基于nRF2401的短距离无线收发系统设计

【摘 要】该短距离无线收发系统采用Nordic公司的nRF2401无线收发芯片和ATMEL公司的单片机AT89C51RB2，以实现数据点对点的无线传输功能。该无线收发模块主要由nRF2401芯片和一些元件组成，文中对采用的芯片的结构和原理做了详细的介绍，对于硬件系统中各组成部分特点，本文也分别做了分析和研究，对nRF2401的配置、CRC码的原理，包括AT89C51RB2和nRF2401之间的SPI接口也都做出具体的描述。系统的程序设计得到很好的完成。并在nRF2401无线收发芯片的基础上进行了扩展，提出了增加发射功率的方案，加大了无线通信的距离。

【关键词】短距离 无线通信 收发模块 单片机

一、引言

短距离无线通信技术是指可在最远100米范围内传输数据的解决方案。本文研究的无线数据传输系统是短距离无线通信技术在工业数据监控中的具体应用，要实现的是点对点数据传输功能。选取了Nordic的nRF2401无线收发模块，该模块由于较低的价格、简单的开发，在低成本应用场合显示了独特的优势。nRF240无线收发模块可利用AT89C51RB2对其进行控制。

二、nRF2401芯片的介绍

nRF2401具有全球无线市场通信功能，一般工作频率是2.4GHz，支持多点间通信，它的传输速率可以到达1Mbit/s。它采用SOC工艺，只需少量元件便可组成射频收发电路，因此它具有体积小、功耗低、元件简单，成本低的优点。是业界口碑很好的射频系统级芯片。

nRF2401工作状态是144位，具有四种工作模式分别是：空闲模式、关机模式、收发模式和配置模式。在收发模式下系统的程序简单且系统稳定性较高，所以nRF2401一般工作于Shock Burst TM收发模式。下面就把nRF2401的Shock Burst TM收发模式的配置方法介绍给大家。

三、系统硬件电路的设计

无线收发电路主要由无线射频芯片nRF2401和单片机AT89C51RB2组成，系统方框图如图1所示。

系统的射频电路主要由两部分组成：无线收发模块nRF2401、一些元件。在完成nRF2401的参考电路的分析后，为实现2.4GHz的无线收发功能，我们采用的电路如图2所示。

图中nRF2401使用的电源是Nordic公司生产的，C6、C7是两个没有耦合功能的电容。天线部分是参考鞭型天线设计的，因此规模大。众所周知倒F天线具有抗磨损，结构紧密，带宽适中，功率吸收小等优点，因此成为了现在无线通信领域的宠儿。所以我们也采用倒F天线设计工艺 ，配合Cl=12pF，ESR

（二）单片机控制部分的设计

（三）接口电路的设计

使用SPI接口来实现AT89C51RB2和nRF2401的连接，主要是考虑到速率的因数。接口电路如图4所示。

当系统接通电源后，将AT89C51RB2调为配置模式，在此D1、D2和D3指示灯全亮的情况下，再对nRF2401进行状态字配置。接着将nRF2401调为激活模式，此时为接收状态，会看见指示灯D1、D2和D3全变暗。将AT89C51RB2的使能端CE置为1时可以进行数据发送，此时nRF2401的数据处理模板处于激活状态。并将接收方的硬件地址以及需要发送数据自动生成数据包以模拟信号写入nRF2401，紧接着将AT89C51RB2的使能端CE置为0，此时nRF2401的无线发送功能被激活，在这期间Dl一直处于亮的状态，当数据包发送完毕后应该立即调为接收状态，此时指示灯D1变暗。当相应的nRF2401接受到数据帧，会将数据包进行解包，再将读信号调为1，请求AT89C51RB2读取数据。当AT89C51RB2识别出读信号为高电平时，指示灯D2变亮，被接收的数据会被nRF2401读取出来。当数据读完时，指示灯D2，D3变暗。

四、无线收发系统的改进设计

nRF2401的输出功率值是0dBm，虽然这个数值已经满足了一般的短距离无线通信的要求，但不是所有的通信距离都在短距离内，有时候需要实现较远距离的通信，这种时候，应该优先选择合适环境的天线。

五、结论

由于技术的快速发展，已经有多种技术可满足短距离无线通信的选择。在实际应用当中需要考虑无线传输系统的工作频率、传输距离、功耗以及抗干扰能力等方面，由此本论文选择基于嵌入式射频收发一体芯片的无线数据传输技术。本文主要对此方案硬件设计做出了详细的分析和陈述包括无线收发芯片nRF2401和单片机AT89C51RB2，为该系统的软件设计提供了一个良好的设计平台。

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