對于NFC的無線通信系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)分析

在很多場合有線通信技術(shù)并不能滿足實(shí)際需要，比如在野外惡劣環(huán)境中作業(yè)。使用無線射頻通信芯片構(gòu)建的通信模塊，用單片機(jī)作為控制部件，配合一定的外圍電路就能很好地進(jìn)行兩地空間區(qū)域信號對接，實(shí)現(xiàn)自由數(shù)據(jù)通信，解決了無線通信的技術(shù)難題。并且其具有硬件構(gòu)造簡單、維護(hù)方便、通信速率高、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，能在電子通信業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

本文的控制部件選用AT89C51型單片機(jī)。由于這種芯片只有SPI通信接口，而目前常用的單片機(jī)都沒有這種接口，因此需要對該芯片的通信時序進(jìn)行模擬，所以在控制器里編程時要嚴(yán)格按照芯片工作時序進(jìn)行。

電路原理

NRF24L01芯片構(gòu)成的通信模塊電路設(shè)計(jì)

NRF24L01芯片通信模塊電路核心器件NRF24L01 配合網(wǎng)絡(luò)晶振、解耦電容、偏極電阻一起工作構(gòu)造穩(wěn)定射頻通信模塊。該芯片是貼片結(jié)構(gòu)，模塊占用空間少，如圖1所示。

圖1 由NRF24L01 芯片構(gòu)成的通信模塊電路圖。

電源電路設(shè)計(jì)

電源電路如圖2所示，B1 是9 V 蓄電池或者鋰電池，能夠反復(fù)充電。C1， C2 ， C3 ， C4 都是濾波電容， 起到一次與二次濾波作用。D1，D2 是穩(wěn)壓二極管， 使輸出端的電壓穩(wěn)定在理想的水平電壓。芯片7805 是三端穩(wěn)壓集成電路芯片，具有正電壓輸出。其電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管等保護(hù)電路，最終目的把9 V 電源轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定5 V 輸出，為后續(xù)設(shè)備供電。

圖2電源電路圖。

系統(tǒng)通信電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)通信電路如圖3所示。本電路中應(yīng)用單片機(jī)AT89C51作為控制芯片，對NRF24L01 主通信模塊的接口時序模擬和對數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收進(jìn)行處理。

圖3系統(tǒng)通信電路圖

與PC 機(jī)通訊電路設(shè)計(jì)

如果單片機(jī)通信電路與單片機(jī)通信電路通信，則兩個硬件電路和圖3相同，只是在軟件設(shè)計(jì)時需在每個通信端設(shè)定不同的通信地址，以辨認(rèn)每個通信端口。若是單片機(jī)通信電路與PC 機(jī)或者具有COM 口的設(shè)備電路通信，則需要一個轉(zhuǎn)接電路，其硬件電路如圖4所示。

圖4 SPI 接口與MAX232 通信硬件電路圖

在圖4 所示的電路中， 單片機(jī)左側(cè)是一塊MAX232芯片， 其作用是將PC 機(jī)中的232 電平與單片機(jī)的T TL 電平匹配。最左側(cè)是9 芯母接頭，在使用時可接在計(jì)算機(jī)COM 口上與計(jì)算機(jī)通信。單片機(jī)右側(cè)接一塊射頻通信模塊。由于此塊單片機(jī)同樣沒有SPI 接口，所以需要用普通接口軟件模擬SPI 接口，其編程要嚴(yán)格按SPI 端口的通信邏輯時序。

編者按

（1）提出基于射頻的無線通信技術(shù)方案，并且按照該方案搭建硬件電路。

（2）設(shè)計(jì)單片機(jī)控制算法，在PC機(jī)中編好上位機(jī)軟件，執(zhí)行機(jī)構(gòu)能迅速執(zhí)行預(yù)定結(jié)果， 反應(yīng)時間小于1ms。

（3）在執(zhí)行機(jī)構(gòu)遇到障礙時，能返回準(zhǔn)確命令，使上位機(jī)捕捉到相應(yīng)信息，直接反映雙向通信效果好。

（4）系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)傳輸丟失率很小，低于0.01%。