基于單片機(jī)的無線呼叫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

隨著科技的進(jìn)步以及生活質(zhì)量的不斷提高，人們要求在消費(fèi)中得到的服務(wù)更加快捷、方便、舒適；同時(shí)處于激烈競爭中的服務(wù)性企業(yè)也需要進(jìn)一步吸引顧客，提高企業(yè)自身的服務(wù)檔次和形象。在這樣的背景下，產(chǎn)生了各種不同類型的呼叫系統(tǒng)。傳統(tǒng)的呼叫系統(tǒng)多是有線的，比如采用分布控制方式的單片機(jī)系統(tǒng)，主機(jī)和呼叫器的應(yīng)答通過一根三芯導(dǎo)線，包括電源線、信號(hào)線、地線來完成，各呼叫器并行掛接。這樣的系統(tǒng)存在著布線繁瑣，安裝麻煩、成本高等問題，針對(duì)這些問題，無線呼叫系統(tǒng)逐漸發(fā)展起來，越來越多的研究者將目光投向了無線領(lǐng)域。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

低功耗無線呼叫系統(tǒng)的發(fā)送和接收模塊的框圖如圖1，圖2所示。

其中圖1為無線發(fā)送模塊，以STC89C52RC為主控制核心，及時(shí)響應(yīng)終端的呼叫信息，然后利用nRF905無線傳輸模塊將呼叫信息發(fā)送給無線接收模塊進(jìn)行處理。

圖2為無線接收模塊，以STC89C52RC為主控制核心，利用nRF905無線傳輸模塊接收呼叫信息，然后利用串口轉(zhuǎn)USB線上傳給PC，利用上位機(jī)軟件可以實(shí)時(shí)監(jiān)測。

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 3.3 V供電電源模塊

該設(shè)計(jì)可用3.3 V電壓供電，故采用ASM1117-3.3電源供電系統(tǒng)，如圖3所示。無線發(fā)送模塊和STC89C52RC單片機(jī)皆為低功耗器件。對(duì)發(fā)送端而言，在對(duì)通信距離要求較遠(yuǎn)時(shí)，也可采用5 V供電。接收端可通過與PC連接的USB提供5 V電源。核心部件LM1117-3.3是一個(gè)低壓差電壓調(diào)節(jié)器系列。壓差在1.2 V輸出，此時(shí)相應(yīng)的負(fù)載電流為800mA。

2.2 單片機(jī)控制電路

從電源供給及功耗等各方面的考慮，數(shù)據(jù)處理部分采用STFC89C51RC／RD+系列的STC89C52RC單片機(jī)。

STC89C52RC單片機(jī)除具有MCS-51系列單片機(jī)FLASH、RAM、分頻器、位定時(shí)器／計(jì)數(shù)器等結(jié)構(gòu)外，具有如下

主要特點(diǎn)：加密性強(qiáng)，無法解密；超強(qiáng)抗干擾；對(duì)外部的電磁輻射低；超低功耗，正常工作模式時(shí)典型功

耗為4～7mA。

STC89C52RC單片機(jī)與單片射頻收發(fā)器nRF905連接如圖4所示。

2.3 數(shù)據(jù)傳輸模塊的選擇

數(shù)據(jù)傳輸模塊采用NewMsg_RF905SE模塊，該模塊采用挪威Nordic公司推出的單片射頻收發(fā)器nRF905芯片開發(fā)而成。NewMsg RF905單片無線收發(fā)器工作電壓為1.9～3.6 V，工作在433／868／915 MHz的ISM頻段，最大數(shù)據(jù)速率為100 Kb／s。芯片內(nèi)部由1個(gè)完全集成的頻率調(diào)制器、1個(gè)帶解調(diào)器的接收器、1個(gè)功率放大器、1個(gè)晶體振蕩器和1個(gè)調(diào)節(jié)器組成。ShockBurst工作模式的特點(diǎn)是自動(dòng)產(chǎn)生前導(dǎo)碼和CRC可以很容易通過SPI接口進(jìn)行編程配置電流消耗很低，在發(fā)射功率為+10 dBm時(shí)，發(fā)射電流為30 mA接收電流為12.5 mA。進(jìn)入POWERDOWN模式可以很容易實(shí)現(xiàn)節(jié)電。nRF905是單工工作方式，且在待機(jī)模式、接收模式、發(fā)送模式之間切換需要延時(shí)，所以在無線通信過程中，通信軟件應(yīng)該有合理的時(shí)序。表1為nRF905的工作模式及相應(yīng)功能。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件選用德國Keil公司推出的Cx51編譯器，在nVision 2集成開發(fā)環(huán)境下完成從源程序編輯、編譯調(diào)試，直到生成最終可執(zhí)行文件代碼的全部過程。該系統(tǒng)的重點(diǎn)是控制nRF905的程序設(shè)計(jì)。首先應(yīng)對(duì)nRF905進(jìn)行初始配置，配置完成后按需要編寫用戶數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收程序。

3.1 初始化配置

初始化配置分為以下3個(gè)部分：
（1）編寫SPIWRITE和SPIREAD子函數(shù)，即通過軟件為單片機(jī)配置SPI功能。

（2）初始化nRF905的射頻配置寄存器。這些寄存器中有很多信息，必須根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行配置。設(shè)計(jì)中nRF905外接16 MHz晶體，XOF應(yīng)配置為01，PA2PWB為發(fā)射功率，RX2 RED2 PWB為接收靈敏度，可根據(jù)需要配置。另外還有發(fā)送地址、接收地址、發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的長度，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用配置。

（3）配置nRF905的發(fā)送地址，最多4 B發(fā)送端的發(fā)送地址應(yīng)與接收端設(shè)備的接收地址相同。在實(shí)際工作中，nRF905可以自動(dòng)濾除地址不相同的數(shù)據(jù)，只有地址匹配且校驗(yàn)正確的數(shù)據(jù)才會(huì)被接收，并存儲(chǔ)在接收數(shù)據(jù)寄存器中。

3.2 發(fā)送數(shù)據(jù)

nRF905發(fā)送數(shù)據(jù)前，通過條用SPI寫函數(shù)，在待機(jī)模式下先把待發(fā)數(shù)據(jù)填進(jìn)發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器。然后把nRF905的TRX_CE、TX_EN引腳都置為高電平，數(shù)據(jù)就會(huì)自動(dòng)通過天線發(fā)送出去。為了數(shù)據(jù)可靠地傳輸，將射頻配置寄存器中的自動(dòng)重發(fā)位（AUTO_RE_TRAN）設(shè)為有效，這樣在TRX_ CE被置高的時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)一直在重復(fù)不斷的發(fā)送。程序中設(shè)計(jì)延時(shí)500 ms，之后拉低TRX_CE引腳，回到待機(jī)模式。

3.3 接收數(shù)據(jù)

STC89C52RC把nRF905的TRX_CE引腳置為高電平，TX_EN引腳置為低電平后，即開始接收數(shù)據(jù)。在設(shè)計(jì)中可設(shè)定在一定的時(shí)間內(nèi)一直判斷nRF905的DR引腳是否變高，若為高，則證明接收到了有效數(shù)據(jù)，可以退出接收模式；若一直沒有接收到，待時(shí)間到也退出接收模式。退出后在待機(jī)模式，CPU把nRF905內(nèi)部的接收數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)讀出，即接收到的有效數(shù)據(jù)。

3.4 主程序設(shè)計(jì)

在該系統(tǒng)中，主程序包括兩部分：第一部分是主機(jī)（單片機(jī)）部分，通過無線模塊接收下位機(jī)（呼叫器）的信息。程序流程圖如圖5所示；第二部分是下位機(jī)（呼叫器）部分，響應(yīng)客戶的呼叫，并通過無線模塊將信息傳送至主機(jī)（單片機(jī)）。程序流程圖如圖6所示。

4 結(jié)語

該呼叫系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，并運(yùn)用無線射頻控制技術(shù)，通過軟件更新可迅速增容，根據(jù)企業(yè)的規(guī)模隨時(shí)更新軟件，保證系統(tǒng)有最優(yōu)的服務(wù)質(zhì)量。該系統(tǒng)的運(yùn)用，降低了運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用、節(jié)約管理成本，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益。