基于ARM的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：介紹一種基于ARM微控制器來實(shí)現(xiàn)無線分布式的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)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(jì)。由于nRF905芯片的各種優(yōu)越性，該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，具有較高的實(shí)用價(jià)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(jì)的迅速發(fā)展，人們對能夠隨時(shí)隨地提供信息服務(wù)的移動(dòng)計(jì)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(jī)進(jìn)行處理，由主機(jī)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(jìn)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(jìn)行數(shù)據(jù)采集、傳輸顯得更加實(shí)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(gè)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(jìn)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(jìn)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(dá)512 k字節(jié)的閃存和64 k字節(jié)的SRAM)，豐富的增強(qiáng)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(gè)通用16位定時(shí)器、電機(jī)控制PWM接口以及多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)的通信接口：多達(dá)3個(gè)I2C、SPI、2個(gè)I2S、1個(gè)SDIO、4個(gè)USART、一個(gè)USB Host／Device／OTG接口和兩個(gè)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(diǎn)。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(jī)驅(qū)動(dòng)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(gè)ISM頻段，頻道轉(zhuǎn)換時(shí)間小于650μs，最大數(shù)據(jù)速率為100 kbit／s。nRF905可以自動(dòng)完成處理字頭和CRC(循環(huán)冗余碼校驗(yàn))的工作，可由片內(nèi)硬件自動(dòng)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(dòng)模式和節(jié)電模式。在活動(dòng)模式下，數(shù)據(jù)能低速從處理器進(jìn)入，然后高速發(fā)射出去；同時(shí)，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)可以自動(dòng)生成數(shù)據(jù)幀頭并計(jì)算CRC校驗(yàn)和。接收數(shù)據(jù)時(shí)具有載波檢測功能，并對接收的代碼進(jìn)行地址檢測，并計(jì)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(jì)
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(dá)到系統(tǒng)要求。
2．1 微控制器模塊的設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)中采用AMR微控制芯片LPC1766，其有100個(gè)引腳，70多個(gè)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(shí)鐘、實(shí)時(shí)時(shí)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(jìn)行通訊。
2．2 無線傳輸模塊的設(shè)計(jì)
無線數(shù)據(jù)傳輸主要利用單片機(jī)LPC1766對無線射頻芯片nRF905的控制實(shí)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(jī)地址、目標(biāo)地址、數(shù)據(jù)長度等)進(jìn)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(dòng)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(shí)，如果TRX_CE被置為低，nRF905自動(dòng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。