无线通信系统在小型遥控机耕船控制中的应用——基于nrf905无线收发芯片

无线通信系统在小型遥控机耕船控制中的应用一基于nR F905无线收发芯片史强，郭小锋(西南大学工程技术学院，重庆400716)摘要：提出了一种无线操控机耕船的设计方法。

采用挪威N or di c V L SI公司最新推出的单片无线收发芯片nR F905进行设计，主要是通过发送端发送指令控制接收端机耕船的直流电机，从而控制离合器以及转向系统。

此系统主要由接收终端和发送终端组成，各部分主要由A R M7一LPc2132单片机主芯片、液晶显示系统、R S232串口等各功能模块组成。

重点说明了无线通信系统的硬件设计和软件设计，对nR F905的内部寄存器配置和收发流程进行了重点介绍，并且给出了实验测试分析。

实验表明，该无线传输系统抗干扰性良好，能够很好地传输各种指令，从而较精确地控制机耕船的转动方向。

关键词：机耕船；无线通讯；射频；A R M【7一LPc2132单片机中图分类号：TP273+．5文献标识码：A文章编号：1003—1明X(2012)03-0195—04O引言目前，在丘陵山区农田耕作中，机耕船是普遍使用的农业机械，但其耕作过程中操作者需下田操作且劳动强度很大。

因而，常有学者称“机耕船解放了牛，累死了人”。

机耕船亦称船式拖拉机，是我国独创的一种水田动力机械，通常由柴油机、船体、耕作机具3大部分组成，它适用于平原、湖区、丘陵、山区等各种不同类型的水田和沿海地区的滩涂田机耕作业，尤其是在拖拉机无法作业的深泥脚田可以很好地进行工作。

近年来，在丘陵山区，农机推广部门引进机耕船用于水田耕作，取得了一定的宣传效果；但在实际运用中，由于常用机耕船为乘坐式，质量大，转移难，不适应于丘陵梯田、小块田的耕作需要。

随着现代农业的不断发展，人们对农业机械自动化的需求越来越强，研制一种可以替代机耕船用于丘陵地区水田耕作的机械无疑是一个重要而又紧迫的课题。

在这种背景下，笔者参与设计了一种遥控机耕船。

它采用6．3kw的柴油机：后置可拆卸(田间转移方便)旋耕刀组，可装拆扶手(扶手由于田间转移操收稿日期：20l l—05一18基金项目：南方丘陵山区微耕机系列产品及专用节能发动机研究项目(C ST c，2007A A l001)作者简介：史强(1985一)，男，山东莱芜人，硕士研究生，(E—m ai l) w s吲i nan2008@163．com。

作)；整机质量控制在100kg，经测试可适应于丘陵山区梯田的耕作需要。

在小型遥控机耕船的设计中，灵敏可靠的无线通信是关键技术之一。

为此，本文基于PC2132单片机和nR F905芯片，设计了一种无线传输系统，并进行了测试。

1遥控机耕船的方案及工作原理在遥控机耕船的设计中，L PI C2132是整机控制M cu，nR F905是无线传输芯片。

遥控机耕船控制系统如图1所示。

图l小型遥控机耕船整体控制系统图安置在机耕船体上的传感器采集机耕船的位置、速度、工作状态等信号传递给M cu，M cu通过通讯模块与人实现机器控制信号的交互。

1952无线通讯系统的硬件设计2．1芯片介绍nR眄05单片无线收发器工作于433／868／915M H z3个I s M(工业、科学和医学)频道，频道之间的转换时间小于650¨s；工作电压为1．9—3．6V，32引脚Q FN封装；自动产生前导码和cR c校验码，可以很容易通过sPI接口进行编程配置；外围器件连接简单，无需外部sA w滤波器…。

无线通信系统，由两个终端组成：终端l和终端2。

nR n05有两种工作模式和两种节能模式。

两种工作模式分别是ShockB ur st T M 发送模式和s hoc kB ur s￡R M接收模式，两种节能模式分别是掉电模式和s T A N D B Y模式。

nR眄05的工作模式由T Rx—cE，T X—EN，Pw R—uP3个引脚的设置来决定，引脚功能如表1所示。

表1引脚功能2．2通讯子系统方案设计为了实现通讯数据测试的可见行，本设计及实验中采用如图2所示的无线通讯系统。

它由两个终端构成，终端内部之间的数据的传输通过串口来实现。

发送端通过Pc机(手持仪)串口给M cu(A R M7一LPc2132单片机)发送数据，然后M cu通过nR F905把数据发送出去；接收终端通过nR眄05接收数据，然后通过M cu把接收到的数据通过串口传给接收端Pc 机(手持仪)。

图2无线数据传输系统试验方案图3无线系统的软硬件设计3．1系统的硬件设计此系统主要由接收终端及发送终端组成，各部分主要由主芯片、液晶显示系统和Rs232串口等各功能模块组成。

射频收发器为N oI di c V L s I公司的nRF905，工作电压为1．9～3．6V。

nR F905由频率合成器、接收解调器、功率放大器和晶体振荡器组成，不需外加声表滤波器；高抗G FSK调制，数据速率为50kps，独特的载波监测输出、地址匹配输出和数据就绪输出shockB ur s l TM的工作模式；自动处理字头和C R c，使用sPI接口微控制器通信，配置非常方便。

此外，其功耗非常低。

nR鹏05提供cD检测端，cD端可以指示载波检测．当空间有同频载波时，通知主控单片机暂时停发数据，因而避免信号的空中冲突”1。

nR F905的硬件连接图如图3所示。

图3nR啪5的硬件连接图3．2系统的软件设计软件设计主要是由A R M7一L Pc2132单片机的I／O口设置以及程序的调试为主，调试使用的软件是A dsl．2。

‰竺丁0』三_『厂工：厂干十一i∞曼焉j』氢一蜒辩雯硎LP C2132对nR F905的控制首先要对内部配置寄存器进行正确的设置。

在此次程序设计中选择nR眄05的工作频段为433M H z，输出功率为+10dB m，正常工作模式，不重发数据包，发送和接收地址为4个字节，发送和接收的有效数据位宽度为32个字节。

nR F905的晶体振荡频率为16M H z，C R C的校验位为8位。

nR F905提供SPI口的读写指令，当C sN为低时，SP I接口开始等待1条指令，任意条新指令均由C s N 由高到底的转换开始旧J。

下面主要介绍nR F905的发送流程和接收流程。

3．2．1发送流程1)当微控制器有数据要发送时，先检测C D端口，如果没有载波出现，则通过SPI接口，按时序把接收机的地址和要发送的数据送传给nR眇05。

如果检测到cD载波信号，转到接收流程。

2)微控制器置高TR)(一C E和，I X—E N，激发nR F905的ShockB ur st T M发送模式。

3)nR F905的shockB ur st TM发送：射频寄存器自动开启数据打包，发送数据包。

当数据发送完成，数据准备好引脚被置高。

4)当TR x—cE被置低，nR F905发送过程完成，自动进入空闲模式。

发送流程如图4所示。

sPt配置寄存器T R x—ce为低T x一刚为岛I。

fI装载数据和对疗地址l进入发送模式I置低T R x—ce，进入空闻状态图4发送流程ShockB ur st TM工作模式保证，一旦发送数据的过程开始，发送过程都会被处理完。

只有在前一个包被发送完毕，nR F|905才能接受下一个发送包。

3．2．2接收流程1)当TR x—C E为高、1’)(一EN为低时，nR F905进入ShockB ur s t TM接收模式。

2)650¨s后，nR F905不断监测，等待接收数据。

3)当nR F905检测到某一频段的载波时，载波引角置高。

4)当接收到一个相匹配的地址，地址匹配引脚被置高。

5)当一个正确的数据包接收完毕，nR F905自动移去字头、地址和C R c校验位，然后把数据准备好引脚置高。

6)微控制器把T R x—cE置低，nR眄05进入空闲模式。

所有控制器等待数据进入，sPI准备发送。

7)微控制器通过SPI口，而后把数据转移到微控制器内。

8)当所有的数据接收完毕，nR F905把数据准备引脚和地址匹配引脚置低。

9)nR眄05此时可以进入ShockB ur s t TM接收模式，发送模式或关机模式【4J。

接收流程如图5所示。

L Pc2132的串口通讯程序设计，主要是设定传输的速率为4800bps，数据传输为8位数，1个停止位，无奇偶校验。

根据相应的发送端和接收端来设定发送模块和接收模块使能。

在P C机软件设计中，串口通信模块负责PC机与下位机之间的数据通信。

r．1"l配胃奇打器，Ⅶx一叫为If：jl，lx—l讯为低，进入接收状态I 一“-接收地hI数据—《芝芝=：兰乡，●Y接收数铡I，，—咱蕊≥＼．N—＼芝：—／●、。

D R引脚霞高，T Rx cE胃低。

进入卒闲状态‘I I：币，{机从、}’l i t耿数据IrV．．—≮=：-、～一图5接收流程2012年3月农机化研究第3期4实验测试分析在发送和接收时利用示波器和万用表对nR F905的相关引脚进行测量结果如表2和表3所示。

表2发射时nRF加5管脚分析情况表3接收时nRF∞5管脚分析情况5结论本设计实现了基于LP C2132和nR F905的无线通信。

本系统主要用于无线机耕船的控制，采用PC B板自带天线时，无线通信的距离可达80m，通过发送端发送数据，在接收端能正确接收数据并显示在PC机上或手持仪上的液晶上。

如果使用阻抗匹配良好的外置天线，视距传输距离可达300m以上。

实验表明，该系统充分说明了nRF905的性能良好，实时性好，实用性强。

在此基础上还可以实现无线遥控遥测，无线抄表，工业数据采集，机器人控制等∞J。

参考文献：[2][3][4][5]周波．nR F905无线通讯模块在无线数据采集系统中的应用[J]．工业控制计算机，2005，培(7)：7—8．黄智伟．无线发射与接收电路设计[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2004．啐启忠，朱客辉，耿田车．射频收发器nR F905及其应用[EB／oL]．[2011—03—31]．2l I c中国电子，2004．荚庆，王代华，张志杰．基于nR F905的无线数据传输系统[J]．国外电子元器件，2008(1)：29—31．郝妍娜，洪志良．基于M C u和nR F帅5的低功耗远距离无线传输系统[J]．电子技术应用，2007(8)：44—47．B as ed on nR F905W i r el essC om m uni cat i on Sys t em A ppl i c at i on i nC ont r ol of a R em ot e C ont r ol C ul t i V at i ng B oatShi Q i ang，G uo X i aof eng(C oU ege of E ngi ne er i ng and T e chnol og)r，Sout hw e8t U ni ve璐i t y，C hongqi ng400715，Chi na)A bs t r act：Pm pos eda诵r e l es s c ont m l des i gI l m et hod of cul t i V at i ng boa t．U se m e nor w ay nor di c V L517s l at e s t si n对e—chi p w i rel e船咖ns cei ver chi p of nR F905，m ai nl y t hm ugh t he t r ans m i t t er t0se nd com m a nds t o cont r ol t he r ecei V er7s D C m ot or t Il er eby t o cont r ol t he cl ut ch卸d s t eer i ng syst e m．T he syst e m com po s ed m a i nl y by t he v撕ous p积s of t he m ai n chi p，i n-cl udi ng A R M7一LP C2132m i c r oe ont r one r，L C D di s pl ay s ys t em，R S232se r i aJ por￡and ot her f unct ional m odul e s．H i ghl i ght t he而r el es s c om m uni ca t i onh剥war e desi gni ng，∞f hⅣar e des i gni ng，t he i nt em a l r e西st er co—i gur at i o n of nR F905and de—l i V ery pr oces s．T he r esul t s i ndi cat e t hat it i s a good锄t i—i nt ed'er enc e w i r el e ss仃a nsm i ssi on syst e m t hereby咖sm i t aU ki nds of good i ns t m ct i on．K ey啪r ds：cul t i rat i ng boat；诵r el ess com m uni c撕on；R F；nR F905198。