单片机的无线通信设计

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1、单片机的无线通信设计现行市场上的LED屏，多采用异步串口、TCP/IP接口等有线和GPRS无线进行通信。对于装修计划中的LED屏，即使提前布线或预留线缆空间，在线缆损坏或调试LED屏还是有诸多不利条件。技术成熟的GPRS无线模块，价格昂贵，不适用于大众场合。针对普遍使用的串口通信控制的LED屏，本文介绍了采用nRF905芯片为核心的硬件电路，论述了无线通信系统中的功耗估计、速率适配、串口与无线的通信协议设计和嵌入式单片机的软件设计，实现单片机控制串口的无线通信。　　1硬件设计　　1.1硬件总体框图　　硬件框图如图1和图2所示。图

2、1为上位机框图，电路板上的单片机收到计算机发来的控制数据，通过无线模块转发。图2为下位机框图，单片机将无线模块收到的数据，通过串口发给LED屏的电路控制板。LED屏回复数据的传输方向正好相反。　　 　　采用ProtelDXP绘制电路原理图和双面PCB板，使用JTAGmkII在AVRStudi04下编写基于单片机的嵌入式软件，采用GCC编译器进行编译连接。　　1.2电路设计　　(1)单片机ATmega16A　　采用芯片LM1117将DC9V稳压到DC3.3V，对单片机ATmega16A、芯片nRF905、芯片MAX3232进行供电

3、。串口通信采用芯片MAX3232进行逻辑电平的转换。系统采用高性能、低功耗的8位AVR微处理器ATmega16A单片机。该单片机具有16KB的系统内可编程FLASH、512B的E2PROM和1KB的SRAM，供嵌入式软件使用;在线调试的JTAG端口，丰富了系统的调试手段;独立的定时器和可编程的串口，加强了系统的功能。单片机ATmega16A上的SPI接口，可保证无线芯片nRF905的无缝连接。　　(2)无线芯片nRF905　　NORDIC公司的无线芯片nRF905采用高效的GFSK调制，使用开放的ISM频段，工作速率可达50Kb

4、/s，收发模式切换时间短，功耗低，内置硬件CRC校验和点对多点的通信地址控制，这些优点特别适合工业控制场合。　　1.3可行性分析　　1.3.1通信速率　　nRF905无线收发芯片的最高工作速率50Kb/s。PC机端的控制软件可以设置串口的工作速率，典型波特率设置为9600b/s或115200b/s。串口的波特率的每个字节加上起始位、停止位和奇偶校验位，经计算，串口工作速率小于无线芯片的工作速率，因此，可以采用无线芯片nRF905转发串口数据进行通信。　(1)单片机ATmega16A的耗散功率条件：温度，25℃;单片机工作晶振：1

5、MHz;工作电压，3.3V。　　激活模式：功率P=0.6×3.3=1.95mW　　空闲模式：功率P=0.2×3.3=0.66mW。　　(2)芯片MAX232的耗散功率工作电压：V=3.3V。　　最大工作电流：I=1mA。　　典型工作电流：I=0.3mA。　　则最大功耗：P=VI=3.3mW。　　典型功耗：P=W=0.99mW。　　(3)无线模块的功率计算　　发送模式的功耗：P=30×3.3=99mW。　　接收模式的功耗：P=12.2×3.3≈41mW。　　(4)稳压芯片LM1117的耗散功率　　输入电压：Vin=9V。　　输出电

6、压：Vout=3.3V。　　系统工作电流I=(0.6+1+30)=31.6mA。　　则功耗P=(Vin-Vout)×I=180.12mW。　　(5)总功率的计算　　系统最大功耗：　　P=180.12+1.95+3.3+99=284.37mW　　经功耗估计，系统功耗较小，因此可以使用DC9V电池供电。设计系统的供电方式为电池和外部DC9V电源，通过跳线切换。　　1.4电路板布局　　实现无线通信的系统电路板布局如图3所示。　　 　　2软件设计　　2.1通信协议　　(1)串口通信协议。设计串口通信协议：1位起始位，8位数据位，“空格”

7、校验位，1位停止位。　　(2)数据通信协议。设计串口发送数据的通信协议：串口发送数据的第1个和第2个字节是0xF6、0x5A，作为包头，第3个字节和第4个字节为数据长度的一半，数据最后的2个字节为校验字节。LED屏控制卡回复数据为4个字节，第1个字节和第2个字节为为发送数据的前2个字节，后2个字节为发送数据的最后2个字。　　(3)无线收发数据协议。无线通信的数据采取分包发送的机制。无线通信协议设计如下：第1个字节为包头0xF6，第2个字节为数据的长度，该字节的首位置1，此包数据为最后一包，该字节的首位置0，此包数据非最后一包。由

8、于无线芯片一包最大发送或接收字节数32B，所以最大数据包长度为30B。大于30B的数据，将分包发送。　　2.2芯片nRF905工作原理　　(1)芯片nRF905的管脚及管脚功能如表1所示。　　 　　(2)芯片nRF905的工作模式　　芯片nRF905共有4种工作