基于2.4GHz频段模块的无线通信系统的开发
摘要：nRF905提供了强大的跳频机制以及大量的频道支持，可以用在许多的特殊场合，在工业生产和消费电子中具有广阔的应用前景。
本文提出了一种基于无线模块nRF905的无线数据通信系统的总体设计方案和实现方法。系统采用高速度低功耗单片机ATMEAG16L作为主芯片，nRF905作为无线收发模块，利用SPI口实现双向通信，SPI支持高速数据传输，从而满足了射频带宽的要求。由于采用较完善的软硬件设计和抗干扰措施，保证了系统工作的安全性和可靠性。系统集数据采集、无线数据通信、串行通信等功能于一体，可以很方便地实现点对点及点对多点无线数据通信，广泛应用于遥感、遥控、无线抄表、工业数据采集及家庭自动化等领域。
关键词：单片机;射频模块;温度传感器;液晶显示器;无线通信
I
Development of Wireless Communication System
based on 2.4GHz Frequency Band
Abstract ：nRF905 FH provides a powerful support mechanism and a large number of channels can be used in many special occasions, in industrial production and consumer electronics in a wide range of applications.
This paper proposes the overall design plan and the realization method of one kind of wireless data communication system based on the wireless module nRF905. The system adopts high-speed and low-power single-chip ATMEAG16L as the main control chip, nRF905 as a wireless transceiver modules and the SPI port to achieve a two-way communication, which support the high-speed data transmission to meet the requirements of the radio frequency bandwidth. nRF905 provides a powerful mechanism for frequency hopping, as well as a support for a large number of channels which can be used on many special occasions. Owing to a better hardware and software design and anti-jamming measures, the safety and reliability of the system are ensured. The system sets data acquisition systems, wireless data communications and serial communication in one, thus making it easy to achieve point-to-point and point-to-multipoint wireless data communications. So it can be widely used in remote sensing, remote control, wireless meter reading, industrial data acquisition and home automation and other fields.
Keywords：Single Chip; RF module; temperature sensor; Liquid Crystal Display; Wireless correspondence
II
目录
摘要 ............................................................................................................................................................. I Abstract ...................................................................................................................................................... II 1 绪论 ........................................................................................................................................................ 1
1.1课题研究的背景及意义 ............................................................................................................... 1 1.2研究现状 ....................................................................................................................................... 2 1.3项目研究步骤及方法 ................................................................................................................... 2 2 系统总体设计 ......................................................................................................................................... 3
2.1系统的硬件设计 ........................................................................................................................... 3
2.1.1 器件的选用 ....................................................................................................................... 3 2.1.2 系统硬件原理框图 ........................................................................................................... 5 2.2 系统的软件设计 .......................................................................................................................... 6
2.2.1 主机程序的设计 ............................................................................................................... 6 2.2.2 从机程序设计 ................................................................................................................... 6
3 显示电路................................................................................................................................................. 8
3.1 标准字符型液晶显示器LCD接口 ............................................................................................ 8
3.1.1 显示数据存储器 ............................................................................................................... 8 3.1.2 字符存储器 ....................................................................................................................... 9 3.1.3 LCD显示模块的控制指令 ............................................................................................... 9 3.2 单片机与LCD1602的硬件连接原理图 .................................................................................. 11 3.3 液晶显示器LCD1602软件的设计 .......................................................................................... 12 4 接收器和转发器USART及串口SPI ................................................................................................. 13
4.1 USART特点及原理 ................................................................................................................... 13 4.2 SPI特点及原理 .......................................................................................................................... 13 5 射频收发电路 ....................................................................................................................................... 15
5.1 芯片结构 .................................................................................................................................... 15 5.2 工作模式 .................................................................................................................................... 15 5.3器件配置 ..................................................................................................................................... 16
5.3.1 SPI接口配置 ................................................................................................................... 16 5.3.2 射频配置 ......................................................................................................................... 17 5.4 单片机与nRF905的硬件连接原理图 ..................................................................................... 18 5.5 nRF905软件的设计 ................................................................................................................... 19 6 测温电路............................................................................................................................................... 22
6.1 DS18B20的特点、结构及工作原理说明 ................................................................................ 22 6.2 DS18B20的数据处理 ................................................................................................................ 23 6.3 单片机与DS18B20的硬件连接原理图 .................................................................................. 23 6.4 DS18B20软件的设计 ................................................................................................................ 24 7 结论 ...................................................................................................................................................... 25 参考文献................................................................................................................................................... 26 致谢 .......................................................................................................................................................... 27
III
1 绪论
1.1课题研究的背景及意义
在许多测控现场中，传统的数据通信是通过有线电缆实现的。随着射频技术、集成电路的发展，无线通信功能的实现越来越容易，数据传输速率也越来越快，抗干扰能力也越来越强，因此，越来越多的场合采用了无线传输技术。无线数据传输相比于有线传输有许多优点：
1、成本低，省去了大量的布线；
2、建网快捷，只需在每个终端连接无线数传模块和架设适当高度的天线即可；
3、适应性好，无线数据传输在一些特殊的应用环境，比如遇到山地、湖泊、林区等特殊的地理环境或是移动物体等布线比较困难的应用环境的时候，能解决因布线困难、电缆接插件松动、短路带来的问题；
4、扩展性好，采用有线传输方式，不能随意移动，设备重新布局就要重新布线，但采用无线数据传输，只需将设备与无线数传模块相连接就可以了；
5、设备维护容易，有线通信链路的维护需沿线路检查，出现故障时，一般很难及时找出故障点，而采用无线数据传输方式只需维护数传模块，出现故障时则能快速找出原因。
目前应用于数据传输的无线通信技术主要有蓝牙（bluetooth），无线局域网（WLAN）802.11b，微功率超短波无线通信以及基于公共移动通信网络（GSM、CDMA）的传输方式[1]。
蓝牙（bluetooth）是一种短距离无线通信技术。它是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，其实质内容是为固定设备或移动设备之间的通信环境建立通用的近距无线接口，将通信技术与计算机技术进一步结合起来，使各种设备在没有电线或电缆相互连接的情况下，能在近距离范围内实现相互通信或操作。其传输频段为全球公众通用的2.4GHz ISM频段，提供了1Mbps的传输速率和10m的传输距离（目前大功率的蓝牙芯片已经可以达到100m的覆盖范围）。它采用跳频扩频FHSS（Frequency Hopping Spread Spectrum）技术，具有非常可靠的语音和数据传输能力，蓝牙芯片体积小、功耗低、其应用越来越广泛。但蓝牙芯片价格较为昂贵、传输距离较短、蓝牙技术尚无国际标准。IEEE802.11b是目前无线局域网（WLAN）的国际技术标准。工作在2.4GHz 的ISM频段，速率最高可达11Mb/s，电波的覆盖范围可达100m左右。它采用直接序列扩谱DSSS（Direct Sequence Spread Spectrum）技术，增强了抗干扰能力。802.11b无线网络的最大优点是兼容性，用它来组建大型无线网络，运营成本低，投资回报快。目前此种设备还比较昂贵，妨碍了其推广和应用[2]。
微功率无线通信技术一般使用数字信号单片射频收发芯片，加上少量的外围元器件和微控制器构成无线通信模块。工作于ISM频段，即使用户对其工作机制没有较深了解，也可实现数据的无线传输功能。因其功率小，投资小，开发简单快捷而广泛应用。
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1.2研究现状
今天我们已经进入了一个无线技术无所不在的时代。在家中，使用便利的无线电话；出门在外使用手机与远方的亲人通话、发短消息；开车，GPS系统为我们指航导路；工作，使用无线网卡可以随时随地地进行网上办公，等等。
随着技术的进步，无线通信和无线网络将迅速地向我们日常生活的各个方面扩展，不久的将来我们大部分的电子产品都将是无线并可随时在线的，一个无线社会很快就将成为现实，并深刻改变人们的生活方式。因此研究无线通信技术有着很重要的意义。
本文通过对无线数据传输系统模型的研究，提出了一种基于无线模块nRF905和ATMEGA16L单片机的无线数据通信系统的总体设计方案，通过对环境参数的测试、处理、以及对无线通信传输等模块的设计真正掌握了无线通信技术的使用方法，为以后从事无线产品 的开发打下了坚实的基础。
[3]
1.3项目研究步骤及方法
首先在网上及图书馆数据库查找相关资料，充分利用相关数字资源及图书，对传感器技术和无线数据传输技术的研究现状和应用前景进行全面的了解，接下来集中时间学习了AVR单片机。最后，按要求完成短距离无线温度测试系统的设计。具体分以下步骤：
1、 文献检索：了解传感器技术和无线数据传输技术的历史、现状和未来发展前景。 2、 开题报告：查看、阅读相关资料，制作出研究步骤及时间安排的计划书。
3、 熟悉原理：根据已查到的相应资料设计短距离无线数据通讯系统的一般硬件电路图，掌握
相关涉及芯片的软件设计
4、 设计方案：研究基于短距离无线温度测试系统的工作原理，根据其原理选择相关器件和芯
片，确立应用方案，最后根据完整的电路原理图写出详细的控制程序，给出程序流程图和程序源代码。
5、 联机调试：对硬件进行调试、改进，直至最终系统完善。 6、 完成毕业论文：根据所有的资料、调试结果记录撰写毕业论文。
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基于2.4GHz频段模块的无线通信系统的开发
