基于AT86RF211S芯片的無線通信模塊的設(shè)計

1、江蘇電器 (2007 no.6)作者簡介： 肖志華(1981- ) ，男，湖南衡陽人，碩士研究生, 研究方向為智能儀表； 王進華(1963- ) ，男，福建福州人，教授，博士生導(dǎo)師，博士，研究方向為魯棒控制、非線性控制。0 引言目前許多應(yīng)用領(lǐng)域都采用無線的方式進行數(shù)據(jù)傳輸，這些領(lǐng)域涉及到小型無線網(wǎng)絡(luò)、無線抄表、門禁系統(tǒng)、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。這樣的無線傳輸范圍一般都在 1001000 m 之間，而且一般都采用電池供電的方式，為適應(yīng)這種需要，該模塊采用功耗非常低的 msp430 單片機作為主芯片。 at86rf211s芯片作為收發(fā)芯片，具有功耗低、接受靈敏度高、外圍設(shè)備少等特點 , 而且即使利用無

2、增益的 pcb 天線其傳輸距離也可達到 100m 以上。如果需要更遠距離的傳輸，也可以改成帶增益的天線，傳輸距離即可擴大到 800 m 以上，可滿足不同的需要1。1 系統(tǒng)硬件設(shè)計該模塊的mcu使用ti公司msp430 系列中的 f123型單片機， 與atmel公司的 at86rf211s 芯片實行串行異步方式通信，并通過 max3485 芯片及 rs-485總線與儀器儀表連接。如果需要與rs-232總線或儀表總線等連接，只需要更換轉(zhuǎn)換芯片即可。為了滿足一些通用儀器儀表通信的要求，該模塊除了 msp430 主芯片和 at86rf211s 芯片外，還有簡易鍵盤和液晶顯示2。模塊的硬件結(jié)構(gòu)如圖 1所

3、示。都采用無線模塊進行通信。介紹了一種采用低功耗單片機msp430作為主芯片，at86rf211s芯片作為收發(fā)芯片的無線模塊，闡述了其硬件和軟件設(shè)計及其低功耗設(shè)計。具有功耗低及可休眠、高可靠性、體積小、重量輕等優(yōu)點?；赼t86rf211s芯片的無線通信模塊的設(shè)計由于無線傳輸數(shù)據(jù)有便捷、隱蔽和機動性高的特點,使得許多需要小范圍內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)的器件msp430單片機；at86rf211s芯片；無線模塊肖志華，王進華(福州大學(xué) 電氣工程與自動化學(xué)院, 福建 福州 350002)abstract: because the wireless communication has the characteri

4、stics of convenience, rapidity, covert and high mobility, causes many devices which need to transmit data in the small scope to use the wireless module to communicate. here introduces a kind of module which takes low power loss msp430 as center chip while at86rf211s as transceiver, and describes its

5、 hardware and software design and the low power loss design in detail. the module has many virtues, such as low power loss, being able in sleep, high reliable, small volume, light weight and so on.key words: msp430 singlechip; at86rf211s chip; wireless modulexiao zhi-hua, wang jin-hua（college of ele

6、ctrical engineering and automation, fuzhou university, fuzhou 30002 , china）design of wireless communication module based on at86rf211s chip中圖分類號： tm571 文獻標(biāo)識碼： a 文章編號： 1007-3175(2007)06-0016-03摘 要：關(guān)鍵詞：基于at86rf211s 芯片的無線通信模塊的設(shè)計江蘇電器 (2007 no.6)1.1 主要器件介紹無線通信使用的是atmel 公司的at86rf211s芯片，工作頻率在400 950 mhz ，

7、最高的數(shù)據(jù)傳輸速度可以達到100kbit/s，工作在915、868、433mhz頻率的發(fā)射功率分別是+14、+15、+16 dbm 。天線接口設(shè)計為差分天線, 便于使用低成本pcb天線。該芯片具有掉電、睡眠和喚醒三種模式，便于省電。工作電壓0 3.95 v，一般是2.7 v最佳。掉電模式的工作電流是0.5 a，喚醒模式的工作電流是 3a，接收模式的工作電流是24 ma ，發(fā)送模式的工作電流32 ma ，因頻率不同稍有差別。模塊的 mcu 使用ti公司的 msp430 系列，是一種具有超低功耗的功能強大的16位單片機。當(dāng)運行在1mhz 時鐘條件下時，工作電流因工作模式不同，在0.1 200a(2

8、.2 v)之間，工作電壓為 1.8 3.6v。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)指令可以在一個時鐘周期內(nèi)完成；它還具有高級語言編程的能力，可以加速軟件的開發(fā)2。485總線轉(zhuǎn)換芯片使用的是 max 公司的 max3485芯片，不需要 rs-485總線傳輸時可工作在關(guān)斷模式下，在該模式下所需的電流小于1 a。1.2 at86rf211s 的外圍電路at86rf211s及其外圍電路如圖2 所示，它的datamsg、sle 、sck 、sdata 、wakeup、dataclk 和digout七個引腳與主芯片msp430連接。 datamsg引腳是通信數(shù)據(jù)傳輸通道；sle

9、、sck 和 sdata 實現(xiàn)主芯片對該芯片的讀寫，當(dāng)sle=1 時，sck和 sdata的值無法傳到芯片中，這樣能減少功耗；dataclk是數(shù)據(jù)時鐘線，該芯片可以通過digout引腳對主芯片提供時鐘。表面波濾波器(saw)是為了使低噪聲放大器 (lna)的輸入與接收發(fā)送開關(guān)的輸出相匹配，根據(jù)需要可以在輸入之前加一個功放，使得輸入的接收信號得到放大，如果通信距離不長，有足夠的信號強度也可以不加。if1濾波器可以去掉，但是這將導(dǎo)致靈敏度降低3 db，也可以用一個大于 100 pf 的電容代替。 if2濾波器實際上是提供了一個窄頻道的選擇，可以用一個1 nf 電容代替，那么 if1 濾波器將是唯一

10、一個提供頻道選擇的器件?；赼t86rf211s 芯片的無線通信模塊的設(shè)計江蘇電器 (2007 no.6)1.3 msp430及其外圍電路由于 msp430主芯片與 at86rf211s之間是串行異步模式進行通信的，而且也不需要at86rf211s芯片為主芯片提供時鐘等信號，所以 dataclk 與 dout引腳無需連接。無線模塊所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是通過max3485芯 片 把 外 圍 儀 器 儀 表 的 數(shù) 據(jù) 傳 到 主 芯片，主芯片喚醒at86rf211s ，把數(shù)據(jù)處理之后傳給 at86rf211s ，然后發(fā)送出去。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有該模塊的數(shù)據(jù)時，喚醒at86rf211s接收數(shù)據(jù)，傳到主芯片處理之后，

11、通過max3485傳給外圍儀器儀表3。msp430 主芯片及其外圍電路如圖3 所示。2 軟件設(shè)計由于該模塊在很多時候都是用在便捷及移動式電池供電的設(shè)備中，在這種應(yīng)用中需要盡可能長時間的工作，所以需要著重考慮節(jié)能和低功耗設(shè)計的問題。為了節(jié)能， at86rf211s 在大多數(shù)情況下都處于掉電模式，只有在接收和發(fā)送數(shù)據(jù)任務(wù)時才被喚醒4。各種狀態(tài)轉(zhuǎn)換流程見圖4。圖 4 中 pdn 、rxtx 、wuen、xtalr un和 wue 分別是 at86rf211s 芯片寄存器ctrl1的 31、30 和 26位，dtr的 31-30 位，wuc 的 31 位4。模塊的程序設(shè)計流程如圖5 所示。 3 結(jié)語抗干擾和降低功耗是該設(shè)計模塊需要重點考慮的兩個方面?？垢蓴_是為了使得該模塊在無效信號的干擾下能夠仍然保持低功耗模式，其目的是為降低功耗。同時，該模塊使用在不同的場合還可以通過設(shè)定一定的參數(shù)來進一步的降低功耗。用于工廠的信號采集，下班之后和周末，可以把整個模塊完全關(guān)掉，到第二天重新打開。由于該模塊具有功耗低及可休眠、高可靠性、體積小、重量輕和穩(wěn)定性高等優(yōu)點，可以很好的運用于抄表和遙感等系統(tǒng)中。參考文獻1 蔣俊峰 . 無線收發(fā)芯片比較與選擇 j.今日電子，2003(9).2 魏小龍 .msp430 系列單片機接口技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計實例m. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002.