無線收發(fā)模塊 在智能家庭網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

引言
　　信息技術(shù)的發(fā)展讓因特網(wǎng)和移動(dòng)通信無孔不入地滲透到我們的生活中來，各種無線通信技術(shù)的日趨成熟給這個(gè)新的浪潮起到了推波助瀾的作用。而家庭網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)和發(fā)展為信息社會(huì)注入了新的生機(jī)和活力，逐漸勾勒出了在科幻小說里才有的智能家庭的輪廓。
　　智能家庭網(wǎng)絡(luò)是指將家庭內(nèi)部所有的電氣設(shè)備和信息設(shè)備連接起來而組成的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)智能控制、數(shù)據(jù)采集、信息通信等功能。如果采用傳統(tǒng)的布線方式，不僅影響美觀，難以滿足防火要求，還延長了網(wǎng)絡(luò)的布置時(shí)間。所以，實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)最理想的技術(shù)是無線通信技術(shù)，在目前的藍(lán)牙技術(shù)和802.11b還無法突破價(jià)格瓶頸的情況下，可以采用較為廉價(jià)的NRF401無線收發(fā)模塊和MCS-51系列的80C51單片機(jī)，結(jié)合外圍設(shè)備來實(shí)現(xiàn)家庭智能控制網(wǎng)絡(luò)的無線數(shù)據(jù)通信。

系統(tǒng)的組成及工作原理
　　系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。無線通信電路由89C51單片機(jī)、NRF401無線收發(fā)模塊及其他外圍設(shè)備組成，構(gòu)成了智能家庭網(wǎng)絡(luò)的一部分。在主控制器的控制下，可以通過該電路（圖中手持遙控部分）與網(wǎng)絡(luò)基站（與手持遙控通信的模塊部分）進(jìn)行通信，通過接口電路對連入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備進(jìn)行控制。
　　在圖1的手持遙控部分中，設(shè)置了液晶顯示以實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話，通過鍵盤的輸入和網(wǎng)絡(luò)基站系統(tǒng)進(jìn)行映射，以實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的控制。此外，為了提高系統(tǒng)的可靠性，電路中還加了MAX813L作為看門狗來監(jiān)視CPU的工作。
　　1．NRF401的特點(diǎn)及工作原理
　　NRF401收發(fā)模塊是集成度很高的無線數(shù)傳產(chǎn)品，工作頻段為433MHz；采用FSK調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)；采用DSS＋PLL頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性好；靈敏度高，功耗小，接收待機(jī)狀態(tài)時(shí)，電流僅8μＡ；具有多頻段切換功能；工作速率最高為20kbit/s。外設(shè)很簡單，幾乎可以不需要無線電的專業(yè)知識(shí)就可以進(jìn)行無線傳輸設(shè)計(jì)。通過80C51的P1.1口控制PWR_UP，PWR_UP=“1”，表示進(jìn)入正常工作模式，PWR_UP=“0”，表示進(jìn)入接收待機(jī)模式；P1.2接NRF401的CS，進(jìn)行發(fā)送和接受頻率選擇，CS＝“1”，表示中心頻率為434.32MHz，CS＝“0”，表示中心頻率為433.92MHz；P1.3控制NRF401 TXEN端，TXEN=“1”，表示進(jìn)入發(fā)送模式，TXEN=“0”，表示進(jìn)入接收模式。
　　2．主電路程序流程
　　在家居網(wǎng)絡(luò)中，各業(yè)主之間的信息干擾是一個(gè)不容忽視的問題，為了解決這個(gè)問題，可以引進(jìn)廣域網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)地址分配的概念，給每個(gè)智能小區(qū)分配一個(gè)高級(jí)網(wǎng)絡(luò)地址，同一小區(qū)中的各個(gè)業(yè)主分配不同的中級(jí)網(wǎng)絡(luò)地址，業(yè)主的各個(gè)無線通信子系統(tǒng)分配低級(jí)網(wǎng)絡(luò)地址。因此，在80C51啟動(dòng)后，需要先設(shè)置通信小系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)地址，同時(shí)，為了信息的保密和防止信息被任意更改，程序中進(jìn)行加密設(shè)計(jì)，設(shè)置了用戶級(jí)別。設(shè)置正確后，進(jìn)入正常工作狀態(tài)。如果需要進(jìn)行信息修改和信息發(fā)送操作，首先需要輸入并確認(rèn)密碼是否正確，正確后才能進(jìn)行信息修改和發(fā)送等操作。如果需要發(fā)送信息，首先在主程序中發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)，然后進(jìn)入80C51的中斷程序進(jìn)行其他數(shù)據(jù)的發(fā)送。主程序的流程圖如圖2所示。
　　3．通信編碼以及串行中斷流程
由于供電電源、噪聲以及傳輸路徑等因素的影響，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)容易受到外界干擾。為了正確、快速地發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，需要一份簡單且能夠檢錯(cuò)的通信協(xié)議，通過選用合適的差錯(cuò)控制方法和檢錯(cuò)編碼方法可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。本文采用檢錯(cuò)重發(fā)法(ＡＲＱ)的差錯(cuò)控制方法，校驗(yàn)和加垂直水平奇偶校驗(yàn)的編碼方式。
　　在無線通信協(xié)議中，必須有握手信號(hào)。通過實(shí)驗(yàn)測試發(fā)現(xiàn)，在0FFH后接00H在干擾信號(hào)中很少出現(xiàn)。為了提高有效信號(hào)接收率，發(fā)送數(shù)據(jù)的握手信號(hào)為0FFH、0FFH、00H。而接收端把接收到0FFH、0FFH、00H；0FFH、**H、00H；**H、0FFH，00H作為握手信號(hào)。同時(shí)，為了增加信號(hào)的信息量，在協(xié)議包增加了命令單元，一個(gè)協(xié)議包有6個(gè)數(shù)據(jù)。因此，一個(gè)協(xié)議包中包含以下內(nèi)容：
　　0FFH、0FFH、00H、命令單元、數(shù)據(jù)1、數(shù)據(jù)2……數(shù)據(jù)5、數(shù)據(jù)6、校驗(yàn)和、垂直校驗(yàn)碼、水平校驗(yàn)碼。
　　命令單元包含發(fā)送模塊網(wǎng)絡(luò)地址、接受模塊網(wǎng)絡(luò)地址、數(shù)據(jù)類型、反饋信號(hào)等信息。
在主程序中進(jìn)行了相應(yīng)的設(shè)置后，串行中斷程序流程圖如圖3所示。
　　對于手持遙控部分，為了便于放置和攜帶，采用兩節(jié)5號(hào)電池供電，由于手持系統(tǒng)的工作電壓為5V，因此需要設(shè)計(jì)DC/DC變換電路。本設(shè)計(jì)中選用了MAXIM公司的MAX756芯片，該芯片設(shè)計(jì)電路簡單，輸入電壓可以低至0.7V，效率較高，而且可以進(jìn)行電池監(jiān)控，輸出電壓可以通過芯片管腳設(shè)置選擇輸入3V和5V兩種電壓。

結(jié)束語
在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通過3級(jí)網(wǎng)絡(luò)地址的設(shè)計(jì)克服了多機(jī)通信時(shí)的相互干擾問題；通過加密設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了用戶級(jí)別；通過校驗(yàn)和加垂直水平奇偶校驗(yàn)的編碼校驗(yàn)方式，提高了通信的可靠性。整個(gè)系統(tǒng)的電路比較簡單，便于投入實(shí)際應(yīng)用。