基于MCU和nRF905的低功耗遠(yuǎn)距離無線傳輸系統(tǒng)

目前，在遙控遙測、無線抄表、門禁系統(tǒng)、小區(qū)傳呼、工業(yè)數(shù)據(jù)采集、無線遙控系統(tǒng)、無線鼠標(biāo)鍵盤等許多應(yīng)用領(lǐng)域，都采用無線方式進(jìn)行遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸。本文介紹一種采用通用的低功耗單片機(jī)MSP430作為主控芯片、具有多信道的單片收發(fā)芯片nRF905作為無線收發(fā)模塊、利用SPI口實(shí)現(xiàn)雙向通訊的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。系統(tǒng)集成了MSP430在低功耗應(yīng)用方面的優(yōu)勢和nRF905無線特有的多頻道支持及功耗低、易控制等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于低功耗、小數(shù)據(jù)量的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。主控MCU使用TI公司MSP430系列中的 F1491型，射頻收發(fā)模塊使用Nordic公司的nRF905實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)收發(fā)。除MSP430和nRF905外，系統(tǒng)還提供RS-232接口，可以實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)的通訊，RS-485接口滿足一些通用儀器儀表的要求。根據(jù)不同的應(yīng)用需求，可選擇采用PCB天線或高增益的外置式天線以滿足遠(yuǎn)距離的需求。

2 系統(tǒng)主要芯片介紹

MSP430是TI公司推出的16位系列單片機(jī)，在電池供電的低功耗應(yīng)用中具有獨(dú)特的優(yōu)勢。其工作電壓在1.8～3.6V之間，正常工作時(shí)功耗可控制在 200μA左右，低功耗模式時(shí)可實(shí)現(xiàn)2μA甚至0.1μA的低功耗。本系統(tǒng)所采用的MSP4301491系列在單個(gè)芯片上集成8通道12位的A/D轉(zhuǎn)換、 2個(gè)16位定時(shí)器、2個(gè)USART接口、16位看門狗、48個(gè)GPIO 端口及2 048KB RAM和60KB的flash，單片即可滿足大多數(shù)應(yīng)用需要。其高效率精簡16 位指令結(jié)構(gòu)可以確保任何任務(wù)的快速執(zhí)行，大多數(shù)指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成；它還具有高級(jí)語言編程能力，使軟件開發(fā)更為便利[1]。

射頻部分使用Nordic公司的多通道單片收發(fā)芯片nRF905[2]。它采用GFSK 調(diào)制解調(diào)技術(shù)，工作電壓為1.9～3.6V，工作于433/868/915MHz 3個(gè)ISM頻道。nRF905由頻率合成器、接收解調(diào)器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器組成，具有低功耗的Shock Burst工作模式，可以自動(dòng)完成前導(dǎo)碼和CRC的工作，可由片內(nèi)硬件自動(dòng)完成曼徹斯特編碼/解碼，使用SPI接口與MCU通信，配置非常方便。作為射頻發(fā)射芯片，其低功耗性能是極為突出。以-10dBm的輸出功率發(fā)射時(shí)，電流只有11mA，在接收模式時(shí)電流為12.5mA。nRF905傳輸數(shù)據(jù)時(shí)為非實(shí)時(shí)方式，即發(fā)送端發(fā)出數(shù)據(jù)，接收端收到后先暫存于芯片存儲(chǔ)器內(nèi)，外部的MCU可以在需要時(shí)再到芯片中去取。nRF905一次發(fā)射最多可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量為 32B。天線接口設(shè)計(jì)為差分天線，便于使用低成本的PCB天線[3]。