无线通信总体设计方案.doc

1、三.总体方案设计1.1 设计要求1.1.1 基本要求（1）单片机 A 可按键实时输入 a-z，0-9 英文文本，并显示，通过无线通信把数据传送到 B 端，B 显示出接收的文本；（2）A 显示时钟并通过无线通信把传送到 B，B 显示 A 的时钟数据。1.1.2 发挥部分（1）A 增加环境温度检测并传送给 B 显示；（2）A 增加简单图形发送并传送给 B 显示；（3）其它。1.2 无线数据通信设计原理无线数据通信系统，我们采用了以 89C52 单片机为主控芯片通过 NRF2401无线通信模块进行传递和接收信息。NRF2401 主要工作于 2.4-2.5GHZ ISM 频段，芯片内置频率合成器、功率

2、放大器、晶体振荡器和调解器等功能模块，输出功率和通信频道可通过程序进行配置。并通过自制键盘输入传递给显示模块进行各种数据的输入和控制，由于是两个液屏，所以我们通过单片机控制可以直接在收发两端显示输送内容和时钟信息。1.3 无线数据通信模块方案比较及论证根据设计要求，这次设计我们由五个模块构成，包括：电源模块；主控模块；射频发射及接收模块；探测模块；显示模块。1.3.1 电源模块方案一：采用交流电经直流稳压处理后供电采用交流电提供直流稳压电源，电流驱动能力及电压稳定性最好，且负载对电源影响也最小。但由于需要电线对单片机供电，极大影响了我们对地域的选择，使得电源对地域的要求比较狭窄，固定性太强。而

3、且人为增加了不必要的对硬件进行的焊接时间。故我们放弃了这一方案。方案二：采用蓄电池供电蓄电池具有较强的电流驱动能力和较好的电压稳定性能，且成本低廉。可采用蓄电池经 7812 芯片稳压后给电机供电，再经过降压接 7805 芯片给单片机及其他逻辑单元供电。但蓄电池体积相对庞大，且重量过大，相对设计模板显得比较的笨重和不便，不适合我们采用设计原则的精致。故我们放弃了这一方案。方案三：采用干电池组进行供电采用三节干电池直至 4.5V 后给单片机及其他逻辑单元供电，并为单片机及复位开关供电。这样产生的干扰并不会大，基本不会影响到逻辑单元和单片机的工作。干电池用电池盒封装，体积和重量较小，携带方便。在稳压

4、方面，购买的电池盒相当可靠，也减少了自身一部分的设计时间。根据电池电量选择合适功率即可。综合考虑，我们采用方案三。示意图如下1.3.2 主控模块作为单片机原理及应用和几位老师对单片机的介绍，我们直接选用了老师推荐的，89C52 单片机作为主控模块。51 单 片 机 是 对 目 前 所 有 兼 容 Intel 8031 指 令 系 统 的 单 片 机 的 统 称 。 该系 列 单 片 机 的 始 祖 是 Intel 的 8031 单 片 机 ， 后 来 随 着 Flash rom 技 术 的 发展 ， 8031 单 片 机 取 得 了 长 足 的 进 展 ， 成 为 目 前 应 用 最 广 泛

5、的 8 位 单 片 机 之一 ， 其 代 表 型 号 是 ATMEL 公 司 的 AT89 系 列 ， 它 广 泛 应 用 于 工 业 测 控 系 统 之中 。 目 前 很 多 公 司 都 有 51 系 列 的 兼 容 机 型 推 出 ， 在 目 前 乃 至 今 后 很 长 的 一段 时 间 内 将 占 有 大 量 市 场 。 51 单 片 机 是 基 础 入 门 的 一 个 单 片 机 ， 还 是 应 用 最广 泛 的 一 种 。在设计开发过程中我们使用课程设计提供的开发板进行程序调试和下载，能成功的实现模块的各种功能。 1.3.3 射频发射及接收模块方案一：一般的 LC 振荡器。可是其频率

6、稳定度及一致性较差，即使采用高品质微调电容，误差变化及振动也很难保证已调好的频点不会发生偏移。故我们放弃了这个设计方案。方案二：射频发射及接收模块我们采用的是 nRF2401。nRF2401 是一款新型单片射频收发器件,工作于 2.4 GHz2.5 GHz ISM 频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型 ShockBurst 技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01 功耗低,在以-6 dBm的功率发射时，工作电流也只有 9 mA;接收时，工作电流只有 12.3 mA，多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便。我们选

7、择 Nrf2401 的三大优势在于：尽量减能；低的系统维护费用（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，抗干扰性强。nRF2401 的 ShockBurst 技术同时也减小了整个系统的平均工作电流。根据综合考虑，我们选择方案二，示意图如下：1.3.4 探测模块这里的探测模块主要研究的是温度探测模块，因为这个探测模块的极小性。我们直接选用了 DALLAS 公司的 DS18B20 作为温度传感器。DS18B20 温度范围在-55 +135转换精度在 9到 12 为进制数，可编程确定转换的位数；测温分辨率为 9 位精度为 0.5，12 位精度为 0.0625；转换时间：9 位精度为

8、 93.75ms、10 位精度为 187.5ms、12 位精度为 750ms；内部有温度上、下限告警设置。DS18B20 采用 TO-92 封装模式。1.3.5 显示模块在显示模块方面我们选用了两种显示模块包括 TX05D99VM1AAA 和 12864。TX05D99VM1AAA 由日立（Hitachi）生产的 TFT 类型液晶显示屏，他能直接于 51 系列单片机等 MCU 相连。由 HD66772/HD66774S 芯片驱动，显示色屏方面很清晰。128*64 点 阵 液 晶 模 块 简 称 12864。 显 示 效 果 黄 绿 底 黑 字 。 12864 屏 显成 本 相 对 较 低 ，

9、适 合 我 们 这 种 小 型 设 备 使 用 ， 只 要 通 过 排 孔 连 接 即 可 使 用 ， 实 用 性 强 。12864 原 理 图最终方案如下：使用干电池组对系统进行供电，制作 STC89C52 单片机为中心的小系统模块，进行传输和下载程序，并通过 DS18B20 温度传感器和 nRF2401 无线收发模块接收数据并传入 STC89C52 单片机中，利用 TX05D99VM1AAA 和 12864 液晶显示屏对输入数据的显示。即很好的实施了学校提供给我们的总体设计方案。三.单元模块设计电路原理图及模块设计1.1 电源模块经过测量，一般四节新南孚电池串联带负载后可提供 5.8V 电

10、压。经过二极管稳压至 5.15.2V 后给逻辑器件供电并给系统提供高电平标准。1.2 主控模块使用 STC89C52 单片机对温度传感器和 nRF2401 无线收发模块进行系统汇总，并通过引脚将输入信息传输给显示模块，使其稳态显示。引脚 10 连接温度传感器，在软件部分我们可以看到，随着程序的不断完善，系统渐渐呈现出一致性，并逐步实现各种要求的功能。1.3 射频发射及接收模块nRF2401 实现了，尽量减能；低的系统维护费用（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，抗干扰性强。nRF2401 的 ShockBurst技术同时也减小了整个系统的平均工作电流。通过 nRF240

11、1 的稳定无线传输下，进一步实现了 12864 液屏的显示功能。该射频模块集成了 NORDIC 公司生产的无线射频芯片 nRF24L01；1. 支持 2.4GhzDE 全球开放 ISM 频段，最大发射功率 0dBm2. 2Mbps，传输速率高3. 功耗低，等待模式时电流消耗仅 22uA4. 多频点（125 个） ，满足多点通信及调频通信需求5. 在空旷场地，有效通讯距离：25m（外置天线） 、10m （PCB 天线）6. 工作原理简介：发射数据时，首先将 nRF24L01 配置为发射模式，接着把地址 TX_ADDR和数据 TX_PLD 按照时序由 SPI 口写入 nRF24L01 缓存区，TX

12、_PLD 必须在CSN 为低时连续写入，而 TX_ADDR 在发射时写入一次即可，然后 CE 置为高电平并保持至少 10us，延迟 130us 后发射数据；若自动应答开启，那么nFR24L01 在发射数据后立即进入接受模式，接受应答信号。如果收到应答，则认为此次通信成功，TX_DS 置高，同时 TX_PLD 从发射堆栈中清除：若未收到应答，则自动从新发射该数据（自动从发已开启） ，若重发次数（ARC_CNT）达到上线，MAX_RT 置高，TX_PLD 不会被清除； MAX_RT 或 TX_DS 职高时，使 IRQ 变低，以便通知 MCU。最后发射成功时，若 CE 为低，则 nRF24L01 进

13、入待机模式 1；若发送对战中有数据且 CE 为高，则进入下一次发射；若发送对战中午数据且 CE 为高，则进入待机模式 2。接收数据时，首先将 nFR24L01 配置为接受博士，接着延迟 130us 进入接收状态等待数据的到来。当接收方检测到有效的地址和 CRC 时，就像数据包存储在接受堆栈中，同时中断标志位 RX_DR 置高，IRQ 变低，以便通知 MCU 去取数据。若此时自动应答开启，接收方则同时进入发射状态回传应答信号。最后接收成功时，若 CE 变低，则 nRF24L01 进入空闲模式 1。1.4 探测模块DS18B20 实现温度探测的实效性，在 STC89C52 单片机的不断扫描中，实现即探即收的过程，快速且准确的通过 STC89C52 单片机的传输显示于液屏中，实时反映。1.5 显示模块利用 TX05D99VM1AAA 和 12864 液晶显示屏对输入数据的显示。实现了多样性的显示（彩屏和蓝屏的显示） ，使人对画面产生一定的兴趣，而不感到厌倦。由于这两款液屏的显示、接收效果相对较好，也是我们能顺利并成功完成任务的关键所在。