单片机在无线通讯中的应用

何 艳，邓 磊，谢艳丁，喻 莉



单片机在无线通讯中的应用

何 艳，邓 磊，谢艳丁，喻 莉

（空军预警学院，武汉430019）

采用可工作于433 MHz频段的无线射频收发模块nRF9E5，通过内嵌8051单片机C语言编程，实现多通道、短距离的数据传输。并在近距离范围内验证了所设计的无线通讯模式的可靠性和准确性。

无线通讯 单片机 多通道 nRF9E5

0 引言

在短距离的数据通信方式中，射频技术由于功耗低和无方向性等优点而备受青睐[1]。433 MHz是我们国家的免申请段发射接收频率，使用者无需申请许可证，给开发者和用户带来了很大方便，同时，可以有效地避免低频段信号、各类电火花及家用电器的干扰。

根据检测电池槽的温度和电压的需求，由于现场为酸雾腐蚀环境，而且距离不远，为避免长期工作时线缆易被腐蚀的问题，本文采用无线通讯方式。

1 硬件平台

1.1 nRF9E5单片机

nRF9E5单片机是系统级无线射频收发芯片，内嵌高性能8051MCU，4通道12位ADC信号采集。内置nRF905收发器，包括所有nRF905芯片特性，可以工作在shockburstTM模式下（自动处理前缀，地址和CRC），最大程度的抑制了噪声，工作电压范围为1.9~3.6 V。

其结构框图如图1所示。

图1 nRF9E5单片机结构框图

1.2外围电路

无线射频电路是由核心nRF9E5单片机以及外围电路包括天线等构成。其原理简图如图2[2]。

射频天线的设计如图3所示。

图2无线射频电路的原理简图

图3 射频天线的构造图

2 软件平台

nRF9E5单片机内嵌8051系列微控制器，可在Keil C51调试软件平台上用C语言编程，编译完成后通过仿真器将程序下载到单片机EEPROM中。

3 设计及实现

3.1工作原理及方式

nRF9E5单片机具有无线收发功能，由nRF9E5单片机作为通讯管理单元的核心，其他每个nRF9E5单片机作为单个信号检测通道的核心。通讯管理单元与上位机采用串口通讯方式，与信号检测通道采用无线通讯方式，在本文中，主要论述的是通讯管理单元与信号检测单元之间的无线通讯。

原理框图如图4所示。图中，每个无线收发单元可发送n个电解槽的温度、电压数据，每个无线通讯管理单元可管理m个无线收发单元，t个无线通讯管理单元通过有线网络（串行通讯方式）与主机进行通讯。

为了便于试验验证所设计无线通讯单元的可靠性和准确性，仅以一个无线通讯管理单元和16个无线收发单元的通讯为例。

图4 原理框图

3.2软件设计框图

程序流程框图如图5所示。

图5 无线通讯软件流程框图

3.3 程序设计

nRF9E5无线收发模块的数据包格式如下：

桢头地址域数据域CRC校验码桢尾

桢头是16进制0x2F，桢尾是16进制0x40，地址域包括类地址(区分设备)、站地址（区分工作子站），由于通道数量很多，所以选择12位地址码。数据域分为4块8个数据，每块数据均包含电解池的温度和电极的电压，每个数据长度为10位。

通道是指一个检测电路单元。地址码定义如下：用16进制表示0x000表示第一个通道，0x001表示第二个通道，依次类推。

CRC校验采用8位CRC校验。

每个信号检测单元可检测4个通道的温度和电压，数据采用整体发送方式，通道的温度和电压按顺序发送，前者默认为温度，后者默认为电压，两者之间用标志符“，”隔开，温度和电压都由5个字符组成。相邻通道用标志符“；”隔开。

通讯的数据格式见表1。

表1 通讯数据格式

3.3.1信号检测单元

1)接收来自通讯管理单元的命令

2)发送数据至通讯管理单元

根据现场测试电压大概在0.3~0.6 V间，AD采样和内部基准参考电压之间的关系，设定信号检测单元0的数据为{0.6,0.6;0.5,0.5;0.4,0.4;0.3,0.3},对应发送数据unsigned char a[17]={0,1,0xf7, 1,0xf7,1,0xa3,1,0xa3,1,0x4f,1,0x4f,0,0xfb,0,0xfb}，a[0]=0表示信号检测单元0的地址，地址用8位二进制数表示；第1个信号检测通道发送数据为{0.3,0.3；0.4,0.4; 0.5,0.5;0.6,0.6;}，对应发送数据为unsigned char a[17]={1,0,0xfb,0,0xfb,1,0x4f,1,0x4f, 1,0xa3,1,0xa3，1,0xf7, 1,0xf7}，其它同上。

3.3.2无线通讯管理单元

通讯管理单元向信号检测单元发送命令包采用轮流查询方式，若某信号检测单元的地址与通讯管理单元发送的地址相同，则发送数据，发送的数据包中有其地址还有数据，数据用两个字节的二进制数表示，数据包中不含有分隔符。

4 结语

试验过程中将通讯距离从1 m扩大到50 m左右，通讯均能正常工作。在通讯过程中曾用手机等方式干扰，无线通讯仍能长时间可靠工作，且误码率极低，满足使用要求。试验结果表明，所设计的无线通讯电路能满足使用需求。

参考文献：

[1] 吴钊炯, 张莹, 刘新朝. 基于nRF24E1的嵌入式2.4 GHz无线接入系统. 单片机与嵌入式系统应用，2005, (6).

[2] Nordic Semiconductor. nRF9E5 RF and atenna layout. Norway, 2004.10.

Application of Single Chip Microcontroller to Wireless Communication

He Yan, Deng Lei, Xie Yanding, Yu Li

（ Air Early Warning Academy, Wuhan 430019, China）

TP273

A

1003-4862（2016）10-0043-03

2016-5-18

何艳（1979-），女，讲师。专业方向：基础物理。