基于射频的无线通信技术分析

来源:用户上传      作者: 李明

　　摘 要:射频技术是一种针对与无线数据传输的技术,利用射频技术的优势完成无线通信是目前较为认同的一种做法。即利用射频芯片与单机片结合完成采集、发射、接收等数据传输,以此完成在一定范围内的数据通信。
　　关键词:射频技术 芯片功能 系统构成 功能实现
　　中图分类号:TN91 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)09(a)-0013-01
　　1 射频技术与应用芯片概述
　　通信技术的快速发展和普及,使数据传输问题成为了一个重要的基础性课题。当今年有线传输为基础的通信技术仍然是市场的主流,其在空间区域上布线的局限性成成为了限制其进一步拓展的客观困难,而采用无线技术就可以在某种条件下克服此种局限。在实现无线通信的时候,成品的芯片作为通信核心,可以大幅度降低后期维护的难度。因此在无线通信的领域,采用成本射频芯片作为通信系统的核心,就是为了解决此类问题。在同类型产品中,NRF24L01芯片的性价比较高,以其为核心配合简单的外围电路就可以有效的提高无线通信的质量和效果。再加上单机片的配合,就可以完成特定范围内的无线通信需求。
　　NRF24L01芯片是具有2.4GHz的内嵌有通信协议引擎功能的射频收发芯片。通过SPI结对对内部的储存器进程操作,可以在无线状态下实现最大2Mb/s的数据传输。此芯片的主要特征是具有GFSK调制技术;126RF频道可以满足多点通信设计需求;大速率的无线数据传输可达1～2Mb/s;硬件可以完成CRC检错和对点通信地址的全面控制;工作中可以利用编程发送0dBm、-6dBm、-12dBm;利用软件控制芯片的地址,确保通信的地址是双方认可,保证安全;接收方采用通道过滤器实现增益功能;主机接口设计为4根SPI接口线路,极限传输速率为8Mb/s,具有32字节的TX和RX的FIFO寄存器3个,容抗输入为5V。在此芯片条件下,硬件设计的时候应注意在SPI接口与单机片的P0引脚相连接需要10kΩ的电阻,其余接口则不用此设置。VCC引脚的电压在1.9V～3.6V之间,超出这个范围就会烧毁模块,常用的电压为3.3V。
　　
　　2 射频支持下无线通信系统设计
　　设计通信系统时,所以需要的目标就是在一个特定范围内构建一个小型的无线网络,并针对制定范围,如:10m内,完成指定的数据传输功能。此时需要的硬件就设计到了射频芯片NRF24L01和与之相配合的硬件。系统从硬件的角度看,包括了射频装置、单机片控制装置、电源装置等。
　　系统的射频电路是有射频芯片和外围辅助元件构成。其中NRF24l01芯片采用的电源采用的是标准的电路设计,C6、C7为耦合电容。天线部分改变了原有的参考设计,变鞭型为倒F型,这是因为鞭型天线占有的空间大,而目前无线通讯经常采用的是倒F型,节约了空间。同时此种天线的结构紧密、带宽合理、寿命长,功率吸收更小。在匹配网络中由L1,L2,L3L4,C8,C9,C18,C19,C21和C22构成。为了降低成本设计采用了Cc＝12pF,ESR<40的晶振,也可采用Cc=16pF的晶振。
　　在处理芯片方面采用了射频芯片相配合的51单机片。此种芯片的功耗较低,性能高,为8位CMOS单片机。内部包括了16KB Flash ROM,RAM字节1280,8位数据总线,I/O端串行端口为4个,I/O线32条,定时/计数器3个均为16位,中断源9个。另外戏弄振荡器和时钟电路的工作频率为40MHz,工作电压在2.7V～5.5V之间,常用的供电电压为5V。在设计中单机片的电源由特定的电源提供,如:MAX708,电源的作用是为单机片提供复位信号,减少微处理器系统中实现控制电压和电池功能的元件数量。电源和独立的ICs或者离散元件相比可以有效提供系统的可靠性和稳定性。如MAX708使用一个有效的电平来代替定时器。当供电电源低于设定标准时,就会产生一个脉冲信号,复位脉宽为200ms。此时发光二极管就进入工作状态。利用二极管的数量和设置可以显示不同的系统状况方便调解。
　　整个系统的外部电源是由电源、稳压器和外围控制元件组成。这个部分的设计主要是根据前面采用的芯片的型号来进行组合和设计。如采用LM1117为设计核心,就需要按照其要求对电源设计和配置。在设计输出电压为3.3V时,通常不需要对其进行外接电容设计,如果在设计中需要一定长度的连线则需要对设计进行修正,可以采用增加电容的方式来改变瞬间响应的效果,主要功能是储存能量和滤波。
　　另外,在系统需要与计算机进行连接的时候,应当注意以下设计细节。在单片机通信电路与单片机通信电路完成通信的时候,则可以按照单纯的硬件电路连接,不同的是在软件设计的时候应当在不同的通信端口设计不同的通信地址,以此来识别每个不同的通信端口。如果单片机要与计算机向连接,或者与有COM端口的设备相连接则需要一个转接的电路来完成。在设计的时候,主要是应当保证电平的匹配和编程的逻辑顺序,这样才能不会出现传输通信地址的错误,保证传输的准确完成。
　　
　　3 基于射频的无线通信系统功能实现
　　在实际工作中,利用NRF24l01完成收发信息的模式有两种,一种为ShockBurst收发模式,一种为直接收发模式。在Shock Burst模式下,利用芯片内的先入先出的堆栈功能,数据低速通过为控制器,完成输入,但是在发送端则完成的是高速发射,这样就实现了节能。所以此种发射模式可以利用低速微控制器来获得高速发射数据的频率。与射频协议相关联的高速信号在处理芯片内进行处理。此种传输模式的有这样几个好处,节能效果较好;系统运行费用较低,采用低速处理器也可实现发射要求;数据在空间滞留的时间短,提高了抗干扰的能力。因此在实际的应用中可以采用ShockBurst技术,同时也可以减小整个系统在工作时的平均电流。在此种模式下,芯片自动处理字头和CRC校验码。在接收数据的时候就将字头和校验码移去。在发送数据的时候就自动添加,当发送完毕后,数据准备还引脚同时微处理器,发送的过程就此结束。
　　
　　4 结语
　　利用射频芯片的优势可以完成在一定范围内的数据采集和通信,尤其是在NRF24l01芯片度的支持下,组成的无线通信系统可以在ShockBurst模式的支持下,完成数据的传输,并通过系统的扩展实现更加复杂的功能。
　　
　　参考文献
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　　[4] 李建文.基于无线通信的数据采集系统的设计[J].科技风,2010(18).

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