)計短距離無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的具體方法。

1 系統(tǒng)設(shè)計
　　短距離無線數(shù)傳系統(tǒng)主要由電源管理器AMC7635、微控制器STM32F103、射頻收發(fā)器nrf24l01三部分組成。下面分別介紹其關(guān)鍵電路。
　　1.1 電源電路
　　本設(shè)計的電源采用3.7V鋰電池供電， 然后經(jīng)低壓降電源管理芯片AMC7635， 以產(chǎn)生3.0V的電壓來為STM32F103和nRF24L01供電， 圖1所示是本系統(tǒng)的供電電路。

圖1 系統(tǒng)供電電路
　　1.2 微控制器電路
　　微控制器選用帶ARM Cortex -M3 內(nèi)核的STM32F103。STM32F103控制器具有高性能、低功耗、低電壓等特性， 同時具有高集成度和易于開發(fā)的優(yōu)勢。圖2所示是該系統(tǒng)中的微控制器電路。控制器與射頻收發(fā)器nRF24L01的接口采用SPI口來實現(xiàn)， 即圖2 中SPICS、MOSI、MISO和SCK四條信號線和CE和INT0兩條信號線。另外，該控制器還可以擴展一路主板RS232 口和8 路GPIO口輸出。

圖2 微控制器電路

　　1.3 射頻收發(fā)電路
　　nRF24L01可工作于2.4 GHz～2.5 GHz ISM 頻段， 該收發(fā)器內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊， 是一款集成度較高的無線收發(fā)器。nRF24L01的外部電路比較簡單， 而且融合了增強型ShockBurst技術(shù)， 其中輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。同時，該芯片的功耗極低， 在以-6 dBm的功率發(fā)射時，其工作電流只有9 mA;而在接收時， 工作電流只有12.3 mA。nRF24L01的控制電路可與STM32控制器的SPI口和GPIO口相連接。圖3所示是該芯片組成的射頻收發(fā)電路原理圖。

圖3 射頻收發(fā)電路
　　2 系統(tǒng)程序設(shè)計
　　本系統(tǒng)可在STM32F103上移植UCOSII操作系統(tǒng)。系統(tǒng)程序主要分為主機的系統(tǒng)初始化程序、鍵盤和顯示程序及射頻收發(fā)器nRF24L01的控制程序三大部分。圖4所示是其軟件程序流程。


圖4 系統(tǒng)程序流程圖
　　系統(tǒng)程序設(shè)計的關(guān)鍵是UCOSII操作系統(tǒng)的移植和SPI口通信控制。有關(guān)操作系統(tǒng)的移植， 芯片廠商在官網(wǎng)上已有范例提供， 本文不再贅述。下面列出系統(tǒng)SPI初始化及收發(fā)函數(shù)的程序源碼。
void SPI_Initial (void)



　　當然， 也可以用GPIO口來實現(xiàn)SPI通信， 但前提是通信速率要求不是很高。由于要通過GPIO口模擬實現(xiàn)SPI的突發(fā)傳送協(xié)議， 而且要兼顧其通用性， 故其程序較為復雜。下面給出通過GPIO口實現(xiàn)SPI收發(fā)的一般程序：


　　3 結(jié)束語
　　經(jīng)現(xiàn)場調(diào)試證明， 本文給出的無線數(shù)傳系統(tǒng)具有成本低， 速率高， 傳輸可靠等優(yōu)點。在實際應用中， 還可根據(jù)需要將nRF24LOl組成一對一、一對多、多對多的結(jié)構(gòu)。