摘要：介紹一種基于ARM微控制器來實現(xiàn)無線分布式的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點硬件主要使用NXP公司的LPC1766作為微控制器、Nordic公司的nRF905作為射頻芯片。軟件以C語言和匯編語言編制，采用多層次結(jié)構(gòu)設(shè)計。由于nRF905芯片的各種優(yōu)越性，該系統(tǒng)具有較強的抗干擾能力，具有較高的實用價值。
關(guān)鍵詞：LPC1766；Codex-M3；無線數(shù)據(jù)傳輸；nRF905

    隨著21世紀(jì)社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人們對能夠隨時隨地提供信息服務(wù)的移動計算與寬帶無線通信的需求越來越迫切。在工業(yè)生產(chǎn)中，常常需要采集大量的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，如溫度、重量、氣壓等，并將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C進行處理，由主機根據(jù)處理的結(jié)果，將控制信號傳輸給現(xiàn)場執(zhí)行模塊進行各種操作?？梢钥闯鰯?shù)據(jù)不管是從采集設(shè)備到處理終端，還是從監(jiān)測控制指令從處理終端到采集設(shè)備，均需經(jīng)過傳輸過程這一重要環(huán)節(jié)。但當(dāng)有線網(wǎng)絡(luò)不通暢或由于現(xiàn)場環(huán)境因素的限制不便架設(shè)線路的情況下，使用無線通信技術(shù)進行數(shù)據(jù)采集、傳輸顯得更加實用、高效、快捷。

1 無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)工作原理
    如圖1所示，整個系統(tǒng)首先用傳感器將現(xiàn)場信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過模／數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC采樣、量化、編碼后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，送到微控制器進行初步處理，然后利用nRF905無線數(shù)據(jù)傳輸芯片通過無線方式將有效數(shù)據(jù)發(fā)送給接收端，接收端在接收到有效數(shù)據(jù)后通過串行口將數(shù)據(jù)送到輸出設(shè)備并且對有效數(shù)據(jù)的進一步的處理。

1．1 ARM微控制器LPC1766
    LPC1766芯片使用高性能的ARM CortexTM-M3 32位的RISC內(nèi)核，工作頻率為100 MHz。它內(nèi)置高速存儲器(高達512 k字節(jié)的閃存和64 k字節(jié)的SRAM)，豐富的增強I／O端口和聯(lián)接到兩條APB總線的外設(shè)。該板包含8通道12位的ADC和10位的DAC、4個通用16位定時器、電機控制PWM接口以及多個標(biāo)準(zhǔn)和先進的通信接口：多達3個I2C、SPI、2個I2S、1個SDIO、4個USART、一個USB Host／Device／OTG接口和兩個CAN、Ethern et MIC接口、Quadrature Encoderinterface。LPC1766芯片工作于-40～+105℃的溫度范圍，供電電壓為2．0～3．6 V。它的一系列省電模式突顯出了它的低功耗的特點。豐富的外設(shè)配置，使得LPC1700微控制器適合于多種應(yīng)用領(lǐng)域：電機驅(qū)動和應(yīng)用、控制醫(yī)療和手持設(shè)備汽車電子等領(lǐng)域。
1．2 nRF905無線數(shù)據(jù)傳輸模塊
    nRF905是Nordic VLSI公司推出的單片射頻收發(fā)器，工作電壓為1．9～3．6 V，工作于433 MHz、868 MHz、915 MHz 3個ISM頻段，頻道轉(zhuǎn)換時間小于650μs，最大數(shù)據(jù)速率為100 kbit／s。nRF905可以自動完成處理字頭和CRC(循環(huán)冗余碼校驗)的工作，可由片內(nèi)硬件自動完成曼徹斯特編碼／解碼，使用SPI接口與微控制器通信，配置非常方便，其功耗非常低。nRF905工作模式主要包括活動模式和節(jié)電模式。在活動模式下，數(shù)據(jù)能低速從處理器進入，然后高速發(fā)射出去；同時，發(fā)送數(shù)據(jù)時可以自動生成數(shù)據(jù)幀頭并計算CRC校驗和。接收數(shù)據(jù)時具有載波檢測功能，并對接收的代碼進行地址檢測，并計算CRC以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2 無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)硬件設(shè)計
    無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)硬件以LPC1766微控制器及其外圍部件為基礎(chǔ)，通過串口收發(fā)數(shù)據(jù)并控制無線傳輸模塊，最終達到系統(tǒng)要求。
2．1 微控制器模塊的設(shè)計
    本設(shè)計中采用AMR微控制芯片LPC1766，其有100個引腳，70多個輸入輸出端口，其他端口用來與電源、地及電阻等相連；還有看門狗時鐘、實時時鐘、10位8信道的數(shù)模轉(zhuǎn)換等。其中LPC1766與nRF905通過SIP協(xié)議進行通訊。
2．2 無線傳輸模塊的設(shè)計
    無線數(shù)據(jù)傳輸主要利用單片機LPC1766對無線射頻芯片nRF905的控制實現(xiàn)的。發(fā)送過程如下：首先LPC1766通過SPI接口對nRF905的各種配置寄存器(如通訊頻率、本機地址、目標(biāo)地址、數(shù)據(jù)長度等)進行設(shè)置，并將要發(fā)送的數(shù)據(jù)放入發(fā)送存儲區(qū)中；然后LPC1766將TRX_CE和TX_EN置高，使nRF905開始傳輸，nRF905啟動射頻部分電路，完成數(shù)據(jù)打包，用GFSK的方式以100 kbps的速率將數(shù)據(jù)傳出；如果AUTO_RETRAN被設(shè)置為高，nRF905重復(fù)發(fā)送數(shù)據(jù)直到’FRX—CE被設(shè)置為低；傳輸完成時，如果TRX_CE被置為低，nRF905自動進入待機狀態(tài)。[!--empirenews.page--]

    接收過程如下：先通過設(shè)置TRX_CE和TX_EN為低，選擇接收狀態(tài)；經(jīng)650μs，nRF905開始檢測空中的信號；當(dāng)nRF905檢測到接收頻率上的載波，載波檢測(CD)引腳置高；當(dāng)收到有效地址時，地址匹配(AM)引腳置高；當(dāng)有效的數(shù)據(jù)包被接收時，即CRC檢測正確，nRF905打開數(shù)據(jù)包，去掉包頭包尾并將接收數(shù)據(jù)或發(fā)送數(shù)據(jù)準(zhǔn)備(DR)引腳置高；MCU將TRX_CE引腳置低從而進入待機狀態(tài)，通過SPI接口將數(shù)據(jù)取出；數(shù)據(jù)被取出后，nRF905重新將DR與AM引腳置低。

3 無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)軟件設(shè)計
    本設(shè)計制只實現(xiàn)了點到點之間的通訊。要實現(xiàn)這一步主要是要通過對LPC1766和NRF905進行適當(dāng)?shù)呐渲茫瑢RF905的收發(fā)程序進行編寫及對LPC1766管腳功能進行配置。在發(fā)送端，為了盡可能的節(jié)約電能，一開始把NRF905設(shè)置為STANDBY靜電模式，并把SPI_CSN置為無效，這樣一方面可以達到節(jié)能的效果，同時又可以隨時監(jiān)測是否有數(shù)據(jù)要發(fā)送。當(dāng)有數(shù)據(jù)發(fā)送時，再改變?yōu)榘l(fā)送模式，并置SPI_CSN為有效開始片選，發(fā)送端和接收端程序流程圖如圖3和4所示。

4 結(jié)論
    系統(tǒng)調(diào)試成功后，進行了多次數(shù)據(jù)傳輸實驗。本系統(tǒng)通過了實際數(shù)據(jù)通信實驗的驗證，運行穩(wěn)定，通信可靠，能夠?qū)崿F(xiàn)50米左右的無線通信。本系統(tǒng)可以應(yīng)用于點對點、點對多點通信的一些實際工作環(huán)境中。