nRF905模块和SPI接口的点对点无线通信系统

nrf200

在某些环境监测、安防警报等环境下，不便进行有线线路的铺设，而采用无线数据通信方式。
　　采用一般的无线传输方式时可能因为环境噪声大，干扰信号强而导致接收数据的准确性很低。针对这种情况，设计一种低成本、高准确率的无线数据传输系统—— 基于PIC16F876的SPI和nRF905模块的点对点无线通信系统。利用PIC16F876和nRF905模块直接进行SPI数据交换，时序同步性好，程序编写简单。PIC16F876通过相应的I/O口连接到编程器，可直接进行在线调试。鉴于无线通信环境中噪声大，信号干扰大的特点，采用的nRF905模块引入自动重发，高抗干扰GFSK调制和最高16位CRC校验机制，确保了数据传输的可靠性。
　　1、硬件电路规划
　　PIC16F876、nRF905模块及编程器连接头J1之间的电路连接，220V一5V电路实现，5V一3V电压转换电路如图1、图2所示。
  　　 图1 PIC16F876与nRF905模块及编程器之间的电路连接　　①本系统所用的nRF905模块系指迅通科技公司的一个nRF905无线通信模块。此模块在与单片机P1C16F876相连时，只用了核心芯片nRF905的14个引脚(见图1)。
　　在图1中，单片机PIC16F876输入 输出口与nRF905模块相应接口连接情况：RC7～nRF905模块时钟分频输出，RC6～nRF905模块地址匹配输出AM，RC5～MISO，RC4～MOSI，RC3～ SCK，RC2～CSN，RB7 RB6&RB3～J1编程器连接线，RB5～nRF905模块数据就绪输出DR，RB2～PWR，RB1～ TXEN，RB0～ TRX_CE。单片机通过RB7、RB6和RB3与编程器相连，可进行在线编程;由RC5输出数据到nRF905模块，由RC4从nRF905模块输入数据。由一个4MHz陶瓷晶体振荡器为单片机提供时钟输入。16F876的工作电压是4.5～5.5V，通过图2左中的DBA元件实现从220V市电到5V电压的转换。由于nRF905模块的工作电压是1.9～3.6V，需从5V电压转换得到一个符合nRF905模块正常工作的稳定电压。考虑使用分压电阻与3V稳压管串联分压，从稳压管两端可得到一个稳定的3V电压输出，如图2右所示。
　
  　 图2 220V市电到5V电压的转换及5V到3V电压转换　　2、软件设计
　　考虑到nRF905模块内置完整的通信协议和CRC，软件设计工作主要集中在如何实现对nRF905模块的有效初始配置，以及16F876与nRF905模块之间SPI通信的实现。其中须保证16F876与nRF905模块时序的一致，并充分考虑nRF905模块对时序的要求。SPI时序如图3所示。
  　　 图3 SPI时序图　　对应程序设计：
　　MOVLW B’11000000′ ;bit7=smp=1
　　MOVWF SSPSTAT ;在输出数据的末尾采样输入数据
　　;bit6=cke=1，ckp=0时上升沿
　　;发送数据
　　MOVLW B’00000001′ ;bit2~bito设置晶振/16，SPI主控方式
　　MOVWF SSPCON ;bit4=CKP=0空闲时钟低电平
　　nRF905模块存在4种工作模式：掉电和SPI编程模式、待机和SPI编程模式、发射模式、接收模式。
　　BSF PORTB，2 ;待机和SPI编程方式
　　BCF PORTB，0 WR_UP= 1，TRX_EN= 0，TX_EN= 0
　　BCF PORTB，1
　　BSF PORTB，0 ;往芯片中写数据操作完毕，转换到发射模式
　　BSF PORTB，1
　　BSF PORTB，0 ;往芯片中写数据操作完毕，转换到接收模式
　　;RB0_TRX_CE= 1，RB1_TXEN= 0
　　通过对16F876相应输出口高低电平的转换，可控制nRF905模块工作模式的变化。将单片机的SPI接口与nRF905模块的相应SPI口互连，实现16F876与nRF905模块之间的数据传递或实现16F876向nRF905模块发出控制命令;在编程模式下，可将预配置的命令或数据送入单片机收发缓冲器SSPBUF中，以16F876作为主控模式，并提供SPI通信必需的SCK时钟，nRF905模块作为从动模式，在SCK上升沿，双方进行数据传递，启动SCK后可将单片机数据逐位移人nRF905模块中，以完成对其初始配置。
　　参照nRF905模块数据手册进行初始配置：nRF905模块的发射功率，工作频段，发送数据宽度，发送数据地址，接收数据宽度，接收数据地址，CRC校验等。若该nRF905模块作为发射部分，则将已采集并存储在单片机中的数据送入nRF905模块，以备发射。
　　MOVLW 58H
　　;BIT7=CRC_MODE=1，8位CRC校验位
　　;BIT6=CRC_EN=1，CRC校验允许
　　;BIT[5:3]=XOF[2:0]=000，晶振4 MHz
　　;BIT2=UP_CLK_EN=0外部时钟信号禁止
　　;BIT[1:0]=UP_CLK_FREQ[1:0]=11，500 kHz
　　MOVLW B’001001100′
　　;BIT5=AUTO_RETRAN=0不重发数据
　　;输出功率为-10 dBm，
　　;BIT4=RX_RED_PWR=0正常工作模式
　　;BIT1=HEREQ_PLL=0.433 MHz频段
　　;CH_NO[8]=0
　　设计一个SPI通信模块程序进行循环调用，以简化程序设计，提高可读性。
　　;SPI通信子程序
　　OUT_IN
　　BSF SSPCON，SSPEN ;允许SPI模式
　　MOVWF SSPBUF ;数据送给SSPBUF后开始发送LP2
　　BCF STATUS，RP1 ;选择RAM 体1
　　RSF STATUS.RP0
　　BTFSS SSPSTAT,BF ;查询发送/接收完否
　　GOTO LP2 ;否，继续查询
　　BCF STATUS,RP0 ;是，选择RAM 体0
　　MOVF SSPBUF,W ;从缓冲器取出数据
　　RETURN ;子程序返回
　　程序流程如图4所示。
　
  　 图4 程序流程图　　结语：本无线数据传输系统已成功应用于无线抄表项目之中，在实际的工作环境运行半年多时间，情况良好。经过现场测试，在空旷地，无须另加功放或外接天线，无线通信的有效半径约100 m。本系统除可应用在无线抄表领域外，还可用于环境监测、门禁系统、无线遥控系统等。