刀使能自 动应答
ｓ － ｒｅｒ （ Ｒ Ｇ＋ Ｎ Ｒ Ａ Ｄ ， ０ ） ｐ ｗｉ－ｅ Ｗ－ Ｅ Ｅ ＿ Ｘ Ｄ ＲＯ １ ； ｉ ｔ ｇ ｘ
／使能通道０ ／ 传输数据
ｓｉ ｒ －ｅ（ Ｒ Ｇ＋ Ｅ Ｕ Ｒ Ｔ ， Ｉ ） ｐ ｗｉ ｒ Ｗ－ Ｅ ＳＴ Ｐ ＲＯ Ａ ； － ｔ ｇ ｅ Ｅ Ｘ
／使能自 ／ 动重发 ｓ ｗ ｔ ｒ （ ＿ Ｅ Ｒ 一Ｈ４ ） ｐ ｒ ｅ Ｗ Ｒ Ｇ＋ Ｆ ， ； ｉ ｅ ｉ ｇ ０
收稿日期： ０－１ ９ ２ ７１ ０ ． ０
拟， 内部有Ｆ Ｏ可以与各种高低速微处理器接口， Ｉ Ｆ
便于使用低成本单片机．
ｎＦ４ 芯片最突出的特点是有２ Ｒ ２Ｌｌ Ｏ 种通信模
作者简介： 刘志平（ ８－， 硕士 １ ３） ９ 男， 研究生， 研究方向： 识别原理与 主要 射频 应用技术，－ａ： １ ３ ｙ ｏ ｃ ． Ｅｍｉｃ ｏ ９ ＠ ｏ ｏ ｃ． ｌｏ ． ａ ． ｎ ｙ ８ ｈ ｍ
ＧＮＤ
图 １ 系统电路原理图
图 １ ｎ 兄４ 和 Ｓ ０ １３ 通过 Ｍ － Ｒ 印１ Ｍ Ｐ３Ｆ２２ 中， ４ Ｏ
１ 变为０ ｎ 尺４ Ｉ 时， Ｒ Ｉ 就把从单片机收到的数据以 Ｄ
１ Ｍ ｏ和ｓＫ组成的ｓ 接口连接． ５，ｌ ｓ ｃ Ｉ Ｐ 单片机接
２ ７ Ｈ 的低频晶振工作，Ｒ 切１的工作频 ３． ８ｋ ｚ ６ ｎ 凡４
Ｍ Ｐ３Ｆ２２ Ｓ ０ ３ 单片机具有丰富的外部接口， ４ １ 文中主
要用它的Ｓ 口 ｎ 尺４ Ｉ Ｉ Ｐ 与 Ｒ Ｉ 通信． Ｄ
ｎ 咫４ 和 Ｍ Ｐ３Ｆ２２连接电路图如图 １ Ｒ 功１ Ｓ ０ １３ ４
所示．
此， ｎ尺４ 芯片特有的ｓｏ Ｂｒ，Ｍｄ 使用 Ｒ 功１ ｈ ｋｕｔ ｏ ｃ ｓ ｅ 使得系统整 性能和 体的 效率提高川．
的工作一样， 需要通过软件在发送端添加校验码和
地址码， 在接收端判断是否为本机地址并检查数据
是否传输正确．ｈ ｋｕｔ Ｍ ｅ Ｓｏ ＢｒＴ ｏ 使用芯片内部的 ｃ ｓＭ ｄ
先入先出堆栈区， 数据可从低速微控制器送人， 高速
型的 混合信号处理器， 采用了美国德州仪器（ ｘ ｅｓ Ｔａ ｎ ｕ ｎｓ Ｉ ｒ ｅｔ 公司最新低功耗技术（ ｔ ｓｍ ） 工作电流为０１ ．
据． 具体的软件程序流程如图２ 所示．
ｓｉ ｔ ｂｆ Ｔ ＰＡ Ｌ Ａ ， Ｄ Ｔ ， ｐ ｗ ｅ ｕ（ Ｘ Ｙ Ｏ Ｄ ＿ Ａ Ａ ２ ｉ ｒ ＿ Ｗ＿ Ｔ Ｘ ） ； 刀发送 ２ 个字节： Ｉ Ｉ２ Ｉ 和 Ｄ Ｄ ｓｉ ｔ ｒ （ Ｅ Ｅ ＿ ， ０ ） ｐ ｗ ｅ ｅ Ｗ Ｇ＋ Ｎ Ａ Ｏ １ ； ｉ ｇ ｒ － Ｒ Ａ ｘ
万方数据
应
用
科
技
第接模式） ｈｃＢｒ柑Ｍｄ（ ｅ ｒ ｅ 和Ｓｏ ｕｔ ｏ 突 ｋ ｓ ｅ
发模式）直接模式的使用与其他传统射频收发器 ．
２ 硬件设计
系统 硬 件 主 要 由 ｎ 几４ Ｒ 功１射 频 芯 片 和 Ｍ Ｐ３Ｆ２２ Ｓ ０ １３ 单片机组成． Ｓ ３Ｆ２２是一种新 ４ Ｍ Ｐ ０ １３ ４
Ｋ ｙ ｏｄ ： ２Ｌ １ ｗｒｅ ｄｔｔｎｍｓｏ ； Ｐ３Ｆ２２ ｅｗ ｒｓｎ Ｆ４． ； ｉｌｓ ａ ｓ ｉｉ Ｍ ４０ １３ Ｒ ０ ｅｓ ａ ｒ ａ ｓｎ Ｓ
目 无线数据通信的应用领域越来越广： 前， 遥控
外围元件极少， 置硬件Ｃ Ｃ 循环冗余校验） 内 Ｒ（ 和点
对多点通信地址控制， 集成了频率合成器， 晶体振荡
第３ 卷第３ ５ 期
２０ 年 ３ ０８ 月
应
Ａ ｐｅ ｐｌｄ ｉ
Ｓ ｉｎ ｅ ｃｅ ｃ
科
技
Ｖ ｌ ５两． ｏ３， ３ ．
Ｍａ ． ８ ０ ｒ２ ０
ａｄ ｅｈｏ ｇ ｎ Ｔｃｎｌ ｙ ｏ
文章编号： ０ 一 ７Ｘ ０ ） （５ 一 ４ １ ９ ６１ ０８０ 一 ０５ ０ ０ （ ２ ３ ０
品的ＰＢ 这使得它成为成本最划算的天线【 Ｃ 上， ａ ）
３ 软件设计
使用 ｎＦ Ｌ１ ４０ 芯片进行无线数据通信时不需 Ｒ２
要进行曼彻斯特编码， 编程和应用非常方便． 单片机
ｓ ｗｉ＿ｕ Ｗ Ｇ＋ Ｘ Ｄ ， ＿ Ｄ Ｒ Ｓ， ｐ ｒ ｂｆ ｉ ｅ （ ｔ ＲＥ Ｔ Ａ Ｄ ＲＴ Ａ Ｄ ＥＳ Ｘ
本系统中 Ｓｏ ＢｒＴ ｏ 完成数据的 采用 ｈ ｋｕｔ Ｍｄ ｃ ｓｍ ｅ 发
（ Ｍ ｓ发射出去， Ｚ ｂ） ／ 地址和校验码硬件自 动添加和 去除， 这种模式的优点是： 可使用低速微控制器 ① 控制芯片工作； 减小功耗； 射频信号高速发 ② ③ 射， 抗干扰性强； 减小整个系统的平均电流． ④ 因
一０ 林 ）该单片机将大量的外围模块整合到片 ４ Ａ．
内， 别 适 合 于 开 发 和 设 计 单 片 系 统． 特
系统由低压３ Ｖ供电． 系统处于发射模式时， 耗
相同就取出 信息包里的有用数据， ＩＱ信号为 并使 Ｒ
低电平通知单片机来取走．
整个系统的ＰＢ Ｃ 设计非常重要， 在射频电路设
计中， 尤其是频率很高的电路的设计中， 必须部分地
电约为３ｓ Ａ 启动发射时约为 １ ｍ ， ．ｍ ， ３ Ａ 接收模式 时耗电 约为Ｚ ｍ ． ｌ Ａ 系统上电时， 单片机通过 Ｓ 口 Ｉ Ｐ
需要；
的工作于２４ ｚ ． Ｈ 频段的ｎＦ４Ｏ 射频芯片， Ｇ Ｒ２ＬＩ 并
由超低功耗单片机 Ｍ Ｐ３Ｆ２２控制实现短距离 Ｓ４０ １３
４超小型： 体积小巧，ｍ ｘ ｍ ） ５ ５ ； ｍ ｍ
５ 低功耗： 当工作在应答模式通信时， ） 快速地
无线数据通信． 该接口设计具有成本低、 功耗低、 传 输速率高、 软件设计简单以及通信稳定可靠等特点． 目 此设计已经应用于煤矿井下人员定位系统中． 前，
５ ；ｐ ｗ ｔ ｂｆＷ＿ Ｅ Ｒ ＿ Ｄ Ｒ Ｐ ，Ｘ ） ｓｉ ｒ ＿ ｕ（ Ｒ Ｇ＋ Ｘ Ａ Ｄ ＿ ＯＴ ＿ ＿ｉ ｅ
Ａ Ｄ ＥＳ５ ； Ｄ Ｒ Ｓ ，） 设置发送／ ／ ／ 接收地址宽度为 ５字
节
对 ｎＦ４０ 芯片的控制包括在配置模式下对 Ｒ ２ＬＩ ｎＦ４０ 的 Ｒ２Ｌ１ 初始化配置、 发送数据和接收存储数
板的完整性． 考虑到成本和体积， 本系统采用印制导 一
把数据通过输人到ｎＦ４ ， ｌ．（Ｅ 信号从 Ｒ 功１当Ｐ ５ Ｃ ） ２
万方数据
第３ 期
刘志平， 基于ｎ Ｆ４０ 的近距离无线数据传输 等： Ｒ ２Ｌ１
线天线， 因为环型或印制导线型天线被直接印在产
Ｔ － Ａ Ａ ＝ Ｄ ； 个标识卡号字节 Ｘ Ｄ Ｔ ［」 Ｉ２ ２ Ｉ ／ ／ ｓ＿ ｒ ＿ ｇＷ Ｒ Ｇ＋ Ｅ Ｕ ＿ Ｗ， ０） ｐ ｗ ｔ ｒ （ ＿ Ｅ ＳＴ ＰＡ ０ ３ ； ｉｉ ｅ ｅ ｘ
遥测、 无线抄表、 门禁系统、 身份识别、 非接触 Ｒ 智 Ｆ
能卡、 无线标签、 安全防火系统、 生物信号采集、 机器 人控制等． 凡是布线繁杂或不允许布线的场合都希
器和 制 调 ． 主 特 如 ［： 调 解 器 它的 要 点 下’ 〕
１低工作电压：． 一 ． Ｖ低电压工作； ） １９ ３６
望能 通过无线方案来解决川． 为此， 需要设计相应
的接口系统， 控制这些射频芯片工作， 完成可靠稳定 的无线数据通信． 本系统采用了Ｎｒｃ ｏ ｉ公司新推出 ｄ
２ 高速率： Ｍ ｓ由于空中传输时间很短， ２ ｐ， ） ｂ 极
大地降低了无线传输中的碰撞现象；
３ 多频点： ５ １ 频点， ） ２ 满足多点通信和跳频通信
Ｓ ｏｔ ａｇ ｗｒｌ ｓ ａ ｎｍｉｉ ｂｓｄ ｎ Ｆ４ Ｏ ｈｒ ｒｎｅ ｅ ｓ ｄｔ ｔ ｓ ｓｏ ａｅ ｏ Ｒ ２Ｌ Ｉ － ｉ ｅ ａ ｒ ａ ｓ ｎ ｎ
Ｌ Ｚｉ ｉ ，Ｈ Ｏ ｏ ａｇ Ｉ ｈｐ ｇＺ Ａ Ｇ － ｎ Ｕ －ｎ ｕｌ ｉ
（ ｏｅ ｏＡｔ ａｏ， ｂ Ｅｇ ｅ ｉ Ｕｉ ｒｔ Ｈ ｒｎ ０１Ｃｉ ） Ｃｌｇ ｆ ｏ ｔｎ Ｈｒｎ ｉ ｅｎ ｎ ｅ ｉ， ｂ １ ０ ，ｈ ａ ｌｅ ｕ ｍ ｉ ａ ｉ ｎ ｎ ｒｇ ｖ ｓｙ ａ ｉ ５ ０ ｎ
控制传输及启动时间， 极大地降低了电流消耗；
６ 低应用成本： Ｆ４０ 的ＳＩ 可以利用 ） ｎ ２Ｌ１ Ｐ接口 Ｒ
单片机的硬件 ＳＩ Ｐ 口连接或用单片机 ｖ０口 进行模
１ Ｒ ２Ｌ Ｉ ｎ Ｆ４Ｏ 的特点及工作原理
ｎ Ｆ４Ａ 芯片工作于 ２４ ｚ Ｒ ２Ｉ １ ． Ｈ 全球开放 Ｉ Ｇ Ｓ Ｍ 频段， 工作速率 ０一 Ｍ ／， ２ ｓ最大发射功率 ０ ｍ， ｂ ｄ Ｂ
基于 ｎ Ｆ４ 的近距离无线数据传输 Ｒ ２Ｌ１ ０
刘志平， 赵国良
（ 哈尔滨工程大学 自 动化学院， 黑龙江 哈尔滨 １ ０１ ５ ０） ０ 摘 要： 介绍了２４ ｚ ． Ｇ 频段的射频芯片ｎ Ｆ４． 以及由该芯片与超低功耗单片机 Ｍ Ｐ３Ｆ２２ Ｈ Ｒ ２１１ ０ Ｓ４０ １ 组成的无 ３ 线数据传输系统， 给出了系统硬件设计和软件控制过程， 并说明了测试运行情况． 该设计实现的无线数据传输 可靠稳定， 传输速率高， 已应用于煤矿井下人员定位系统中． 关键词： Ｆ４０ ； ｎ ２１１无线数据传输；Ｓ４０１ ２ Ｒ ． Ｍ Ｐ３Ｆ２ ３ 中图分类号：Ｎ １ Ｔ ９９ 文献标识码： Ａ
刀选择通信频率为 ２４ ．Ｇ ｓ ｗｉ一ｅ（ ＿ Ｅ Ｒ ｓＥ Ｕ ， ０ ） ｐ ｒｅ Ｗ Ｒ Ｇ＋ ＦＳＴ ＰＯ ７ ； ｉ ｔ ｒ ｇ ｅ Ｘ
／速率２ ｐ， ／ Ｍ ｓ 功率０ ｂ ｄｍ Ｂ
图２ 程序流程图
ＰＯ Ｔ ＢＴ ； ｌ５ ） ， Ｉ Ｉ Ｉ ／Ｐ． Ｅ ＝ Ｕ 二 ５ ／ （ Ｃ Ｉ启动发射 接收模式和发送模式的设置过程大概相同， 具
Ａ ｓａｔ Ｆ ｐ ２ＬＩ ２４ Ｈ ｂｎ ａｄ ｉｌｓ ｔｎ ｉｉ ｓ ｔ ｗ ｈ ２ＬＩ Ｍ Ｕ ｂｔ ｃ： ｈ ｎ Ｆ４Ｏ ｆ ． ｚ ｄ ａ ｅ ｓｄｔ ｒ ｓ ｓｏ ｙｅ ｉ ｎ Ｆ４Ｏ ａｄ ｒ Ｒ ｃｉ Ｒ ｏ Ｇ ａ ｎ ｗ ｅ ａ ａ ｍ ｓｎ ｍ Ｒ ｒ ｒ ａ ｓ ｔ ｎ Ｃ Ｍ Ｐ３Ｆ２２ ｄｍｎ ｒｅ． ｈｒ ａ ｄｓｎ ｔ ｓｔａ ｃ ｔｌ ｅ ａ ｄ ｃｓ ｄ Ｓｓｍｔ Ｓ４０ １３ ａ ｅ ｏｓａｄ Ｉ ａ ｗｒ ｅｇ ａｄ ｏｗｒ ｏ ｒ ｐ ｃ ｓ ｉｕ ｅ． ｔ ａｃ ｒ ｅ ｔｔ ｔ ｄ ｅ ｉ ｎ ｈ ｆ ｅ ｏ ｒ ｓ ｒ ｓ ｓ ｙｅ ｉ ｓ ｅ ｎ ｏ ｅ ｔ ｔｇ ｃｎｕｔ ． ｄｓｎ ｉｌｓ ｓｉｉ ｓ ｔ ｉｒｉ ｌａｄ ｌｗｔａ ｄｔｒｅ Ｉｈ ｅ ｉ ｗｓ ｄｃ ｄ Ｔｅ ｉ ｏｗｒｅ ｔｎｍｓｏ ｙ ｅ ｓ ａ ｅ ｓｂ ｉ ｈ ｈ ａ ． ａ ｓｎ ａ ｏ ｅ ｈ ｅｇ ｆ ｓ ｒ ｅ ａ ｓｎ ｍ ｅ ｂ ｎ ｔ ｅ ｓ ｌ ａ ｈ ｉ ａ ａ ｔ ｇ ｔ ｓ ｂｅ ａｐｅ ｉ ａ ｔｇ ｔ ｏｃａｍｎｒ ｅｎ ｌｄ ｌ ａｎ ｓ ｅ ｆ ｌ ｅ ． ｐ ｉ ｎ ｃ ｉ ｙ ｍ ｏ ｉ ｓ ｏ ｓ