以分布控制式单片机为核心的无线呼叫系统设计

随着科技的进步以及生活质量的不断提高，产生了各种不同类型的呼叫系统。传统的呼叫系统多是有线的，比如采用分布控制方式的单片机系统，主机和呼叫器的应答通过一根三芯导线，包括电源线、信号线、地线来完成，各呼叫器并行挂接。这样的系统存在着布线繁琐，安装麻烦、成本高等问题，针对这些问题，无线呼叫系统逐渐发展起来，越来越多的研究者将目光投向了无线领域。

1 系统设计方案

低功耗无线呼叫系统的发送和接收模块的框图如图1，图2所示。

其中图1为无线发送模块，以STC89C52RC为主控制核心，及时响应终端的呼叫信息，然后利用nRF905无线传输模块将呼叫信息发送给无线接收模块进行处理。

图2为无线接收模块，以STC89C52RC为主控制核心，利用nRF905无线传输模块接收呼叫信息，然后利用串口转USB线上传给PC，利用上位机软件可以实时监测。

2 系统硬件电路设计

2.1 3.3V供电电源模块

该设计可用3.3V电压供电，故采用ASM1117-3.3电源供电系统，如图3所示。无线发送模块和STC89C52RC单片机皆为低功耗器件。对发送端而言，在对通信距离要求较远时，也可采用5V供电。接收端可通过与PC连接的USB提供5V电源。核心部件LM1117-3.3是一个低压差电压调节器系列。压差在1.2V输出，此时相应的负载电流为800mA。

2.2 单片机控制电路

从电源供给及功耗等各方面的考虑，数据处理部分采用STFC89C51RC/RD+系列的STC89C52RC单片机。

STC89C52RC单片机除具有MCS-51系列单片机FLASH、RAM、分频器、位定时器/计数器等结构外，具有如下主要特点：加密性强，无法解密;超强抗干扰;对外部的电磁辐射低;超低功耗，正常工作模式时典型功耗为4～7mA。

STC89C52RC单片机与单片射频收发器nRF905连接如图4所示。

2.3 数据传输模块的选择

数据传输模块采用NewMsg_RF905SE模块，该模块采用挪威Nordic公司推出的单片射频收发器nRF905芯片开发而成。NewMsg RF905单片无线收发器工作电压为1.9～3.6V，工作在433/868/915MHz的ISM频段，最大数据速率为100Kb/s。芯片内部由1个完全集成的频率调制器、1个带解调器的接收器、1个功率放大器、1个晶体振荡器和1个调节器组成。ShockBurst工作模式的特点是自动产生前导码和CRC可以很容易通过SPI接口进行编程配置电流消耗很低，在发射功率为+10dBm时，发射电流为30mA接收电流为12.5mA。进入POWERDOWN模式可以很容易实现节电。nRF905是单工工作方式，且在待机模式、接收模式、发送模式之间切换需要延时，所以在无线通信过程中，通信软件应该有合理的时序。表1为nRF905的工作模式及相应功能。

3 系统的软件设计

系统软件选用德国Keil公司推出的Cx51编译器，在nVision 2集成开发环境下完成从源程序编辑、编译调试，直到生成最终可执行文件代码的全部过程。该系统的重点是控制nRF905的程序设计。首先应对nRF905进行初始配置，配置完成后按需要编写用户数据的发送和接收程序。

3.1 初始化配置

初始化配置分为以下3个部分：

（1）编写SPIWRITE和SPIREAD子函数，即通过软件为单片机配置SPI功能。

（2）初始化nRF905的射频配置寄存器。这些寄存器中有很多信息，必须根据实际情况进行配置。设计中nRF905外接16MHz晶体，XOF应配置为01，PA2PWB为发射功率，RX2 RED2 PWB为接收灵敏度，可根据需要配置。另外还有发送地址、接收地址、发送数据和接收数据的长度，可根据实际应用配置。

（3）配置nRF905的发送地址，最多4 B发送端的发送地址应与接收端设备的接收地址相同。在实际工作中，nRF905可以自动滤除地址不相同的数据，只有地址匹配且校验正确的数据才会被接收，并存储在接收数据寄存器中。

3.2 发送数据

nRF905发送数据前，通过条用SPI写函数，在待机模式下先把待发数据填进发送数据寄存器。然后把nRF905的TRX_CE、TX_EN引脚都置为高电平，数据就会自动通过天线发送出去。为了数据可靠地传输，将射频配置寄存器中的自动重发位（AUTO_RE_TRAN）设为有效，这样在TRX_ CE被置高的时间内数据一直在重复不断的发送。程序中设计延时500ms，之后拉低TRX_CE引脚，回到待机模式。

3.3 接收数据

STC89C52RC把nRF905的TRX_CE引脚置为高电平，TX_EN引脚置为低电平后，即开始接收数据。在设计中可设定在一定的时间内一直判断nRF905的DR引脚是否变高，若为高，则证明接收到了有效数据，可以退出接收模式;若一直没有接收到，待时间到也退出接收模式。退出后在待机模式，CPU把nRF905内部的接收数据寄存器中的数据读出，即接收到的有效数据。

3.4 主程序设计

在该系统中，主程序包括两部分：第一部分是主机（单片机）部分，通过无线模块接收下位机（呼叫器）的信息。程序流程图如图5所示;第二部分是下位机（呼叫器）部分，响应客户的呼叫，并通过无线模块将信息传送至主机（单片机）。程序流程图如图6所示。

4 结语

该呼叫系统运行稳定可靠，并运用无线射频控制技术，通过软件更新可迅速增容，根据企业的规模随时更新软件，保证系统有最优的服务质量。该系统的运用，降低了运行维护费用、节约管理成本，具有较大的经济效益。