论文部分内容阅读
【摘 要】本文介绍了在数字温度计中采用无线收发模块nRF905实现温度数据的无线传输。以单片机STC12C5608为核心，由温度传感器PT-100采集温度数据，通过nRF905完成温度数据的发送与接收，在PC机上实现远距离采集和显示温度值。
【关键词】无线数据传输；SPI；nRF905；单片机
引言
随着无线技术的快速发展，无线传输应用越来越被人们所接受[1]。本文设计的一个温度无线数据传输系统，主要应用于物理实验室的智能温度计中。它利用单片机来控制无线数字传输芯片nRF905，通过无线方式进行数据的双向传输。
1.系统的总体设计
系统总体框图如图1所示。该系统选用宏晶公司生产的一种单时钟机器周期的STC12C5608单片机作为控制芯片。它是超速、低耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼备8051，但是速度比8051快8-12倍。以Nordic公司成产的nRF905作为无线射频收发模块。两者通过SPI通信协议进行数据的交换，从而将温度传感器采集到的温度进行无线传输，最后把温度值显示在LCD12232液晶屏上或者直接发送到PC机上。
2.系统的硬件设计
2.1 温度的采集与处理
用PT-100温度传感器采集外界环境的温度，经过AD7705把采集的模拟信号转换成数字信号，最后传送到单片机内进行处理。
2.2 无线射频收发模块nRF905与单片机模块
nRF905是Nordic公司推出的单片射频收发器，工作电压为1.9V～3.6 V，工作于433 MHz、868 MHz、915 MHz 3个ISM频段（本设计采用433M频段），频道转换时间小于650μs， 最大传输数据速率为100 Kbit/s。nRF905由频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器和GFSK调制器组成。有ShockBurst工作模式，能自动处理字头和CRC校准，使用SPI接口与微控制器通信，配置简单。
nRF905有ShockBurst接收模式和ShockBurst发射模式两种工作模式和掉电与SPI编程模式和待机与SPI编程模式两种省电模式。模式的选择由TRX_ CE，TX_ EN和PWR_UP的设置来决定。nRF905采用串行SPI接口SPISS，SCK，MISO，MOSI与单片机进行连接[2]。
3.软件设计
3.1 nRF905的初始化
通过SPI口向nRF905配置寄存器读写入配置信息。设定nRF905的工作频段为433MHz，输出功率为10dB，地址宽度为4字节，接收发送有效数据长度为32字节，还有接收数据的地址和CRC校验。
（a）温度的采集与发射
（b）温度的接收与显示
图1 系统总体框图
3.2 nRF905的发送流程
当微控制器有数据要发送时，通过SPI接口按时序把接收机的地址和要发送的数据送传给nRF905，然后微控制器把TRX_CE和TX_EN引脚置高，激发nRF905的ShockBurstTM发送模式；nRF905的ShockBurstTM发送包括射频寄存器自动开启、数据打包（加字头和CRC校验码）、发送数据包和当数据发送完成，数据准备好引脚被置高四个步骤；当AUTO_RETRAN被置高时，nRF905不断重发，直到TRX_CE被置低；当TRX_CE被置低，nRF905发送过程完成，自动进入空闲模式，如图3所示。
3.3 nRF905的接收流程
当nRF905进入ShockBurstTM接收模式时，nRF905不断进行监测，等待接收数据；如果nRF905检测到同一频段的载波时，CD引脚被置高；如果接收到一个相匹配的地址，AM引脚被置高。当一个正确的数据包接收完毕，nRF905将自动移去字头、地址和CRC校验位，然后把DR引脚置高，微控制器通过SPI口，以一定的速率把数据移到微控制器内，当所有的数据接收完毕，nRF905把DR引脚和AM引脚置低。nRF905此时进入ShockBurstTM发送模式或关机模式。
4.结束语
利用无线通讯模块对空旷和有障碍物两种环境进行测试。通过多次测量，测试结果表明，空旷环境中风的干扰会导致部分数据丢失；障碍物会缩短无线传输的距离。在软件设计中采用了数据重发机制，能有效地解决数据丢失的问题。采用单片机STC12C5608和nRF905所设计的数字温度计，能满足20米范围内的实验室无线数据传输要求。
图3 nRF905的发送流程
参考文献：
[1]崔政委，汪焰恩，魏生民，董芊里.基于单片机和nRF905SE的无线射频收发模块的系统设计[J].机械与电子.2011（06）.
[2]荚庆，王代华，张志杰.基于nRF905的无线数据传输系统[J].国外电子元器件.2008（01）
基金项目：
湖南省大学生研究性学习与创新性实验计划项目（CX1204）
【关键词】无线数据传输；SPI；nRF905；单片机
引言
随着无线技术的快速发展，无线传输应用越来越被人们所接受[1]。本文设计的一个温度无线数据传输系统，主要应用于物理实验室的智能温度计中。它利用单片机来控制无线数字传输芯片nRF905，通过无线方式进行数据的双向传输。
1.系统的总体设计
系统总体框图如图1所示。该系统选用宏晶公司生产的一种单时钟机器周期的STC12C5608单片机作为控制芯片。它是超速、低耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼备8051，但是速度比8051快8-12倍。以Nordic公司成产的nRF905作为无线射频收发模块。两者通过SPI通信协议进行数据的交换，从而将温度传感器采集到的温度进行无线传输，最后把温度值显示在LCD12232液晶屏上或者直接发送到PC机上。
2.系统的硬件设计
2.1 温度的采集与处理
用PT-100温度传感器采集外界环境的温度，经过AD7705把采集的模拟信号转换成数字信号，最后传送到单片机内进行处理。
2.2 无线射频收发模块nRF905与单片机模块
nRF905是Nordic公司推出的单片射频收发器，工作电压为1.9V～3.6 V，工作于433 MHz、868 MHz、915 MHz 3个ISM频段（本设计采用433M频段），频道转换时间小于650μs， 最大传输数据速率为100 Kbit/s。nRF905由频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器和GFSK调制器组成。有ShockBurst工作模式，能自动处理字头和CRC校准，使用SPI接口与微控制器通信，配置简单。
nRF905有ShockBurst接收模式和ShockBurst发射模式两种工作模式和掉电与SPI编程模式和待机与SPI编程模式两种省电模式。模式的选择由TRX_ CE，TX_ EN和PWR_UP的设置来决定。nRF905采用串行SPI接口SPISS，SCK，MISO，MOSI与单片机进行连接[2]。
3.软件设计
3.1 nRF905的初始化
通过SPI口向nRF905配置寄存器读写入配置信息。设定nRF905的工作频段为433MHz，输出功率为10dB，地址宽度为4字节，接收发送有效数据长度为32字节，还有接收数据的地址和CRC校验。
（a）温度的采集与发射
（b）温度的接收与显示
图1 系统总体框图
3.2 nRF905的发送流程
当微控制器有数据要发送时，通过SPI接口按时序把接收机的地址和要发送的数据送传给nRF905，然后微控制器把TRX_CE和TX_EN引脚置高，激发nRF905的ShockBurstTM发送模式；nRF905的ShockBurstTM发送包括射频寄存器自动开启、数据打包（加字头和CRC校验码）、发送数据包和当数据发送完成，数据准备好引脚被置高四个步骤；当AUTO_RETRAN被置高时，nRF905不断重发，直到TRX_CE被置低；当TRX_CE被置低，nRF905发送过程完成，自动进入空闲模式，如图3所示。
3.3 nRF905的接收流程
当nRF905进入ShockBurstTM接收模式时，nRF905不断进行监测，等待接收数据；如果nRF905检测到同一频段的载波时，CD引脚被置高；如果接收到一个相匹配的地址，AM引脚被置高。当一个正确的数据包接收完毕，nRF905将自动移去字头、地址和CRC校验位，然后把DR引脚置高，微控制器通过SPI口，以一定的速率把数据移到微控制器内，当所有的数据接收完毕，nRF905把DR引脚和AM引脚置低。nRF905此时进入ShockBurstTM发送模式或关机模式。
4.结束语
利用无线通讯模块对空旷和有障碍物两种环境进行测试。通过多次测量，测试结果表明，空旷环境中风的干扰会导致部分数据丢失；障碍物会缩短无线传输的距离。在软件设计中采用了数据重发机制，能有效地解决数据丢失的问题。采用单片机STC12C5608和nRF905所设计的数字温度计，能满足20米范围内的实验室无线数据传输要求。
图3 nRF905的发送流程
参考文献：
[1]崔政委，汪焰恩，魏生民，董芊里.基于单片机和nRF905SE的无线射频收发模块的系统设计[J].机械与电子.2011（06）.
[2]荚庆，王代华，张志杰.基于nRF905的无线数据传输系统[J].国外电子元器件.2008（01）
基金项目：
湖南省大学生研究性学习与创新性实验计划项目（CX1204）