无线信号传输系统设计Word格式.docx
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2、接收及发射电路不能采用现成的专用无线模块。
3、设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、主要的测试结果。
完整的电路原理图、重要的源程序用附件给出。
基于PTR7660的无线信号传输系统设计
[摘要]采用ATmega16单片机作为主控制器,测量部分由数字传感器DS18B20实现温度采集,数据处理后通过PTR7660无线传输到到另一个接受模块上通过LCD1602进行显示。
[关键词]PTR7660DS18B20无线温度采集
一：
系统设计
1.PTR7660简介
PTR7660是以nRF905为核心的一款无线收发芯片,工作电压为1.9~3.6V,工作在433/868/915MHz的ISM（工业、科学、医疗）频段,由一个完全集成的频率调制器、一个带解调器的接收器、一个功率放大器、一个晶体振荡器和一个调节器组成。
最大传输速率可达到100Kbit/s,可以很容易通过SPI接口进行编程配置。
PTR7660采用Nordic公司的ShockBurst技术收发数据。
ShockBurst将与RF协议有关的高速信号处理放到芯片内,使收发芯片能够提供高速的数据传输,收发芯片由微控制器通过一个SPI接口控制,通信速率由微控制器通过程序设定。
在发送模式中,PTR7660自动产生前导码和CRC校验码,数据准备就绪DR信号通知AT89LV52数据传输已经完成。
在接收模式中,地址匹配AM和数据准备就绪DR信号通知AT89LV52一个有效的地址和数据包已经各自接收完成。
由PWR、TRX_CE、TXEN三个引脚完成PTR7660四种工作模式的设定:
掉电各SPI编程模式、待机和SPI编程模式、发射模式、接收模式,如表所示。
信号调理电路
2.PTR7660硬件电路
PTR7660内置有完整的通信协议和CRC,单片机通过SPI接口便可完成无线数据收发,但PTR7660工作电压为3V,如果PTR7660与5V单片机连接,则必须进行电平转换。
这里选用低电压通用单片机AT89LV52,其供电和逻辑电平均为3V,因此不存在电平转换的问题。
ATmega16是ATMEL公司推出的低电压,高性能CMOS8位单片机,工作电压范围可达2.7V-6.0V,芯片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元,可用于低功耗场合。
PTR7660与AT89LV52的硬件连接如图1所示。
3.温度检测
数字温度传感器大大简化了温度检测装置的设计方案,工作稳定性高,并且能够直接将温度转换为数字值,便于单片机进行综理。
本系统采用DS18B20单总线数字传感器实现温度检测。
DS18B20是美国DALLAS公司生产的单总线温度传感器,它能够直接读出被测温度的数字量,其测温范围为-55~+125℃,在-10~+85℃时精度为±
0.5℃。
DS18B20采用单总线技术（1-WIRES）,即单片机只用一根输入输出接口线,就可以实现单片机与传感器的数据传送,为此DS18B20数据线与单片机P2.4相连。
DS18B20读写数据仅需要一根口线,温度变换功率来源于数据总线,总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电,而无需额外电源。
为增强系统稳定性,在此选用外加电源方式,外加电源正负极分别接DS18B20引脚VDD及GND,如图2所示。
二、系统软件设计
1.无线通信软件设计
由于RF协议相关的高速信号处理部分已经嵌入在模块内部,PTR7660可与各种低成本单片机匹配使用,。
（1）配置编程。
上电以后AT89LV52首先配置PTR7660模块。
先将PWR_UP、TXEN、TRX_CE设为配置模式,AT89LV52通过SPI将配置数据移入PTR7660模块;
在掉电和待机模式工作后,配置内容仍然有效。
（2）发射模式。
当AT89LV52有数据需要发往规定节点时,首先设置TRX_CE、TXEN来启动传输,无线系统自动上电,将数据加前导码和CRC校验码并打包发送,如果AUTO_RETRAN被设置为高,PTR7660将连续地发送数据包,直到TRX_CE被置为低。
当TRX_CE被设置为低时,PTR7660结束数据传输并将自己设置成待机模式。
（3）接收模式。
设置TRX_CE为1,TXEN为0选择接收模式,PTR7660开始监测信息,当PTR7660发现和接收频率相同的载波时,载波检测（CD）被置高,当PTR7660接收到有效的地址时,地址匹配（AM）被置高。
PTR7660接收到有效的数据校验正确时,PTR7660去掉前导码,数据准备就绪（DR）被置高。
AT89LV52通过SPI接口读出有效数据,当所有的有效数据被读出后,PTR7660将AM和DR置低。
2.温度测量软件设计
温度测量部分主要是利用程序控制DS18B20完成温度读取,DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性,AT89LV52控制DS18B20必须经过三个步骤:
（1）每一次读写之前都要对DS18B20进行复位。
（2）复位成功后发送一条ROM指令,最后发送RAM指令,这样才能对DS18B20进行预定的操作。
（3）复位要求ATmga将数据线下拉500微秒,然后释放,DS18B20收到信号后等待16~60微秒左右,后发出60~240微秒的存在低脉冲,AT89LV52收到此信号表示复位成功。
设置分辨率为12位,DS1820测量得到的温度数据存储在的两个字节的RAM中,二进制中的前面5位是符号位,如果测得的温度大于0,这5位为0,只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度;
如果温度小于0,这5位为1,数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。
三：
电路原理图
3.1发射电路原理图
3.2接受机电路图
四：
软件流程图及程序设计
4.1发射机
基于以上所述，整个无线温度采集系统都在单片机的控制下运行，这就需要编制程序来实现各部分的功能和工作过程。
发射部分的工作过程为：
标准热电偶在单片机的控制下采集温度数据信息，经热电偶数字转换器处理后发送给单片机进行A/D转换，同时，被测热电偶的输出数据也经放大器输入到单片机中，单片机对这些数据进行分组打包，发送给无线收发芯片PTR7660，通过PTR7660中的内置环形天线发送到上位机模块中。
下位机软件实现流程图如图3-13所示。
4.2接受机
接收部分的工作过程为：
在单片机的控制下接收来发射部分的数据信号，经PTR7660解调后经单片机处理在LCD1602上进行显示，或者可以经过MAX232进行电平转换，然后送入PC机串口。
上位机的软件实现流程图如图
程序：
1发射机程序：
PTR7660.H
#include<
avr/io.h>
avr/interrupt.h>
util/delay.h>
#include"
nRF2401.h"
constuint8_tInitData[15]=//nRF2401控制字15Byte
{
NRF2401_CH2_WIDTH,
（NRF2401_REC_ADDR_WIDTH
|NRF2401_CRC_LENGTH_16
|NRF2401_CRC_ENABLE）,//b23~b18:
接收地址宽度（32位）
//b17~b16:
CRC模式选择（11-16bit）
（NRF2401_RX_CH1
|NRF2401_SHOCKBURST_MODE
|NRF2401_RF_RATE_250
|NRF2401_CRYSTAL_16M
|NRF2401_RF_POWER_0dB）,
（NRF2401_FRE_CH_SEL
|NRF2401_TRANSMIT_MODE）//b7~b1:
收发频率（0110010，2.45GHz）
//b0:
收发控制（1-接收）
};
voidnRF2401_Initial（void）
#ifNRF2401_GPIO
//初始化端口
P_NRF2401_DDR|=_BV（CS）|_BV（DATA）|_BV（PWR）|_BV（CLK1）|_BV（CE）;
P_NRF2401_DDR&
=~_BV（DR1）;
P_NRF2401_PORT&
=~（_BV（CS）|_BV（DATA）|_BV（CLK1）|_BV（CE））;
#endif
#ifNRF2401_SPI
P_NRF2401_DDR|=_BV（CS）|_BV（MOSI）|_BV（PWR）|_BV（CLK1）|_BV（CE）;
=~_BV（MISO）;
//SPI允许、数据传送为MSB、主机模式、极性与相位00、速率focs/2
SPCR=_BV（SPE）|_BV（MSTR）|_BV（SPR0）|_BV（SPR1）;
//SPSR|=_BV（SPI2X）;
#ifNRF2401_INT
DDRB&
//设置PB2口为输入口
MCUCSR|=_BV（ISC2）;
//上升沿触发
GIFR|=_BV（INTF2）;
//清中断
GICR|=_BV（INT2）;
//允许外部中断INT2
sei（）;
nRF2401_ON（）;
//nRF2401上电
_delay_ms
（1）;
nRF2401_WriteCommand（）;
//向nRF2401写命令字
}
voidnRF2401_ON（void）
P_NRF2401_PORT|=_BV（PWR）;
=~_BV（PWR）;
uint8_ti;
=~_BV（CE）;
P_NRF2401_PORT|=_BV（CS）;
_delay_us（50）;
for（i=0;
i<
15;
i++）
{
nRF2401_WriteByte（InitData[i]）;
}
=~_BV（CS）;
P_NRF2401_PORT|=_BV（CE）;
voidnRF2401_WriteByte（uint8_tuiData）
8;
P_NRF2401_PORT&
=~_BV（CLK1）;
if（uiData&
0x80）
{
P_NRF2401_PORT|=_BV（DATA）;
}
else
P_NRF2401_PORT&
=~_BV（DATA）;
_delay_us（30）;
P_NRF2401_PORT|=_BV（CLK1）;
uiData=uiData<
<
1;
#else
SPDR=uiData;
while（!
（SPSR&
（1<
SPIF）））;
a）
AddrByteCnt;
nRF2401_WriteByte（AddrBuffer[i]）;
nRF2401_WriteByte（TxData）;
_delay_us（2000）;
16;
P_NRF2401_PO&
0x8000）
//===============================
_delay_us（10）;
nRF2401_WriteWord（TxData）;
nRF2401_WriteByte（TxData[i]）;
_delay_us（200）;
voidnRF2401_SendBuffer_Word（uint16_t*TxData,uint8_tDataWord）
DataWord;
nRF2401_WriteWord（TxData[i]）;
if（（P_NRF2401_PIN&
_BV（DR1））==0）
return0;
else
uint8_tj;
=~_BV（MOSI）;
while（P_NRF2401_PIN&
_BV（DR1））
SPDR=0x00;
while（!
RxData[j]=SPDR;
P_NRF2401_DDR|=_BV（MOSI）;
uint8_ti=0,j=0;
uint8_tdat=0;
dat<
=1;
P_NRF2401_PORT&
|=_BV（MOSI）;
j++;
P_NRF2401_DDR|=_BV（DATA）;
uint8_tAddress[4]={0x00,0x00,0x01,0xFF};
intmain（void）
uint8_tkey;
Key_Init（）;
nRF2401_Initial（）;
//初始化nRF2401A
nRF2401_Mode（NRF2401_TRANSMIT_MODE）;
//切换nRF2401A收/发模式
nRF2401_SetAddress（Address,4）;
//设置接收端地址000001FF
while
（1）
key=Key_Get（）;
//取键值
switch（key）
caseKEY_1:
nRF2401_SendByte（KEY_1）;
break;
caseKEY_2:
nRF2401_SendByte（KEY_2）;
caseKEY_3:
nRF2401_SendByte（KEY_3）;
caseKEY_4:
nRF2401_SendByte（KEY_4）;
default:
程序2:
接收机
NRF2401_CH2_WIDTH,//通道二接收数据宽度
NRF2401_CH1_WIDTH,
//b14:
收发模式（1-ShockBurst模式）
//b13:
波特率选择（0-250Kbps）
//b12~b10:
晶振选择（011-16M）
uint8_tAddrBuffer[5];
//保存地址
uint8_tAddrByteCnt;
//地址Byte数
的工作方式
//参数：
uiMode:
1--接收；
0--
if（uiMode==NRF2401_RECEIVE_MDOE）
nRF2401_WriteByte（InitData[14]|0x01）;
else
nRF2401_WriteByte（InitData[14]&
0xfe）;
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