1.2電源模塊 

　　本設(shè)計需要3.3 V電壓,。故可用三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器LM317來產(chǎn)生3.3 V電壓,。圖2所示是用LM317產(chǎn)生3.3 V電源電壓的電路原理圖。 

　　1.3單片機(jī)控制電路

　　該系統(tǒng)選擇AVR ATMEGA16L單片機(jī)來進(jìn)行控制電路的設(shè)計,。其原因主要是該單片機(jī)具有以下特點：

　　(1)速度快

　　AVR單片機(jī)在單一時鐘周期內(nèi)能夠執(zhí)行功能強(qiáng)大的指令,，每MHz可實現(xiàn)MIPS的處理能力，是具有最高M(jìn)IPS／mW能力的8位單片機(jī),。AVR單片機(jī)采用大型快速存取寄存器文件和快速單周期指令,。其快速存取RISC寄存器文件由32個通用工作寄存器組成。

　　(2)片內(nèi)資源豐富

　　內(nèi)含8通道10位AD轉(zhuǎn)換器的最高采樣率為15kSPS，可滿足本系統(tǒng)所要求的8kSPS的要求,；SPI(Serial Peripheral Interface,，串行外設(shè)接口)控制器可簡化單片機(jī)與串行DAC和無線收發(fā)芯片之間的通訊，減少連線,；而512字節(jié)的EEPROM則可在掉電時存儲用戶信息：該單片機(jī)有兩個外部中斷,，可確保單片機(jī)及時響應(yīng)并處理最新收到的信息,。

　　(3)可重復(fù)擦寫并可在系統(tǒng)編程(ISP)

　　AVR單片機(jī)ATMEGA16L中的程序存儲空間采用的是Flash存儲技術(shù),，因此，該單片機(jī)的內(nèi)部存儲單元可在線重復(fù)擦寫1000次以上,。

　　(4)低功耗

　　AVR ATMEGA16L單片機(jī)的工作電壓范圍為2.7～5.5 V,，同時具有休眠省電功能(POWERDOWN)及閑置(IDLE)低功耗功能，此時的一般耗電在1～2.5 mA之間,。由于本系統(tǒng)以移動性和低功耗見長,，因此，采用此單片機(jī)芯片可以滿足系統(tǒng)對功耗的要求,。

　　(5)帶有同步串行接口SPI

　　SPI是一種同步串行外圍總線系統(tǒng)接口,，它可以使微處理器與各種外圍設(shè)備以同步串行方式進(jìn)行信息交換。SPI總線一般使用四根信號線：SCK(串行時鐘),、MISO(主機(jī)輸入／從機(jī)輸出),、MOSI(主機(jī)輸出／從機(jī)輸入)和SS(低電平有效的從機(jī)選擇)。利用SPI總線可以在軟件控制下構(gòu)成各種系統(tǒng),。

　　ATMEGA16L單片機(jī)內(nèi)含一個標(biāo)準(zhǔn)的SPI接口,，可用于單片機(jī)與單片機(jī)或外設(shè)之間進(jìn)行高速同步數(shù)據(jù)傳輸。它使用標(biāo)準(zhǔn)的四線接口,。SCK,、MISO、MOSI,、／SS分別與PB7,、PB6、PB5和PB4復(fù)用,。在硬件設(shè)計時,，本設(shè)計把MCU的SPI接口、nRF905的SPI接口．以及另外選定的幾個I／O口連接到nRF905的輸入輸出信號,。ATMEGA16L與外圍器件的連接電路見圖3所示,。

　　1.4無線收發(fā)芯片nRF905簡介

　　系統(tǒng)中的無線收發(fā)電路采用挪威Nordic公司的單片無線收發(fā)器芯片nRF905。該芯片的工作電壓為1.9～3.6 V,，采用32引腳QFN封裝(5×5 mm),，可工作于433／868／915 MHz三個ISM(工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué))頻段,，是一個真正的單片UHF無線收發(fā)芯片,。nRF905采用FSK調(diào)制解調(diào)技術(shù),，頻道之間的轉(zhuǎn)換時間小于650μs。nRF905集成度高,，由一個完全集成的頻率調(diào)制器,、一個帶解調(diào)器的接收器、一個功率放大器,、一個晶體振蕩器和一個調(diào)制器組成,，工作頻率穩(wěn)定可靠，外圍元器件少,，不需外加聲表濾波器,，ShockBurstTM工作模式，能自動產(chǎn)生前導(dǎo)碼和CRC(循環(huán)冗余碼校驗),，使用SPI接口與微控制器通信,，配置非常方便。此外,，nRF905最高工作速率可達(dá)20 k,，發(fā)射功率可以調(diào)整，最小為-10 dBm,，最大為+10 dBm,。其功耗非常低，以-10 dBm的輸出功率發(fā)射時電流只有11 mA,，工作于接收模式時的電流為12.5 mA,，內(nèi)建空閑模式與關(guān)機(jī)模式，易于實現(xiàn)節(jié)能,，適合便攜式產(chǎn)品的設(shè)計,。

　　1.5無線收發(fā)電路設(shè)計

　　本系統(tǒng)的無線發(fā)射接收電路主要利用nRF905與外圍器件構(gòu)成的電路組成，其主要部分是天線,。簡而言之,，就是一個特定形狀的導(dǎo)體，它可以將電流轉(zhuǎn)化為射頻能量并以電波形式發(fā)射出去．或?qū)o線電波接收進(jìn)來,。任何一個無線系統(tǒng)都有天線,，天線設(shè)計的好壞直接影響無線系統(tǒng)的收發(fā)能力。圖4所示是用nRF905差分連接的環(huán)形天線圖,。 

　　2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　本系統(tǒng)中的無線數(shù)據(jù)傳輸主要由無線數(shù)據(jù)收發(fā)器nRF905,、ATMEGA 16單片機(jī)和顯示部分組成。nRF905收發(fā)器與單片機(jī)ATMEGA16L間通過SPI口進(jìn)行通信,。因此,，軟件設(shè)計過程中的重點是nRF905數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收過程。

　　2.1 nRF905的數(shù)據(jù)發(fā)送過程

　　發(fā)送數(shù)據(jù)時的工作流程如圖5所示。當(dāng)MCU有遙控數(shù)據(jù)節(jié)點時,，接收點的地址(TX-address)和有效數(shù)據(jù)(Tx-payload)將通過SPI接口傳送給nRF905,。設(shè)計時應(yīng)使用協(xié)議或MCU來設(shè)置接口速度。

　　可用MCU設(shè)置TRX-CE,，并使TX-EN為高電平來激活nRF905的ShockBurst傳輸,。通過nRF905的ShockBurst可使無線系統(tǒng)自動上電，并完成數(shù)據(jù)包(應(yīng)加前導(dǎo)碼和CRC校驗碼)的數(shù)據(jù)碼發(fā)送(100 kbps,，GFSK,，曼切斯特編碼)。

　　如果AUTO-RETRAN被設(shè)置為高電平,，那么,，nRF905將連續(xù)地發(fā)送數(shù)據(jù)包,，直到TRX-CE被設(shè)置為低電平為止,；而當(dāng)TRX-CE被設(shè)置為低電平時，nRF905則結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸,，并將自己設(shè)置為standby模式,。

　　2.2 nRF905的數(shù)據(jù)接收過程

　　當(dāng)系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)時，其接收數(shù)據(jù)流程圖如圖6所示,。系統(tǒng)的工作過程如下：

　　首先,，在650μs以后，nRF905將不斷監(jiān)測空中的信息,；當(dāng)nRF905發(fā)現(xiàn)有和接收頻率相同的載波時,，其載波檢測(CD)被置為高電平；此后,，當(dāng)nRF905接收到有效地址時,，地址匹配(AM)被置為高電平；

　　在這之后,，當(dāng)nRF905接收到有效的地址包(CRC校驗正確)時,，nRF905將去掉前導(dǎo)碼、地址和CRC位,，同時將數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒位(DR)置為高電平,，并用MCU設(shè)置TRX-CN為低電平，以進(jìn)入standby模式,，從而使MCU能夠以合適的速率通過SPI接口讀出有效的數(shù)據(jù),；當(dāng)所有的數(shù)據(jù)讀出后，nRF905將AM和DR設(shè)置為低電平,，以便使nRF905準(zhǔn)備進(jìn)入ShockBurst RX,、ShockBurst TX或Powerdown模式。

　　3 結(jié)束語

　　無線射頻收發(fā)芯片nRF905內(nèi)置有天線，同時內(nèi)部集成有調(diào)制,，解調(diào),、編碼／解碼等功能，故在通信過程中能自動生成前導(dǎo)碼和CRC校驗,，而不需要"接人"網(wǎng)絡(luò)就能享受通信服務(wù),。本設(shè)計根據(jù)nRF905的特點設(shè)計的無線數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)，經(jīng)過多次實驗證明,，其發(fā)射端能正確地將數(shù)據(jù)傳送出去,；同時，經(jīng)nRF905發(fā)射后,，接收端也能正確接收并顯示數(shù)據(jù),，有效通信距離大于200米。在有障礙物體的混凝土結(jié)構(gòu)的建筑內(nèi)測試,，其有效直線通信距離大于50 m,。此外，該系統(tǒng)采用了比較完善的軟件,、硬件設(shè)計以及抗干擾措施,，這樣，就可以保證系統(tǒng)工作的安全性和可靠性,，并具有通用性,，便于投入實際應(yīng)用，而且稍作改動就可以應(yīng)用到小區(qū)傳呼,、工業(yè)數(shù)據(jù)采集,、生物信號采集，無線遙控等其它一些短距離無線通信領(lǐng)域,，以實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)的雙向傳輸,，具有較好的市場應(yīng)用價值。