在很多場合有線通信技術并不能滿足實際需要， 比如在野外惡劣環境中作業。使用無線射頻通信芯片構建的通信模塊， 用單片機作為控制部件， 配合一定的外圍電路就能很好地進行兩地空間區域信號對接， 實現自由數據通信， 解決了無線通信的技術難題。并且其具有硬件構造簡單、維護方便、通信速率高、性能穩定等優點， 能在電子通信業得到廣泛應用。

本文的控制部件選用AT 89C51 型單片機。由于這種芯片只有SPI 通信接口， 而目前常用的單片機都沒有這種接口， 因此需要對該芯片的通信時序進行模擬，所以在控制器里編程時要嚴格按照芯片工作時序進行。

NRF24L01 芯片構成的通信模塊電路設計

NRF24L01 芯片通信模塊電路核心器件NRF24L01 配合網絡晶振、解耦電容、偏極電阻一起工作構造穩定射頻通信模塊。該芯片是貼片結構， 模塊占用空間少， 如圖2 所示。

圖2由NRF24L01 芯片構成的通信模塊電路圖。

電源電路設計

電源電路如圖3 所示， B1 是9 V 蓄電池或者鋰電池， 能夠反復充電。C1 ， C2 ， C3 ， C4 都是濾波電容， 起到一次與二次濾波作用。D1 ， D2 是穩壓二極管， 使輸出端的電壓穩定在理想的水平電壓。芯片7805 是三端穩壓集成電路芯片， 具有正電壓輸出。其電路內部還有過流、過熱及調整管等保護電路， 最終目的把9 V 電源轉變成穩定5 V 輸出， 為后續設備供電。

系統通信電路設計

系統通信電路如圖4 所示。本電路中應用單片機AT89C51作為控制芯片， 對NRF24L01 主通信模塊的接口時序模擬和對數據的發送與接收進行處理。

圖3電源電路圖。

圖4系統通信電路圖。

與PC 機通訊電路設計

如果單片機通信電路與單片機通信電路通信， 則兩個硬件電路和圖4 相同， 只是在軟件設計時需在每個通信端設定不同的通信地址， 以辨認每個通信端口。若是單片機通信電路與PC 機或者具有COM 口的設備電路通信， 則需要一個轉接電路， 其硬件電路如圖5 所示。

圖5 SPI 接口與MAX232 通信硬件電路圖。

在圖5 所示的電路中， 單片機左側是一塊MAX232芯片， 其作用是將PC 機中的232 電平與單片機的T TL 電平匹配。最左側是9 芯母接頭， 在使用時可接在計算機COM 口上與計算機通信。單片機右側接一塊射頻通信模塊。由于此塊單片機同樣沒有SPI 接口， 所以需要用普通接口軟件模擬SPI 接口， 其編程要嚴格按SPI 端口的通信邏輯時序。

結語

( 1) 提出基于射頻的無線通信技術方案， 并且按照該方案搭建硬件電路。

( 2) 設計單片機控制算法， 在PC 機中編好上位機軟件， 執行機構能迅速執行預定結果， 反應時間小于1 ms。

( 3) 在執行機構遇到障礙時， 能返回準確命令， 使上位機捕捉到相應信息， 直接反映雙向通信效果好。

( 4) 系統穩定可靠， 數據傳輸丟失率很小， 低于0. 01%。