nRF905芯片是挪威Nordic公司生产的一种无线通信芯片,其主要特点包括内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块,输出功率可通过程序进行配置。芯片具有低能耗特性,以10dBm的功率发射时,工作电流为30mA,接收时工作电流为12.5mA,待机模式下电流消耗仅4.5mA。其采用的ShockBurst技术能够自动生成前导码和CRC校验位。
单片机方面,本文介绍了AT89S52,该单片机为一种低功耗、高性能的CMOS 8位微控制器,具有8K在系统可编程Flash存储器。AT89S52单片机与工业80C51产品指令和引脚完全兼容,并且片上Flash允许程序存储器在系统可编程,适合常规编程器。AT89S52能够为众多嵌入式控制应用提供高灵活性和超有效的解决方案。
本文的设计方案将nRF905芯片与AT89S52单片机组合,构建无线收发系统。为无线收发系统选用的PTR8000无线通信模块,采用了VLSI ShockBurst技术,提供32脚封装、1.9V至3.6V的供电电压,非常适合于低功耗、低成本的工业控制设计。工作频率为ISM频段433MHz,采用FSK调制解调、晶体振荡和PLL频率合成技术,接收灵敏度达到-105dBm,发射功率为10dBm,待机状态电流消耗仅10mA。
在具体设计上,nRF905芯片的损耗功率、有效距离是重要的考量参数。应用电磁场理论计算得出,在理想状态下nRF905的有效通信距离可达31km。然而,无线通信会受到空气密度、阻挡物、多径效应等外界因素的影响,实际应用中有效通信距离会低于理论值。通过将干扰损耗纳入考虑,得到nRF905的有效通信距离约为1.7km。
系统通信方面,单片机AT89S52与nRF905的系统通信示意图如图2-3所示。总体而言,基于nRF905的单片机无线网络设计具有结构简单、可移植性强、成本低、功耗低、可靠性高的特点,具有广泛的市场前景和应用价值。
系统设计的关键点包括剖析无线数据传输模块、绘制并调节基于nRF905芯片的射频无线数据传输模块电路,熟悉AT89S52的主要性能和性质并利用该单片机实现数据传输,以及掌握无线通信协议对硬件电路实现软件编程。
作者指出,通过计算机网络的连接,本系统可以与其他系统或软件方便对接,扩大功能;可根据用户需求灵活调整系统规模,使用新设备直接连接至系统,最大限度满足常用需求,表现出极强的适用性。由于nRF905无线接入的应用,系统的终端可以在理论上允许的情况下随意增减,实现了即插即用。这种设计的无线网络系统结构简单、可靠性高,易于维护,且扩展性好,特别适合于需要远程控制和数据采集的场合。