基于定位系统之定位射频验卡器的设计

【摘要】本文主要讲述了运用单片机控制电路和液晶屏显示电路进行2.4GHz射频定位卡的检测， 射频收发芯片nRF2401、控制芯片选用STC89LE51工业级单片机芯片、液晶屏显示LCD128645ZK、时钟芯片PCF8563。

【关键词】2.4GHz；无线通信；射频；收发芯片；单片机

0.引言

nRF2401是挪威Nordic公司推出的单片无线收发一体芯片，工作于2.4G Hz--2.5GH的ISM(工业、科学和医疗)频段，能够在全球无线市场畅通无阻。芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，只需少量元件便可组成射频收发电路，常用于无线鼠标和键盘、无线手持终端、无线频率识别、数字视频、遥控和汽车电子等方面。

根据目前煤矿人员定位系统的应用，为增强人员定位数据的准确性、及时性，增设“定位射频验卡器”，做到一人一卡信号接收的同时直接显示出来，持卡人自己在井口核对准确的卡号，如果标识卡有问题持卡人能第一时间发现，避免因卡的问题出现错误数据分析，能更好的满足煤矿人员定位的需求，使煤矿的管理上一个新的台阶。也能使本企业提高市场竞争力。这次我设计的题目是“定位射频验卡器”。随着射频定位系统的不断完善、系统稳定性的不断提升、验卡速度的不断加快、定位精确度和准确度的不断提高，用户群的不断扩大，用户的需求的逐渐增多，对现有煤矿人员定位系统增加配备设备—定位射频验卡器。

1.系统概述

定位射频验卡器采用STC89LE51（工业级）单片机做为主控芯片，射频信号采集读头采用收发一体的nRF2401做为接收芯片，显示模块采用先进的液晶显示模块对人员卡号进行实时的显示。单片机控制程序运用可读性和移植性较高的C语言编写，nRF2401写入读取程序采用更接近机器语言的汇编语言编写，以做到更快速更准确。接收数据采用外中断处理，以做到实时的响用用户。

2.系统硬件设计

2.1芯片概述

nRF2401芯片nRF2401 采用Soc(片上系统)方法设计，是业界体积最小、功耗最低、元件最少的低成本射频芯片。nRF2401有125个频道，支持多点间通信，最高传输速率达到1Mbit/so nRF2401没有复杂的通信协议，完全对用户透明，同种产品之间可以自由通信。我们采用nRF2401 的ShockBurstTM收发模式。与射频协议相关的所有高速信号处理都在片内进行，这种做法有三大好处：尽量节能；低的系统费用(低速微处理器也能进行高速射频发射)；数据在空中停留时间短，抗干扰性高。nRF2401的ShockBurstTM技术同时也减小了整个系统的平均工作电流。

在ShockBurstTM收发模式下，nRF2401自动处理字头和CRC校验码。在接收数据时，自动把字头和CRC校验码移去。在发送数据时，自动加上字头和CRC校验码，当发送过程完成后，数据准备好引脚通知微处理器数据发射完毕。

nRF2401内置地址解码器、先入先出堆栈区、解调处理器、时钟处理器、GFSK滤波器、低噪声放大器、频率合成器，功率放大器等功能模块，需要很少的元件，因此使用起来非常方便。

ShockBurstTM的配置字使nRF2401能够处理射频协议，在配置完成后，在nRF2401工作的过程中，只需改变其最低一个字节中的内容，以实现接收模式和发送模式之间切换。ShockBurstTM的配置字可以分为以下四个部分：数据宽度：声明射频数据包中数据占用的位数。这使得nRF2401能够区分接收数据包中的数据和CRC校验码；地址宽度：声明射频数据包中地址占用的位数。这使得nRF2401能够区分地址和数据；地址：接收数据的地址，有通道1的地址和通道2的地址；CRC：使nRF2401能够生成CRC校验码和解码。当使用nRF2401片内的CRC技术时，要确保在配置字中CRC校验被使能，并且发送和接收使用相同的协议。在配置模式下，注意保证PWR_UP引脚为高电平，CE引脚为低电平。配置字从最高位开始，依次送入nRF2401。在CS引脚的下降沿，新送入的配置字开始工作。

nRF2401应用电路一般工作于3V，它可用多种低功耗微控制器进行控制。在设计过程中，可使用50欧姆单鞭天线，为了得到尽可能大的收发距离，电感电容的参数应适当调整。

2.2单片机STC89LE51

STC89LE51RC/RD+系列单片机的是新一代超强抗干扰/高速/低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机械周期和6时钟/机械周期可任意选择，最新的D版本内部集成MAX810专用复位电路。具有以下特点：工作电压3.8V-2.0V；工作频率范围0-40MHz，相当于普通8051的0-80MHz，实际工作频率可达48MHz；片上集成512字节RAM等。

2.3液晶屏

中文液晶显示模块LCM128645ZK的字型ROM内含8192个16*16点中文字型和128 个16*8半宽的字母符号字型；另外绘图显示画面提供一个64*256 点的绘图区域GDRAM；而且内含CGRAM 提供4组软件可编程的16*16 点阵造字功能。电源操作范围宽（2.7V to 5.5V），低功耗设计可满足产品的省电要求；同时与单片机等微控器的接口界面灵活（三种模式：并行8 位/4 位，串行3 线/2 线。中文液晶显示模块可实现汉字、ASCII 码、点阵图形的同屏显示，广泛用于各种仪器仪表、家用电器和信息产品上作为显示器件。中文液晶显示模块具有上/下/左/右移动当前显示屏幕及清除屏幕的命令，具有光标显示/闪烁控制命令及关闭显示命令。预留多种控制线（复位/串并选择/亮度调整）供用户灵活使用。

3.硬件接口

3.1液晶屏串行接口传输

当PSB脚接低电位（模块背面S/P 的短路电阻在“S”侧），模块将进入串行模式；在串行模式下将使用二条传输线作串行资料的传送，主控制系统将配合传输同步时钟（SCLK）与接收串行数据线（SID），来完成串行传输的动作。