1 引言

在許多測控現場，傳統數據傳輸都是通過有線電纜實現的。隨著射頻、集成電路技術的發展，無線通信功能的實現更容易，數據傳輸速率更快，抗干擾能力更強，因此，許多應用采用了無線傳輸技術。無線數據傳輸與有線數據傳輸相比，有諸多優點：一是成本低，省去大量布線；二是建網快捷，只需在每個終端連接無線數據傳輸模塊和架設適當高度天線；三是適應性好，可應用于某些特殊環境；四是擴展性好，只需將設備與無線數據傳輸模塊相連接。因此，無線傳輸是一種有效數據傳輸方式。

2 nRF905簡介

nRF905是Nordic VLSI公司推出的單片射頻收發器，工作電壓為1.9 V～3.6 V。工作于433 MHz、868 MHz、915 MHz 3個ISM頻段，頻道轉換時間小于650μs，最大數據速率為100 Kbit／s。nRF905由頻率合成器、接收解調器、功率放大器、晶體振蕩器和GFSK調制器組成。無需外加聲表面濾波器，ShockBurst工作模式，自動處理字頭和CRC，使用SPI接口與微控制器通信，配置方便。此外，其功耗低，以-10 dBm輸出功率發射時電流僅11 mA，工作在接收模式時電流為12.5 mA，具有空閑模式與關機模式，易于實現功率管理。

nRF905具有兩種工作模式和兩種省電模式。工作模式包括：ShockBurst接收模式和ShockBurst發射模式。省電模式包括：掉電與SPI編程模式和待機與SPI編程模式。模式選擇由TRX_CE、TX_EN和PWR_UP確定，如表1所示。

nRF905采用Nordic NLSI公司的ShockBurst技術。ShockBurst技術使nRF905能夠提供高速的數據傳輸而無需昂貴的高速MCU進行數據處理和時鐘覆蓋。nRF905為微控制器提供一個SPI接口，速率由微控制器設定的接口速度決定。在ShockBurst工作模式下，nRF905以最大速率連接減小數字應用部分的速度降低應用平均電流消耗。在ShockBurst接收模式下，地址匹配(AM)和數據準備就緒(DR)信號通知MCU一個有效的地址和數據包，表明各自己接收完成。在ShockBurst發射模式下，nRF905自動產生前導碼和CRC校驗碼，數據準備就緒(DR)信號通知MCU數據傳輸完成。總之，降低了MCU的存儲器需求，即降低了MCU成本，縮短軟件開發時間。

nRF905的所有配置是通過SPI接口完成。SPI對外由SCK、MISO、MOSI、CSN 4個引腳組成，對應5個內置寄存器和1個SPI指令集。5個內置寄存器分別是狀態寄存器、RF配置寄存器、發送地址寄存器、發送有效數據寄存器、接收有效數據寄存器。某個SPI指令的設置決定了相應的功能。只有當nRF905處于待機或掉電狀態，SPI接口才工作。任何一條指令均從CSN的由高到低的轉換開始。寄存器操作時，每次只能讀／寫一個字節，或者先給出讀／寫的開始字節地址，然后再進行讀／寫操作。

3 系統設計

3.1硬件電路設計

系統硬件電路是以單片機和nRF905為核心元件，由單片機的I／O端口分別控制nRF905的狀態接口、模式接口和SPI接口，如圖1所示。其中，單片機選用Microchip公司的PIC16F876，該單片機采用2層流水線結構設計，內置8 KB×14 Flash程序存儲器，368 Byte數據存儲器，256 Byte EEPROM數據存儲器，13個中斷源，PORTA、PORTB、PORTC 3個I／O端口，3個定時器和1個看門狗定時器，2個CCP模塊，支持串行USART模塊等，適用于無線傳輸系統的控制，同時，系統具有良好的電源管理，設計了LC-π型濾波電路，可有效隔離數字電路與nRF905電路的電源。

另外，系統還加強了PCB的電磁兼容性設計。采用了雙面板設計，并保留底層作為接地面；電源濾波電容盡量靠近nRF905放置，采用電容并聯方式；nRF905所有的電源和旁路電容的接入點都要盡量靠近引腳；接地引腳直接通過孔與底面的地層連接；所有的開關數字信號和控制信號都遠離晶體振蕩器和電源線。

3.2通信協議設計

nRF905內置簡單的通信協議，收發雙方采用CRC校驗。一旦CRC校驗出錯，當前數據就會丟失。因此，在內置協議的基礎上，設計了完整通信協議。該協議由單片機軟件控制實現，采用誤碼--中斷--重發機制，如果通信中出現誤碼，單片機在正常的通信流程中產生中斷，重新發送和接收剛才CRC出錯的數據，確保通信成功。根據收發兩端的不同任務，整個協議分為主控協議和從控協議。

無線通信協議是由單片機軟件控制實現的，相據通信雙方各自的特點分為M端協議和S端協議兩部分。其中，M端協議在無線通信協議中具有主控作用。

3.2.1 M端協議設計

M端協議主要是從保證可靠接收的角度考慮，程序流程圖如圖2所示。采用nRF905的CD／AMDR信號作為狀態查詢，進行正常狀態下的快速判斷和接收。正常情況下，當M系統發送控制指令后進入接收模式，等待來自S系統的數據。與此同時，S系統在收到M系統的指令后，立即回傳數據，M系統收到后，本次通信結束。但是，如果S系統根本就沒有收到M系統發送的指令，或者S系統雖然收到M系統發的指令且也回傳了數據，但M系統卻沒有像預期的那樣收到該數據，則勢必造成了M系統和S系統都處于接收狀態，等待來自于對方的數據，單片機的程序則停留在不斷查詢CD／AM／DR信號狀態，出現死循環。