无线收发模块在智能家庭网络中的应用
摘要：NRF401无线收发模块是一款抗干扰能力强、速率快、外设简单、控制方便的无线收发模块。本文介绍了该模块在智能家庭网络中的应用，并给出了一种简单、实用编码的无线通信协议设计和主程序、串行中断流程图。
关键词：无线收发模块 协议 编码
引言
信息技术的发展让因特网和移动通信无孔不入地渗透到我们的生活中来，各种无线通信技术的日趋成熟给这个新的浪潮起到了推波助澜的作用。而家庭网络的出现和发展为信息社会注入了新的生机和活力，逐渐勾勒出了在科幻小说里才有的智能家庭的轮廓。
智能家庭网络是指将家庭内部所有的电气设备和信息设备连接起来而组成的网络，实现智能控制、数据采集、信息通信等功能。如果采用传统的布线方式，不仅影响美观，难以满足防火要求，还延长了网络的布置时间。所以，实现家庭网络最理想的技术是无线通信技术，在目前的蓝牙技术和802.11b还无法突破价格瓶颈的情况下，可以采用较为廉价的NRF401无线收发模块和MCS-51系列的80C51单片机，结合外围设备来实现家庭智能控制网络的无线数据通信。
系统的组成及工作原理
系统原理结构图如图1所示。无线通信电路由89C51单片机、NRF401无线收发模块及其他外围设备组成，构成了智能家庭网络的一部分。在主控制器的控制下，可以通过该电路（图中手持遥控部分）与网络基站（与手持遥控通信的模块部分）进行通信，通过接口电路对连入网络的设备进行控制。
在图1的手持遥控部分中，设置了液晶显示以实现人机对话，通过键盘的输入和网络基站系统进行映射，以实现对设备的控制。此外，为了提高系统的可靠性，电路中还加了MAX813L作为看门狗来监视CPU的工作。
1．NRF401的特点及工作原理
NRF401收发模块是集成度很高的无线数传产品，工作频段为433MHz；采用FSK调制，抗干扰能力强；采用DSS＋PLL频率合成技术，频率稳定性好；灵敏度高，功耗小，接收待机状态时，电流仅8μＡ；具有多频段切换功能；工作速率最高为20kbit/s。外设很简单，几乎可以不需要无线电的专业知识就可以进行无线传输设计。通过80C51的P1.1口控制PWR_UP，PWR_UP=“1”，表示进入正常工作模式，PWR_UP=“0”，表示进入接收待机模式；P1.2接NRF401的CS，进行发送和接受频率选择，CS＝“1”，表示中心频率为434.32MHz，CS＝“0”，表示中心频率为433.92MHz；P1.3控制NRF401 TXEN端，TXEN=“1”，表示进入发送模式，TXEN=“0”，表示进入接收模式。
2．主电路程序流程
在家居网络中，各业主之间的信息干扰是一个不容忽视的问题，为了解决这个问题，可以引进广域网中的网络地址分配的概念，给每个智能小区分配一个高级网络地址，同一小区中的各个业主分配不同的中级网络地址，业主的各个无线通信子系统分配低级网络地址。因此，在80C51启动后，需要先设置通信小系统的网络地址，同时，为了信息的保密和防止信息被任意更改，程序中进行加密设计，设置了用户级别。设置正确后，进入正常工作状态。如果需要进行信息修改和信息发送操作，首先需要输入并确认密码是否正确，正确后才能进行信息修改和发送等操作。如果需要发送信息，首先在主程序中发送一个数据，然后进入80C51的中断程序进行其他数据的发送。主程序的流程图如图2所示。
3．通信编码以及串行中断流程
由于供电电源、噪声以及传输路径等因素的影响，传输的数据容易受到外界干扰。为了正确、快速地发送和接收数据，需要一份简单且能够检错的通信协议，通过选用合适的差错控制方法和检错编码方法可以实现这一点。本文采用检错重发法(ＡＲＱ)的差错控制方法，校验和加垂直水平奇偶校验的编码方式。
在无线通信协议中，必须有握手信号。通过实验测试发现，在0FFH后接00H在干扰信号中很少出现。为了提高有效信号接收率，发送数据的握手信号为0FFH、0FFH、00H。而接收端把接收到0FFH、0FFH、00H；0FFH、**H、00H；**H、0FFH，00H作为握手信号。同时，为了增加信号的信息量，在协议包增加了命令单元，一个协议包有6个数据。因此，一个协议包中包含以下内容：
0FFH、0FFH、00H、命令单元、数据1、数据2……数据5、数据6、校验和、垂直校验码、水平校验码。
命令单元包含发送模块网络地址、接受模块网络地址、数据类型、反馈信号等信息。
在主程序中进行了相应的设置后，串行中断程序流程图如图3所示。
对于手持遥控部分，为了便于放置和携带，采用两节5号电池供电，由于手持系统的工作电压为5V，因此需要设计DC/DC变换电路。本设计中选用了MAXIM公司的MAX756芯片，该芯片设计电路简单，输入电压可以低至0.7V，效率较高，而且可以进行电池监控，输出电压可以通过芯片管脚设置选择输入3V和5V两种电压。
结束语
在本系统设计中，通过3级网络地址的设计克服了多机通信时的相互干扰问题；通过加密设计，设计了用户级别；通过校验和加垂直水平奇偶校验的编码校验方式，提高了通信的可靠性。整个系统的电路比较简单，便于投入实际应用。
关键词：无线收发模块 协议 编码
引言
信息技术的发展让因特网和移动通信无孔不入地渗透到我们的生活中来，各种无线通信技术的日趋成熟给这个新的浪潮起到了推波助澜的作用。而家庭网络的出现和发展为信息社会注入了新的生机和活力，逐渐勾勒出了在科幻小说里才有的智能家庭的轮廓。
智能家庭网络是指将家庭内部所有的电气设备和信息设备连接起来而组成的网络，实现智能控制、数据采集、信息通信等功能。如果采用传统的布线方式，不仅影响美观，难以满足防火要求，还延长了网络的布置时间。所以，实现家庭网络最理想的技术是无线通信技术，在目前的蓝牙技术和802.11b还无法突破价格瓶颈的情况下，可以采用较为廉价的NRF401无线收发模块和MCS-51系列的80C51单片机，结合外围设备来实现家庭智能控制网络的无线数据通信。
系统的组成及工作原理
系统原理结构图如图1所示。无线通信电路由89C51单片机、NRF401无线收发模块及其他外围设备组成，构成了智能家庭网络的一部分。在主控制器的控制下，可以通过该电路（图中手持遥控部分）与网络基站（与手持遥控通信的模块部分）进行通信，通过接口电路对连入网络的设备进行控制。
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在图1的手持遥控部分中，设置了液晶显示以实现人机对话，通过键盘的输入和网络基站系统进行映射，以实现对设备的控制。此外，为了提高系统的可靠性，电路中还加了MAX813L作为看门狗来监视CPU的工作。
1．NRF401的特点及工作原理
NRF401收发模块是集成度很高的无线数传产品，工作频段为433MHz；采用FSK调制，抗干扰能力强；采用DSS＋PLL频率合成技术，频率稳定性好；灵敏度高，功耗小，接收待机状态时，电流仅8μＡ；具有多频段切换功能；工作速率最高为20kbit/s。外设很简单，几乎可以不需要无线电的专业知识就可以进行无线传输设计。通过80C51的P1.1口控制PWR_UP，PWR_UP=“1”，表示进入正常工作模式，PWR_UP=“0”，表示进入接收待机模式；P1.2接NRF401的CS，进行发送和接受频率选择，CS＝“1”，表示中心频率为434.32MHz，CS＝“0”，表示中心频率为433.92MHz；P1.3控制NRF401 TXEN端，TXEN=“1”，表示进入发送模式，TXEN=“0”，表示进入接收模式。
2．主电路程序流程
在家居网络中，各业主之间的信息干扰是一个不容忽视的问题，为了解决这个问题，可以引进广域网中的网络地址分配的概念，给每个智能小区分配一个高级网络地址，同一小区中的各个业主分配不同的中级网络地址，业主的各个无线通信子系统分配低级网络地址。因此，在80C51启动后，需要先设置通信小系统的网络地址，同时，为了信息的保密和防止信息被任意更改，程序中进行加密设计，设置了用户级别。设置正确后，进入正常工作状态。如果需要进行信息修改和信息发送操作，首先需要输入并确认密码是否正确，正确后才能进行信息修改和发送等操作。如果需要发送信息，首先在主程序中发送一个数据，然后进入80C51的中断程序进行其他数据的发送。主程序的流程图如图2所示。
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3．通信编码以及串行中断流程
由于供电电源、噪声以及传输路径等因素的影响，传输的数据容易受到外界干扰。为了正确、快速地发送和接收数据，需要一份简单且能够检错的通信协议，通过选用合适的差错控制方法和检错编码方法可以实现这一点。本文采用检错重发法(ＡＲＱ)的差错控制方法，校验和加垂直水平奇偶校验的编码方式。
在无线通信协议中，必须有握手信号。通过实验测试发现，在0FFH后接00H在干扰信号中很少出现。为了提高有效信号接收率，发送数据的握手信号为0FFH、0FFH、00H。而接收端把接收到0FFH、0FFH、00H；0FFH、**H、00H；**H、0FFH，00H作为握手信号。同时，为了增加信号的信息量，在协议包增加了命令单元，一个协议包有6个数据。因此，一个协议包中包含以下内容：
0FFH、0FFH、00H、命令单元、数据1、数据2……数据5、数据6、校验和、垂直校验码、水平校验码。
命令单元包含发送模块网络地址、接受模块网络地址、数据类型、反馈信号等信息。
在主程序中进行了相应的设置后，串行中断程序流程图如图3所示。
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对于手持遥控部分，为了便于放置和携带，采用两节5号电池供电，由于手持系统的工作电压为5V，因此需要设计DC/DC变换电路。本设计中选用了MAXIM公司的MAX756芯片，该芯片设计电路简单，输入电压可以低至0.7V，效率较高，而且可以进行电池监控，输出电压可以通过芯片管脚设置选择输入3V和5V两种电压。
结束语
在本系统设计中，通过3级网络地址的设计克服了多机通信时的相互干扰问题；通过加密设计，设计了用户级别；通过校验和加垂直水平奇偶校验的编码校验方式，提高了通信的可靠性。整个系统的电路比较简单，便于投入实际应用。
(编辑 Linda)