微波EDA网,见证研发工程师的成长!
首页 > 射频和无线通信 > 射频无线通信文库 > 基于nRF905的LED屏无线通信设计

基于nRF905的LED屏无线通信设计

时间:08-19 来源:互联网 点击:

  现行市场上的LED屏,多采用异步串口、TCP/IP接口等有线和GPRS无线进行通信。对于装修计划中的LED屏,即使提前布线或预留线缆空间,在线缆损坏或调试LED屏还是有诸多不利条件。技术成熟的GPRS无线模块,价格昂贵,不适用于大众场合。针对普遍使用的串口通信控制的LED屏,本文介绍了采用nRF905芯片为核心的硬件电路,论述了无线通信系统中的功耗估计、速率适配、串口与无线的通信协议设计和嵌入式单片机的软件设计,实现单片机控制串口的无线通信。

  1 硬件设计

  1.1 硬件总体框图

  硬件框图如图1和图2所示。图1为上位机框图,电路板上的单片机收到计算机发来的控制数据,通过无线模块转发。图2为下位机框图,单片机将无线模块收到的数据,通过串口发给LED屏的电路控制板。LED屏回复数据的传输方向正好相反。

  

  采用ProtelDXP绘制电路原理图和双面PCB板,使用JTAG mk II在AVR Studi04下编写基于单片机的嵌入式软件,采用GCC编译器进行编译连接。

  1.2 电路设计

  (1)单片机ATmega16A

  采用芯片LM1117将DC 9 V稳压到DC 3.3 V,对单片机ATmega16A、芯片nRF905、芯片MAX3232进行供电。串口通信采用芯片MAX3232进行逻辑电平的转换。系统采用高性能、低功耗的8位AVR微处理器ATmega16A单片机。该单片机具有16 KB的系统内可编程FLASH、512 B的E2PROM和1 KB的SRAM,供嵌入式软件使用;在线调试的JTAG端口,丰富了系统的调试手段;独立的定时器和可编程的串口,加强了系统的功能。单片机ATmega16A上的SPI接口,可保证无线芯片nRF905的无缝连接。

  (2)无线芯片nRF905

  NORDIC公司的无线芯片nRF905采用高效的GFSK调制,使用开放的ISM频段,工作速率可达50 Kb/s,收发模式切换时间短,功耗低,内置硬件CRC校验和点对多点的通信地址控制,这些优点特别适合工业控制场合。

  1.3 可行性分析

  1.3.1 通信速率

  nRF905无线收发芯片的最高工作速率50 Kb/s。PC机端的控制软件可以设置串口的工作速率,典型波特率设置为9 600 b/s或115 200 b/s。串口的波特率的每个字节加上起始位、停止位和奇偶校验位,经计算,串口工作速率小于无线芯片的工作速率,因此,可以采用无线芯片nRF905转发串口数据进行通信。

1.3.2 功耗估计

  (1)单片机ATmega16A的耗散功率条件:温度,25℃;单片机工作晶振:1 MHz;工作电压,3.3 V。

  激活模式:功率P=0.6×3.3=1.95 mW

  空闲模式:功率P=0.2×3.3=0.66 mW。

  (2)芯片MAX232的耗散功率工作电压:V=3.3 V。

  最大工作电流:I=1 mA。

  典型工作电流:I=0.3 mA。

  则最大功耗:P=VI=3.3 mW。

  典型功耗:P=W=0.99 mW。

  (3)无线模块的功率计算

  发送模式的功耗:P=30×3.3=99 mW。

  接收模式的功耗:P=12.2×3.3≈41 mW。

  (4)稳压芯片LM 1117的耗散功率

  输入电压:Vin=9 V。

  输出电压:Vout=3.3 V。

  系统工作电流I=(0.6+1+30)=31.6 mA。

  则功耗P=(Vin-Vout)×I=180.12 mW。

  (5)总功率的计算

  系统最大功耗:

  P=180.12+1.95+3.3+99=284.37 mW

  经功耗估计,系统功耗较小,因此可以使用DC 9V电池供电。设计系统的供电方式为电池和外部DC 9V电源,通过跳线切换。

  1.4 电路板布局

  实现无线通信的系统电路板布局如图3所示。

  

  2 软件设计

  2.1 通信协议

  (1)串口通信协议。设计串口通信协议:1位起始位,8位数据位,“空格”校验位,1位停止位。

  (2)数据通信协议。设计串口发送数据的通信协议:串口发送数据的第1个和第2个字节是0xF6、0x5A,作为包头,第3个字节和第4个字节为数据长度的一半,数据最后的2个字节为校验字节。LED屏控制卡回复数据为4个字节,第1个字节和第2个字节为为发送数据的前2个字节,后2个字节为发送数据的最后2个字。

  (3)无线收发数据协议。无线通信的数据采取分包发送的机制。无线通信协议设计如下:第1个字节为包头0xF6,第2个字节为数据的长度,该字节的首位置1,此包数据为最后一包,该字节的首位置0,此包数据非最后一包。由于无线芯片一包最大发送或接收字节数32 B,所以最大数据包长度为30 B。大于30 B的数据,将分包发送。

  2.2 芯片nRF905工作原理

  (1)芯片nRF905的管脚及管脚功能如表1所示。

  

  (2)芯片nRF905的工作模式

  芯片nRF905共有4种工作模式:活动模式有ShockBurst RX(接收模式)和ShockBurst TX(发送模式);节电模式有掉电模式和SPI编程模式或STANDBY(空闲模式)和SPI编程模式。芯片nRF905的工作模式由TX_EN,TRX_CE,PWR_UP的设置来设定,如表2所示。

2.3 基于状态机的嵌入式软件设计

  2.3.1 系统初始化

系统初始化主要包括:端口、串口、SPI总线、无线芯片、定时器和链表。状态机的初始化包括:初始状态、各个状

Copyright © 2017-2020 微波EDA网 版权所有

网站地图

Top