無線收發子產品 在智能家庭網絡中的應用(圖)

無線收發子產品 在智能家庭網絡中的應用(圖)

浙江大學電氣工程學院 李武華 汪飛 吳建德 何湘甯

　　摘要：NRF401無線收發子產品是一款抗幹擾能力強、速率快、外設簡單、控制友善的無線收發子產品。本文介紹了該子產品在智能家庭網絡中的應用，并給出了一種簡單、實用編碼的無線通信協定設計和主程式、串行中斷流程圖。

　　關鍵詞：無線收發子產品　 協定　 編碼

引言

　　資訊技術的發展讓網際網路和移動通信無孔不入地***到我們的生活中來，各種無線通信技術的日趨成熟給這個新的浪潮起到了推波助瀾的作用。而家庭網絡的出現和發展為資訊社會注入了新的生機和活力，逐漸勾勒出了在科幻小說裡才有的智能家庭的輪廓。

　　智能家庭網絡是指将家庭内部所有的電氣裝置和資訊裝置連接配接起來而組成的網絡，實作智能控制、資料采集、資訊通信等功能。如果采用傳統的布線方式，不僅影響美觀，難以滿足防火要求，還延長了網絡的布置時間。是以，實作家庭網絡最理想的技術是無線通信技術，在目前的藍牙技術和802.11b還無法突破價格瓶頸的情況下，可以采用較為廉價的NRF401無線收發子產品和MCS-51系列的80C51單片機，結合外圍裝置來實作家庭智能控制網絡的無線資料通信。

系統的組成及工作原理

　　系統原理結構圖如圖1所示。無線通信電路由89C51單片機、NRF401無線收發子產品及其他外圍裝置組成，構成了智能家庭網絡的一部分。在主要制器的控制下，可以通過該電路（圖中手持遙控部分）與網絡基站（與手持遙控通信的子產品部分）進行通信，通過接口電路對連入網絡的裝置進行控制。

　　在圖1的手持遙控部分中，設定了液晶顯示以實作人機對話，通過鍵盤的輸入和網絡基站系統進行映射，以實作對裝置的控制。此外，為了提高系統的可靠性，電路中還加了MAX813L作為看門狗來監視CPU的工作。

　　1．NRF401的特點及工作原理

　　NRF401收發子產品是內建度很高的無線數傳産品，工作頻段為433MHz；采用FSK調制，抗幹擾能力強；采用DSS＋PLL頻率合成技術，頻率穩定性好；靈敏度高，功耗小，接收待機狀态時，電流僅8μＡ；具有多頻段切換功能；工作速率最高為20kbit/s。外設很簡單，幾乎可以不需要無線電的專業知識就可以進行無線傳輸設計。通過80C51的P1.1口控制PWR_UP，PWR_UP=“1”，表示進入正常工作模式，PWR_UP=“0”，表示進入接收待機模式；P1.2接NRF401的CS，進行發送和接受頻率選擇，CS＝“1”，表示中心頻率為434.32MHz，CS＝“0”，表示中心頻率為433.92MHZ；P1.3控制NRF401 TXEN端，TXEN=“1”，表示進入發送模式，TXEN=“0”，表示進入接收模式。

　　2．主電路程式流程

　　在家居網絡中，各業主之間的資訊幹擾是一個不容忽視的問題，為了解決這個問題，可以引進廣域網中的網絡位址配置設定的概念，給每個智能小區配置設定一個進階網絡位址，同一小區中的各個業主配置設定不同的中級網絡位址，業主的各個無線通信子系統配置設定低級網絡位址。是以，在80C51啟動後，需要先設定通信小系統的網絡位址，同時，為了資訊的保密和防止資訊被任意更改，程式中進行加密設計，設定了使用者級别。設定正确後，進入正常工作狀态。如果需要進行資訊修改和資訊發送操作，首先需要輸入并确認密碼是否正确，正确後才能進行資訊修改和發送等操作。如果需要發送資訊，首先在主程式中發送一個資料，然後進入80C51的中斷程式進行其他資料的發送。主程式的流程圖如圖2所示。

　　3．通信編碼以及串行中斷流程

由于供電電源、噪聲以及傳輸路徑等因素的影響，傳輸的資料容易受到外界幹擾。為了正确、快速地發送和接收資料，需要一份簡單且能夠檢錯的通信協定，通過選用合适的差錯控制方法和檢錯編碼方法可以實作這一點。本文采用檢錯重發法(ＡＲＱ)的差錯控制方法，校驗和加垂直水準奇偶校驗的編碼方式。

　　在無線通信協定中，必須有握手信号。通過實驗測試發現，在0FFH後接00H在幹擾信号中很少出現。為了提高有效信号接收率，發送資料的握手信号為0FFH、0FFH、00H。而接收端把接收到0FFH、0FFH、00H；0FFH、**H、00H；**H、0FFH，00H作為握手信号。同時，為了增加信号的資訊量，在協定包增加了指令單元，一個協定包有6個資料。是以，一個協定包中包含以下内容：

　　0FFH、0FFH、00H、指令單元、資料1、資料2……資料5、資料6、校驗和、垂直校驗碼、水準校驗碼。

　　指令單元包含發送子產品網絡位址、接受子產品網絡位址、資料類型、回報信号等資訊。

在主程式中進行了相應的設定後，串行中斷程式流程圖如圖3所示。

　　對于手持遙控部分，為了便于放置和攜帶，采用兩節5号電池供電，由于手持系統的工作電壓為5V，是以需要設計DC/DC變換電路。本設計中選用了MAXIM公司的MAX756晶片，該晶片設計電路簡單，輸入電壓可以低至0.7V，效率較高，而且可以進行電池監控，輸出電壓可以通過晶片管腳設定選擇輸入3V和5V兩種電壓。

結束語

在本系統設計中，通過3級網絡位址的設計克服了多機通信時的互相幹擾問題；通過加密設計，設計了使用者級别；通過校驗和加垂直水準奇偶校驗的編碼校驗方式，提高了通信的可靠性。整個系統的電路比較簡單，便于投入實際應用。

參考文獻

1 胡道元. 計算機區域網路. 清華大學出版社，1996

2 李華. MCS-51系列單片機實用接口技術 北京航空航天大學出版社，1993

3 何立民. 單片機應用系統設計. 北京航天航空大學出版社，1990

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