2.4 GHz無(wú)線一對(duì)多收發(fā)控制系統(tǒng)

梁昕

(南京機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子工程系， 南京 210016)

0 引言

隨著無(wú)線通信技術(shù)的迅速發(fā)展，短距離無(wú)線通信的需求不斷增加，各種類(lèi)型、各個(gè)頻段和基于各種不同架構(gòu)的無(wú)線收發(fā)系統(tǒng)層出不窮。同時(shí)現(xiàn)代社會(huì)人們追求著更加簡(jiǎn)便快捷的生活方式，近距離無(wú)線通信如RFID、WIFI、藍(lán)牙等技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。筆者設(shè)計(jì)了一款無(wú)線通信系統(tǒng)，本系統(tǒng)采用STM8S003為發(fā)送端主控芯片、SN8F為接收控制芯片，結(jié)合高性能2.4 GHz無(wú)線收發(fā)模塊A7105，設(shè)計(jì)了實(shí)現(xiàn)無(wú)線控制的發(fā)送和接收系統(tǒng)的硬件電路和軟件系統(tǒng)。通過(guò)此系統(tǒng)可無(wú)線遙控實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)終端設(shè)備的控制，同時(shí)系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性，操作方便，低功耗，抗干擾等優(yōu)點(diǎn)，來(lái)滿足用戶需求。

1 本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖

本系統(tǒng)的硬件電路主要包括射頻信號(hào)發(fā)送電路和信號(hào)接收電路兩部分。發(fā)送電路通過(guò)多個(gè)控制按鈕實(shí)現(xiàn)不同頻率數(shù)據(jù)的發(fā)送，對(duì)應(yīng)的接收電路在接收到信號(hào)后，控制其繼電器及電源的通斷從而實(shí)現(xiàn)了無(wú)線信號(hào)控制多個(gè)終端設(shè)備的功能,如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)模塊框圖

1.1 無(wú)線射頻芯片A7105

系統(tǒng)的收發(fā)模塊均以A71052.4G無(wú)線射頻芯片為核心，實(shí)現(xiàn)無(wú)線信號(hào)的發(fā)送與接受。A7105是一種超低功耗無(wú)線射頻收發(fā)芯片高性能、低成本的2.4 ghz ISM波段無(wú)線收發(fā)器。這個(gè)設(shè)備集成了兩個(gè)高靈敏度接收機(jī)(-95 dbm @ 500 kbps)和高效率功率放大器(1 dbm)。在低數(shù)據(jù)率的應(yīng)用程序中,A7105有超高靈敏度，傳輸距離遠(yuǎn)。所有參數(shù)可以通過(guò)SPI口配置內(nèi)部寄存器來(lái)進(jìn)行設(shè)置，最高的速率可達(dá)500 kb/s，適應(yīng)4線或3線的SPI控制。該模塊通過(guò)SCS、SCK、SDIO、GPIO1、GPIO2 等管腳與微處理器STM8S003相連接。

1.2 發(fā)送端控制芯片 STM8S003

本系統(tǒng)在發(fā)送端的核心主控芯片均采用的STM8S003，該款芯片是ST意法半導(dǎo)體針對(duì)工業(yè)應(yīng)用和消費(fèi)電子開(kāi)發(fā)推出的8位的微控制器，實(shí)現(xiàn)讀卡器的接口控制，系統(tǒng)算法處理、安全控制管理等功能。

STM8系列單片機(jī)具有優(yōu)越的系能，其MCU核最高運(yùn)行速度達(dá)到16MIPS，內(nèi)部16 MHz RC 振蕩器，用于驅(qū)動(dòng)內(nèi)部看門(mén)狗( IWDG) 和自動(dòng)喚醒單元( AWU)的內(nèi)部低功耗 38 kHz RC 振蕩器，以及上電 /掉電保護(hù)電路。在對(duì)時(shí)鐘精度沒(méi)有特殊要求的情況下，可降低外接元件數(shù)量，從而降低系統(tǒng)總成本。具有豐富的外圍接口和定時(shí)器，開(kāi)發(fā)支持，單線接口模塊(SWIM)和調(diào)試模塊(DM)，可以方便地進(jìn)行在線編程和非侵入式調(diào)試 。 相對(duì)于現(xiàn)在眾多的8位單片機(jī)，STM8的性能比例是較高的。

1.3 接收端控制芯片SN8F

接收端采用增強(qiáng)型 8051 微控制器：減少指令周期時(shí)間(高達(dá)80C51的12倍)，具有4 KB 非易失性 Flash 存儲(chǔ)器(IROM)，支持在線編程功能，256 字節(jié)內(nèi)部 RAM(IRAM)13 個(gè)中斷源：可控制中斷的優(yōu)先等級(jí)以及獨(dú)立的中斷向量12個(gè)內(nèi)部中斷，12 位 SAR ADC，包括 10 個(gè)外部通道和 2 個(gè)內(nèi)部通道，以及 4 個(gè)內(nèi)部參考電壓 SPI/UART 接口，支持 SMBus 的 I2C 接口，可片上調(diào)試。常應(yīng)用于家用自動(dòng)化產(chǎn)品及無(wú)刷直流電機(jī)。

2 模塊設(shè)計(jì)

2.1 發(fā)送端模塊框圖

本系統(tǒng)中，采用STM8S的SDIO、GIO 口與A7105無(wú)線收發(fā)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。A7105射頻收發(fā)芯片通過(guò)SPI串口讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)采用四線制模式。發(fā)送端的模塊圖如圖2所示。圖3為發(fā)射端的射頻收發(fā)電路，圖4為控制電路及6路開(kāi)關(guān)，按下不同的開(kāi)關(guān)按鈕可發(fā)送信1號(hào)給對(duì)應(yīng)接收器，從而控制其繼電器達(dá)到通斷設(shè)備的功能。

圖2 發(fā)送端模塊圖

圖3 射頻收發(fā)模塊電路圖

圖4 發(fā)送端軟件設(shè)計(jì)流程

2.2 接收端

接收端2.4 G射頻收發(fā)器A7105接收到信號(hào)后，傳送給控制器，控制器采用FIFO工作模式，其控制信號(hào)里有選擇中頻發(fā)射端的TX工作頻率，檢測(cè)載波信號(hào)，然后自動(dòng)向下偏移500 K做接收端RX工作頻率；一般推薦的16 MHz作為晶振頻率，2 400.1 MHz～2 405.1 MHz工作頻譜里5M的帶寬含10個(gè)信道，檢測(cè)到哪個(gè)TX頻率后就能自動(dòng)偏移檢測(cè)到RX，同樣的頻率不同的slaver 地址來(lái)控制多個(gè)RX接收端對(duì)應(yīng)的終端設(shè)備，設(shè)備的信號(hào)繼電器，當(dāng)接收到芯片控制信號(hào)后就會(huì)控制AC電路的通斷，用這種方法可以控制多個(gè)外接設(shè)備了。同時(shí)電源電路，通過(guò)直流穩(wěn)壓電源為將AC220轉(zhuǎn)DC12 v,再轉(zhuǎn)3.3 V為電路供電。

圖5 控制芯片模塊電路圖

圖6 接收機(jī)電路圖

圖7 接收流程

3 總結(jié)

該系統(tǒng)采用STM8S00和SN8F為收發(fā)主控控制芯片，結(jié)合高性能2.4 GHz無(wú)線收發(fā)模塊A7105，設(shè)計(jì)了實(shí)現(xiàn)無(wú)線控制的發(fā)送和接收系統(tǒng)。其中A7105收發(fā)控制芯片工作在2.4 G頻段，使用無(wú)需申請(qǐng)，具有方便、傳送距離遠(yuǎn)、功耗低、安全等優(yōu)點(diǎn)。發(fā)送端具有擴(kuò)展性，可通過(guò)多個(gè)按鈕控制發(fā)送不同頻率的信號(hào)，接收端接收到信號(hào)后，處理并控制不同的繼電從而控制對(duì)應(yīng)的終端，實(shí)現(xiàn)一對(duì)多的無(wú)線通信系統(tǒng)。

本系統(tǒng)的性能穩(wěn)定，操作便捷，功耗低，成本低，應(yīng)用范圍廣泛?？捎糜跓o(wú)線刷卡系統(tǒng)，智能家居控制系統(tǒng)或智能交通圖像傳輸系統(tǒng)等，有很好的實(shí)用價(jià)值與推廣意義，可滿足不同用戶的需求。