基于RS232和nRF905的无线数据转换器的设计

摘要：有线串口通讯正在被高集成低成本使用方便的无线串口通信设备所取代，因此，需要有一个能够即满足现有串口通信协议，又能够顺应无线通信发展的设备。本设计即是针对此问题，实现串口和无线数据转换功能。该设计以nRF905无线收发模块和AT89C52单片机为核心，具有低成本、易扩展、操作简单等优点。可广泛应用于远程控制、无线数据采集等多个领域。

关键词：串口通信；无线通信；数据转换

中图分类号：TP335 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 12-0000-02

Wireless Data Converter Design Based on RS232 and NRF905

Ge Tifu

(Zhejiang Guangwei Communication Co.,Ltd.,Ruian325200,China)

Abstract:The serial communication cable is being used to facilitate low-cost,highly integrated wireless serial communications equipment replaced,therefore,need to have a can that meet the existing serial communication protocol,and can adapt to the development of wireless communication devices.The design for this problem that is,Serial and wireless data transfer capabilities.The wireless transceiver module designed to nRF905 and AT89C52 microcontroller as the core,with a low-cost,easily extensible,and easy operation.Can be widely used in remote control,wireless data collection and other fields.

Keywords:Serial communication;Wireless communications;Data conversion

一、前言

因为使用导线传输信号，传统的测控系统常常会引发电磁干扰和信号衰减。而采用无线传输，则既克服上述不足，又不需要复杂的线路连接，还可以在短距离场所使用。与有线技术相比，无线技术具有成本低、携带方便、减少布线施工难度等优点。特别适用于无线数据通信、小型无线网络、无线RS485/232数据通信等领域。而现代的网络发展趋势是有线和无线在一定基础上实现兼容，传统设备已经经过了数十年的发展，涉及领域十分广泛，便捷的无线设备完全取代传统的通信设备，所需的成本过高，因此，就有了使传统通信设备和无线通信设备兼容的无线串口收发系统。

本设计以nRF905和STC89C52为核心，设计了一个可以以串口协议发送接收无线数据的数据转换器。通过无线收发模块，实现PC端与下位机间的通信。

二、转换器硬件设计

设计要实现PC机与其他设备的无线通讯，因此，需要PC机端的收发部分以及设备端的收发部分，总体框图如图1。二者通信过程简要说明：通过上位机程序界面由PC机发送数据给单片机，同时送LED显示数据；键盘输入数据给单片机，然后发送给PC机，显示在上位机程序界面上。上位机所用的程序为串口调试精灵。

（一）单片机最小系统

单片机系统正常工作必须满足：额定的供电电压、稳定的时钟信号、有效的复位信号，所以单片机最小系统也由以上三部分的硬件构成，选用STC98c52为处理器。

（二）RS232电平转换电路设计串行通信接口标准经过使用和发展

目前已经有几种。但都是在RS-232标准的基础上经过改进而形成的。由于通行设备厂商都生产与RS-232C制式兼容的通信设备，因此，它作为一种标准，目前已在微机通信接口中广泛使用。PC机采用标准的RS232串口，单片机采用TTL电平；限于标准，TTL电平与RS232的电气特性是不匹配的，本设计中采用MAX232进行电平转换达到二者之间的匹配、兼容。RS232电平转换电路图如图2

图2 RS232电平转换电路图

（三）RF905无线收发模块的选型和接口设计

nRF905模块低的工作电压为3.3V-3.6V，不能超过这个区间，超过3.3V将会烧毁模块，开发手册推荐的工作电压为3.3V。

为了节约成本，便于使用，设计中nRF905模块与单片机共用同一个供电电路，但是单片机工作的电压为5V，这样就会烧毁nRF905模块，所以，就需要一个电压转换电路，使单片机和nRF905模块可以同时由USB转TTL串口模块供电。

1117是一个低压差电压调节器系列。其压差在1.2V输出，负载电流为800mA时为1.2V。1117提供电流限制和热保护。电路包含1个齐纳调节的带隙参考电压以确保输出电压的精度在±1%以内。输出端需要一个至少10uF的钽电容来改善瞬态响应和稳定性。因此，设计中使用1117―3.3模块连接nRF905模块与单片机供电电路。

RF905无线收发模块是使用Nordic公司的nRF905芯片开发而成的。该模块的优点为：（1）工作频段433M赫兹，为ISM免许可使用：（2）速率快，最高达50kbps；（3）调制高效，采用强抗干扰能力GFSK方式，特别适应工业控制场合；（4）提供多达125个频道，适用于多点通信和调频通信需要；（5）检错便捷：内置硬件CRC检错和点对多点通信地址控制；（6）低功耗，工作电压1.9―3.6V，待机模式下状态耗电为2.5uA；TXMode：在+10dBm情况下，电流为30mA；RX Mode：12.2mA；（7）收发模式切换便捷，时间

两种工作模式分别是接收模式和发送模式，两种节能模式分别是关机模式和空闲模式。其与单片机的连接电路图如图3所示。

（四）串口连接设计

串口是计算机上一种非常常用的设备通信协议，可用于获取远程采集设备的数据。

典型的，串口用于ASCII码字符的传输。通信使用3根线完成：（1）地线，（2）发送，（3）接收。由于串口通信是异步的，端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。其他线用于握手，但是不是必须的。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。对于两个进行通行的端口，这些参数必须匹配。

在本设计中，需要仅用到的RS232针脚为RXD和TXD针脚，其数据功能为：TXD：串口数据输出，RXD：串口数据输入。所以可以使用单片机电源模块中使用的USB转TTL串口模块，该模块中RXD脚和TXD脚就可以满足设计的要求，所以选择使用了USB转TTL串口模块。模块电路连接图如图4所示。

（五）下位机及其显示设计

下位机就其功能的硬件实现来说，与上位机基本一样。设计中，下位机要通过LED，将上位机发送过来的16进制数据显示出来，所用的8个LED可以指示上位机发来的00~ff之间的数据。LED的阳极接5V电压，阴极接1K电阻后连接在P1口。

三、转换器程序设计

（一）本转换器的程序设计主要由

（1）初始化程序。（2）PC端与单片机通信设置。（3）数据收发送程序。（4）数据接收程序四个部分组成。

（二）无线收发

1.nRF905初始化程序设计：数据收发的前提是对nRF905进行初始配置，通过SPI接口单片机将配置字符送给nRF905。nRF905的SPI接口由以下5个寄存器组成，（1）射频配置寄存器包含收发器配置信息，如频率和输出功能等；（2）状态寄存器包含数据准备好引脚状态信息和地址匹配引脚状态信息；（3）发送数据寄存器包含待发送的数据包的信息，如字节数等；（4）发送地址寄存器包含接收机的地址和数据的字节数；（5）接收数据寄存器包含要接收的数据的字节数等信息。

2.数据发送：ShockBurstTM模式下，按照发送的时序图，nRF905会自动产生字头和CRC校验码，发送过程结束时数据准备好引脚会通知微处理器。配置nRF905的工作状态，具体包括：（1）工作频率433MHz，增益10dB。（2）不需自动重发，外接晶振为16MHz。（3）32字节接收/发送数据宽度，4字节接收/发送地址宽度，CRC校验为8位。（4）设定发送模式：TX_EN=1；TRX_CE=0；发射完1完整的数据包时DR信号置高。

3.数据接收：ShockBurstTM模式下，当收到1包含正确地址和数据的数据包后，数据准备好（DR）和地址匹配（AM）两引脚会通知微控制器。nRF905接收工作模式设置：TX_EN=0；TRX_CE=1。如DR引脚被拉高，表示有正确的数据包被接收，按照接收时序，通过SPI口单片机读回nRF905从无线链路上接收到的数据，完成接收过程。待读出全部数据包后，DR和AM信号被复位为低。

四、结束语

设计完成的无线数据转换器，经调试和现场数据测试，能较好完成设定的无线数据传输功能。并具有数据传输速度快、可靠性高、可移植性强和尺寸小等优点；通信程序设计简单，易于实现；较一般的无线通信系统更具扩展方便的优势；可广泛应用于各类无线数据通信中。

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[作者简介]葛体富（1970-），男，浙江温州人，高级工程师，从事计算机网络及智能控制方面的设计与研究。