基于CC2430收發(fā)器和AH805升壓穩(wěn)壓器實(shí)現(xiàn)無線模塊的設(shè)計(jì)

1 引言

隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，無線通信技術(shù)成為人們?nèi)找骊P(guān)注的問題之一。在工業(yè)系統(tǒng)控制中。短距離無線通信技術(shù)應(yīng)用也越來越廣泛。水阻試驗(yàn)是內(nèi)燃機(jī)車恒功率負(fù)載試驗(yàn)的主要方式之一，本文論述了在對內(nèi)燃機(jī)車智能化水阻試驗(yàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集部分的改進(jìn)中，將原來的有線數(shù)據(jù)采集改為無線數(shù)據(jù)采集傳輸方式的無線模塊設(shè)計(jì)。

2 總體設(shè)計(jì)

無線模塊的基本電路圖如圖1所示，主要由電源、復(fù)位電路、串口連接電路和無線收發(fā)電路組成。可實(shí)現(xiàn)串口數(shù)據(jù)的無線收發(fā)，即：發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，RS-232串口數(shù)據(jù)經(jīng)過MAX232將電平轉(zhuǎn)換為TTL電平，再通過CC2430無線發(fā)送。接收數(shù)據(jù)則是發(fā)送數(shù)據(jù)的逆過程，CC2430先接收到數(shù)據(jù)信號，然后經(jīng)MAX232將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS-232的標(biāo)準(zhǔn)電平，再通過RS-232向上位機(jī)輸入數(shù)據(jù)。

3 硬件設(shè)計(jì)

無線模塊采用的無線收發(fā)器是CC2430。CC2430出自挪威Chipcon公司，是一款真正符合IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的片上ZigBee產(chǎn)品。CC2430采用Chipcon公司最新的SmartRF 03技術(shù)和0.18μm CMOS工藝制造，采用7 mmx7 mm QLP48封裝；除了包括RF收發(fā)器，還集成了加強(qiáng)型8051MCU、32／64／128 KB的Flash內(nèi)存、8 KB的RAM、ADC、DMA、看門狗等。CC2430工作在2.4GHz頻段，采用低電壓（2.0 V～3.6V）供電且功耗很低（接收數(shù)據(jù)時(shí)為27mA，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)為25 mA）、靈敏度高（-97 dBm）、最大輸出為24 dBm、最大傳送速率為250 kb／s。

CC2430的外圍元件數(shù)目很少，它使用一個(gè)非平衡天線，連接非平衡變壓器使天線性能更好。電路中的非平衡變壓器由電容C12和電感L1、L2、L3以及一個(gè)PCB微波傳輸線組成．整個(gè)結(jié)構(gòu)滿足RF輸入／輸出匹配電阻（50Ω）的要求。內(nèi)部T／R交換電路完成LNA和PA之間的交換。R4、R5為偏置電阻，其中R4主要用于為32 MHz的晶體振蕩器提供合適的工作電流。用一只32 MHz石英諧振器和兩只電容（C13、C14）構(gòu)成32 MHz晶體振蕩器電路。電壓穩(wěn)壓器為所有1.8 V電壓的引腳和內(nèi)部電源供電，C11、C15是去耦電容，用于電源濾波。

由于CC2430具有低功耗的特性，因此，選用兩節(jié)干電池為模塊供電。另外還選用了AH805升壓穩(wěn)壓器，可將3 V電壓升高至5 V，此故電源部分可提供3 V和5 V兩種電壓，其中3 V電壓為CC2430供電，5 V電壓為MAX232和復(fù)位電路供電。

復(fù)位電路采用典型的RC復(fù)位方式，它具有上電復(fù)位和手動(dòng)兩種復(fù)位功能，且低電平有效。值得注意的是，為了使系統(tǒng)達(dá)到有效復(fù)位，應(yīng)使RESET-N端保持10 ms的低電平。當(dāng)復(fù)位結(jié)束后立即對該器件進(jìn)行初始化時(shí)，很容易發(fā)生錯(cuò)誤。所以，進(jìn)入0000H地址后，應(yīng)首先執(zhí)行l(wèi) ms～10 ms的軟件延時(shí)，然后再進(jìn)行初始化。

由于模塊采用RS232與上位機(jī)相連，因此，需要用MAX232將RS232電平轉(zhuǎn)換為TTL電平。

4 程序設(shè)計(jì)

無線模塊的設(shè)計(jì)包括硬件連接及CC2430軟件設(shè)計(jì)。編寫軟件程序首先要弄清楚數(shù)據(jù)在模塊中的傳輸路徑及其過程，如圖2所示。

發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)通過串口USART進(jìn)入CC2430的DATA內(nèi)存區(qū)。對水阻試驗(yàn)臺來說，DATA內(nèi)存區(qū)的高128字節(jié)能夠滿足存儲容量的要求，因此將數(shù)據(jù)存放在DATA內(nèi)存區(qū)的高128字節(jié)中。為了提高數(shù)據(jù)的傳輸速度，使用DMA傳輸方式將內(nèi)存區(qū)中的數(shù)據(jù)傳送到Radio的先進(jìn)先出緩存器。TXFIFO中。數(shù)據(jù)進(jìn)入Radio后，經(jīng)過一系列的硬件處理，最后通過天線向發(fā)射無線信號。

接收數(shù)據(jù)是發(fā)送數(shù)據(jù)的逆過程。Radio從天線接收到無線信號，通過一系列的硬件處理，將信號轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)，存放在RXFIFO中，再通過DMA方式送入DATA內(nèi)存區(qū)的低128字節(jié)中，再通過USART串口將接收到的數(shù)據(jù)送出。

不難看出，整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸過程大部分都是在CC2430內(nèi)部完成。這得益于CC2430具有極高的集成度，是一款片上系統(tǒng)，能夠提供較高的系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。CC2430包括了較多的自定義SFR寄存器，如何使用好這些SFR寄存器較為關(guān)鍵。例如在對USART的控制操作中，CC2430內(nèi)部集成的USART的控制寄存器和狀態(tài)寄存器分別是UxUCR和UxCSR（其中x可取值為0和1，表示CC2430集成的兩個(gè)USART中的一個(gè)）。UxCSR狀態(tài)字格式和UxUCR控制字格式如表l所示。用這兩個(gè)寄存器可完成USART的基本設(shè)置，如：

值得注意的是，CC2430串口波特率的設(shè)置與一般8051不同，因?yàn)槠鋬?nèi)部集成了一個(gè)波特率發(fā)生器，因此，不需要使用定時(shí)器而只需設(shè)置相關(guān)的SFR寄存器UxBAUD.BAUD_M［7：0］和UxGCR.BAUD［4：0］，便可得到系統(tǒng)要求的波特率，其關(guān)系式如下：

同樣，對DMA和Radio的操作也有這樣功能全面的SFR寄存器。對CC2430進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，其實(shí)就是對其SRF寄存器的認(rèn)識和運(yùn)用過程，篇幅所限這里不一一贅述。

5 系統(tǒng)抗干擾

由于系統(tǒng)所處環(huán)境有較強(qiáng)的電磁場干擾，因此需要進(jìn)行電磁屏蔽。具體方法為：將模塊置于一個(gè)鋁質(zhì)外殼中，外殼通過RS232接口與上位機(jī)外殼連接，實(shí)現(xiàn)接地。鋁質(zhì)外殼相當(dāng)于一個(gè)空心的導(dǎo)體，置于電場中，電力線終止于導(dǎo)體表面，從而有屏蔽電場的作用。鋁質(zhì)外殼也相當(dāng)于一個(gè)屏蔽罩，在高頻磁場的作用下產(chǎn)生渦流，而渦流的磁場與原磁場方向相反，從而可屏蔽高頻磁場。

6 結(jié)束語

本文所提及的無線模塊雖然是針對水阻試驗(yàn)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集部分進(jìn)行改造的，但是由于與上位機(jī)的連接采用RS232，所以此無線模塊也可應(yīng)用于一般的帶RS232串口的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

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