引言

目前国内微机网络多为有线通信方式。有线通信的优点是数据传输可靠性较高，但需要铺设较多明线，而有些领域由于条件所限，难以铺设线路，这时就需要无线通信来解决问题。本系统利用nrf-401无线收发芯片成功实现了计算机与多台单片机以无线方式通信，它可以应用于智能小区抄表系统的数据传输，多路数据采集系统，报警和安全系统等各种领域。

系统概述

典型的无线通信系统由信源、信源编码、调制、发射、接收、解调、解码和信宿等部分组成。本系统以一台计算机作为主控机，n台单片机作为从机（n＝1,2,…n）组成了微机网络。pc机向众多从机发出地址，从机接收到以后，均与本机地址相比较，若不相符则退出，相符则回发从机地址作为应答，主控机接收到从机回发地址以后，立即响应从机发出命令，从机接收到命令，经判别后执行相应动作。数据传输均通过无线芯片nrf-401完成。系统结构图如图1所示。

系统的硬件设计

pc机接口设计

图2是pc机接口部分的硬件原理图。

1）pc机rs-232串口

目前的计算机测控系统中，尤其在以pc机为上位机，以微控制器为下位机的分布测控系统中，它们之间的通信常常是串行通信。本系统主要是为组成无线测控系统预研服务的，主机以pc机代替微控制器，实现pc机与单片机的相互通信，所以决定采用9针rs-232串口作为与pc机的接口。

2）串口电平转换

由于rs-232串口电平使用的是负逻辑，且电压值较高，即逻辑“1”为 3v~ 15v，典型值为 10v，逻辑“0为3v~15v，典型值为10v。因此要经过电平转换，才能与一般数字电路中的ttl电平、cmos电平一样。这里与射频部分nrf-401的接口有三个针脚，分别是2（rxd-dout）、3（txd-din）、7（rts-txen），两出一进，所以我们采用maxim公司的max232进行rs-232串口电平转换。

3）数据走线抗干扰

在max232的数据出口与nrf-401的数据接口之间，采用了简单的阻容低通滤波器，以减少较长距离的数据走线所受的干扰，即图中的r1、r2、c6、c7。

4）led显示

为了显示系统目前的工作状态，采用txen线来控制2个led灯（红色led亮表示系统处于发送数据状态，绿色led亮表示系统处于接收数据状态）。由于nrf-401的i/o脚吸入或拉出电流仅有20 a，不足以驱动led（>5ma），所以采用2个三极管9012（pnp）、9013（npn）驱动led电路。

5）电源部分

系统采用外部电源，1节9v叠层电池供电，也可以通过接口转换线使用pc机内+12v电源或外接电源适配器。系统内部采用7805三端稳压芯片将+9v整形为+5v，经过22 f电解电容滤波后，以星型走线方式供给各个用电单元，同时在各单元电源入口处增加一个小电容再次进行电源滤波，以保证工作稳定。

无线收发控制模块的设计

图3是由nrf-401构成射频模块的硬件原理图。

1）nrf-401芯片简介

nrf-401是挪威nordic公司新推出的一种集发射和接收为一体的无线数传芯片，它在一个20脚的芯片中集成了高频发射、高频接收、pll合成、fsk调制、fsk解调、多频道切换等功能，工作在433 mhz频率，采用了移频键控进行调制解调，能够以20kbit/s的比特率进行无线数据传输。nrf-401集成度高，工作频率稳定可靠，外围元件少，功耗极低，适合于便携式及手持产品的设计。由于该芯片采用了低发射功率和高接收灵敏度的设计，因而可满足无线电管制要求，无需申请许可证，是目前低功率无线传输的理想选择。

nrf-401有三种工作模式：收模式、发模式和等待模式。在等待模式下，系统的功耗可以达到很小的值。两个通信信道分别为433.92 mhz和434.33 mhz。nrf-401的工作模式可由 3个引脚设定，分别是txen、cs和pwr-up。因此可以控制nrf-401的工作模式，使其处于接收、发射、等待任一种状态，实现双工通信。

2）vco外部电感的设计

nrf-401需要为片内电压控制震荡器(vco)提供一个外置的电感，由于vco产生器件中的所有rf频率，因此是一个非常关键的部分。它是由lc电路确定额定频率的振荡器，其中lc电路由以下部分组成：

·片内电路

·vco电感

·连接芯片和vco电感的布线线路

·pcb上的寄生电容

由于vco的片内部分将vco1和vco2引脚之外的整个电路视作它的vco电感，因此，电感的取值和放置位置及其在pcb板上的特性是相当重要的。这意味着，连接电感的布线对电感值有影响，围绕这些布线的对地层平面的寄生电容也增大了算式中的电容值。锁相环(pll)产生一个(dc)直流电压来精确地设置vco的频率。这个电压就是环路滤波器(loop　filter)电压，它可以在连接外部vco电感的器件外部引脚上测得。问题是pll只能在一定频率范围内调谐vco。如果想在某个调谐范围内设置rf信道，就必须相应选择 vco电感的取值和放置位置。

3）环路滤波器的设计

nrf-401都外接有环路滤波器。设计此滤波器用以保证供给vco一个稳定的控制电压。因此屏蔽外部噪声尤其是＂低频＂(<50khz)高幅值信号（如数字数