基于射频技术的工程机械仪表无线通信解决方案.pdf

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针对大型工程机械各类信号与驾驶操控室仪表异地显示的通信问题,提出基于 射频模块nRF2401实现无线数据通信的设计方案,详细介绍射频芯片nRF2401的工作原理 及特点,并给出了无线通信系统硬件结构、接口电路及相应程序框图。系统的主控制器采用 工作在3.0 V的低功耗MCU芯片MSP430F149,射频模块为双通道接收的单片收发器 nRF2401,显示屏采用带汉字字库点阵液晶驱动芯片YJD12864C一1。经过测试,该无线通信系 统通信速率高、通信质量好,传输距离空旷处可达100 Ill。
10nF l1 nF R222k C91.0p卜 P5.7 PWRuPl P20 试验·研究 DR2 Add 3.6aH MSP430[P2.2 VSS PA P23 DOUt2 nRF240 ANt2 F149B24 VDD PA RFo (101.0pF 7 CLK DATA 12 16Mn R1 1MΩ 22 pF 图2控制芯片与无线模块的硬件逻辑电路图 主要讨论无线数据传输模块 2401以 Shock burs-模式进行单通道接收,通道1 3.1无线通信模块 地址为0 CCcc CCCC,通信速率250kb/s,晶振频率16 无线通信模块主要完成nRF2401初始化和无MH,输出功率是0dBm,工作频率2402MHz 线数据收发功能 系统发送和接收程序流程图如图4所示。 2401初始化主要是写入[置字,由CS片选引 脚控制,CLK1引脚提供串行时钟,通过DATA数据 开始 位引脚串行写入配置字。2401工作在 Shock! 开始 方式下,配置字包括数据宽度、地址宽度、地址、CRC 视吧置2401发送 配241接受 校验码和解码4部分间。 2401数据包协议格式如下 接收 PRE-AMBLE ADDRESS PAYLOAD CRC 发送? 其中:PRE- AMBLE为8bit前导码,由硬件自 P0(CE)=l返回主程 P20(CE)=1呼主程序 动加入; ADDRESS为32bit发送地址码; PAYLOAD 延时202us 是不少于208bt的发送数据;CRC是由内置CRC 地址+数据 纠检错硬件电跻自动加上的校验和,可设为0,8或 写人2401 2401删除字头 l6bitb除去前导码,本系统设置数据包长度为256 地址,CRC码 接收数据包 lit(32B),其中:数据宽度208lit,地址宽度32lit, CRC码16bit Y DR I=1? 数据包通信协议如图3所示 P2.0(CE=0) 240自动添加 竹+(1字节数 2字节 字头.地址.CRC MC移出数据 地址 据长度 数据 CRCI 码发送数据 DRI 图3数据包通信协议 系统2401接收端配置字为:0x00.d000. 00000000c.ccc83405。发送端配置字为: 图4发送流程图与接收流程图 0x00.f00000000000cc0834m04。配置后 15 通信程序开始时,首先对MSP430F149初始化 验A初始化 LCD YJD12864初始化、nR2401初始5结束语 研化并等待按键中断系统分别设置收发和空闲键, 本文提出的基于射频收发芯片nRF2401实现 奔!当按键闭合产生中断后分别进入对应的中断服务工程机械仪表异地显示的无线通信方案,实现了大 程序,完成数据包的传送由MCU的P20引脚控制型工程机械驾驶操控室仪表显示无线通信的信号 nRF2401的CE端。发送程序开始时写入nRF2401传输,可消除目前线缆传输固有的弊端,有效保证 发送配置字,再置CF端为高,nRF2401进入发送模信号传输的质量和可靠性。由于本系统为低功耗设 式,通道1地址和发送数据由P27(DATA)引脚依计,使用两节5号干电池即可保证长期工作。经测 次写入nRF2401的缓冲区,nRF2401自动加上字试在100m左石的通信距离内,该无线传输系统能 头、CRC校验码将数据包以250kb/的通信速率发够稳定地实现数据的有效传输,具有低功耗、抗干 射出去。发送程序可以连续发送数据包直到按下接扰能力强、易携带等优点。目前拟在QY50B型汽车 收键或空闲键退出发送程序返回。当按下接收键时起重机和BBS5280XFP18型举高喷射消防车上试 进入接收程序,首先写入nRF2401接收配置字,当用。此外,本系统的发射机和接收机均能工作在收 CE端置高时nRF2401进入接收模式,延时202μs发方式,并预留多种接口,方便扩展功能和组网,在 后开始接收数据包,当正确接收数据包后,nRF2401大型工程机械上有着广泛的应用前景。 自动除去前导码、地址和CRC校验码并将数据送缓 冲区,同时DR1输出高电平通知MCU读取数据,微 控制器从P27引脚逐位移出数据后,DR1输出低电 参考文献 平,接收数据包结束。接收程序亦可以连续接收数 [1]胡大可MSP430系列 FLASH型超低功耗16位单片机 据包直到按下发送键或空闲键退出接收程序返回。 [M]北京:北京航空航天大学出版社,2001 2]郑晓艳热药灌注机中无线通信装置的设计UJ微计算机 4试验结果及结论 信息,2008(12):101-103. 3]郝卫亮无线传输系统中nRF240芯片数据丢失问题 本系统在室内走道和室外开阔地进行了点对 的研究!电子技术应用,2007(8):55-57 点的无线数据传输试验,测试数据传输距离和误码 4] Nordic VIS[ ASA NRF2401 Single Chip 2.4GHz Radio 率。室内走道传输距离为70m,在无高大建筑物吸 Transceiver Data sheet[OL], 2003 收和干扰的室外开阔地,传输距离可达100m左右。 5 Texas Instruments Incorporated, MSP430x14x MIXED 由于nRF2401芯片内置了CRC纠错电路和协议 SIGNAL MICROCONTROLLER TI Data Sheet[oL], 2004. 数据传输的可靠性高。试验中,在可接收到数据的 ti.com/wireles 情形下,未出现接收数据出错的现象。 阿6]李琳琳,黄锐,方同秀基于nRF2401的汽车发动机转 速遥测系统仪表技术与传感器,2005(5):40-42 由于MSP430F149内置高精度12位8通道 7张晞,王德银,张晨MSP430系列单片机实用C语言程 AD转换器,数据转换精度可达 本 序设计M北京:人民邮电出版社,205 095 8]林嶸,孙金生数据转换与接口技术队]南京:东南大学 系统使用其中1路通道采集油箱油量数据,AD转 出版社,2004 换精度满足要求。为保证数据采样的精度,数据采 集采用算术平均值数字滤波,对采样信号进行平通信地址:安徽省合肥市屯溪路193号合肥工业大学计算 滑加工以提高系统可靠性 机与信息学院通信系(230009)(收稿日期:2009-12-29) 朝额细倒匙 16

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    2019-09-15
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