1. 引言
在儀器儀表及測控技術(shù)中，無線數(shù)據(jù)通信以其節(jié)省傳輸線、使用方便等優(yōu)點被廣泛關(guān)注。中短距離（小于500 米）的無線通信在自動測試系統(tǒng)、無線抄表、計算機遙測遙控系統(tǒng)、車輛監(jiān)控系統(tǒng)和小區(qū)管理等實際應(yīng)用中有廣泛的市場。在眾多的無線收發(fā)芯片中，nRF401 以其成本低、可靠性高、外圍設(shè)計簡單廣受歡迎，然而由于通信空間的復(fù)雜性，無線通訊系統(tǒng)很容易收到誤碼，即使在發(fā)送端不發(fā)送數(shù)據(jù)的情況下，接收端也仍然會接收到大量的干擾數(shù)據(jù)。在一個中等規(guī)模的系統(tǒng)設(shè)計中，CPU 要進行多種操作，如外部存儲器的訪問，傳感器數(shù)據(jù)的處理等，因此無線通訊干擾信息較多時，特別是在中斷通訊模式下，頻繁的中斷將嚴(yán)重影響主程序的運行，另外由于對nRF401 的操作除了控制輸入輸出外，還需要對nRF401的收發(fā)狀態(tài)、運行模式切換，因此對于一個總線結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)（如485 通訊模式），無線通訊部分也作為一個獨立ID 模塊時，傳統(tǒng)的設(shè)計處理遇到了困難。因此需要設(shè)置一個中間處理環(huán)節(jié)，既能有效過濾信息又不影響通訊速率。
為解決上述問題，本設(shè)計基于nRF401 作為無線收發(fā)芯片，使用兩片AT89C2051 作為控制芯片，設(shè)計出一套無線通訊系統(tǒng)。其中一片AT89C2051（定義為控制芯片A）控制nRF401，AT89C2051 的IO 接口與串口配合控制nRF401 實現(xiàn)異步通訊；另一片AT89C2051（定義為控制芯片B）既能滿足總線串口的要求，又能解決控制芯片A 由于頻繁串行中斷而不能及時響應(yīng)總線的問題，起到分擔(dān)任務(wù)、隔離干擾、串口擴展的作用。采用兩片2051單片機設(shè)計方法，與采用一片雙串口單片機設(shè)計相比，能降低成本、提高芯片利用率、隔離干擾。實踐表明該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾能力強，能很好解決短距離系統(tǒng)之間的無線通信問題。
2. 系統(tǒng)硬件設(shè)計
系統(tǒng)硬件設(shè)計包括無線通訊模塊和通訊控制部分。
2.1 基于nRF401 的無線通訊模塊設(shè)計
nRF401是Nordic公司研制的單片UHF無線收發(fā)芯片，工作在433MHz ISM頻段。在接收模式中，nRF401被配置成傳統(tǒng)的外差式接收機，所接收的射頻調(diào)制的數(shù)字信號被低噪聲放大器放大，經(jīng)混頻器變換成中頻，放大、濾波后進入解調(diào)器。解調(diào)后變換成數(shù)字信號輸出(DOUT端)。在發(fā)射模式中，數(shù)字信號經(jīng)DIN端輸入，經(jīng)鎖相環(huán)和壓控振蕩器處理后進入功率放大器射頻輸出。在本系統(tǒng)設(shè)計中，為了避免干擾，將基于nRF401的無線收發(fā)部分做在一塊單獨的PCB板上，引出通訊控制接口(J1)，組成獨立的無線收發(fā)模塊。
2.2 基于AT89C2051 的控制系統(tǒng)設(shè)計
控制部分包括兩片AT89C2051，控制芯片A 負責(zé)處理無線收發(fā)模塊數(shù)據(jù)信息，并與控制芯片B 通過P1 口以中斷1 方式進行數(shù)據(jù)交流?？刂菩酒珺 負責(zé)處理來自串口的信息，并與控制芯片A 進行數(shù)據(jù)交流。由于兩片AT89C2051 以中斷方式并行傳輸模式傳輸數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)交換時間遠小于單片機串口通訊時間，因此不會影響整個系統(tǒng)的半雙工通訊時間。為了滿足各種要求，串口通過跳線被設(shè)計成232 模式、485 模式和UART 模式。
3. 系統(tǒng)軟件設(shè)計
3.1 通訊協(xié)議
在無線通信的過程中，由于外部環(huán)境的干擾，通常誤碼率比較高，即使發(fā)射方不發(fā)送數(shù)據(jù)，接收方仍會經(jīng)常接收到由于外部干擾而產(chǎn)生的雜亂數(shù)據(jù)，為了在接收的過程中區(qū)分接收到的數(shù)據(jù)是否為有效數(shù)據(jù)，必須有一定的通信協(xié)議。在傳輸數(shù)據(jù)量不大時，為有效處理信息，本系統(tǒng)設(shè)計以下通訊協(xié)議：