CN101145795B

CN101145795B - 一种实现双向通信和中继功能的射频收发器硬件结构

Info

Publication number: CN101145795B
Application number: CN2007100312022A
Authority: CN
Inventors: 王炅; 罗笑南; 王建民; 周健辉
Original assignee: GUANGZHOU JUHUI ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd; National Sun Yat Sen University
Current assignee: GUANGZHOU JUHUI ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd; Sun Yat Sen University; National Sun Yat Sen University
Priority date: 2007-11-01
Filing date: 2007-11-01
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2027-11-01
Also published as: CN101145795A

Abstract

本发明公开了一种实现双向通信和中继功能的射频收发器硬件结构，基于单片机ATMEGA16L-8AI，所述单片机通过插槽接口CON11与射频无线模块连接，并通过设置模块的RX或TX的工作模式实现射频信号的接收或发送；射频通信的设备地址共8位，高4位为设备类型地址并由软件设定；低4位为设备地址，由单片机读取拨码开关状态进行设定；所述单片机通过插槽接口CON2、采用一根跳线短接/断开该插槽两脚的方式实现射频控制/中继功能。本发明同时实现了射频收发器的射频无线模块协议和RS485网络协议；采用多种具有相应插口的插槽，通过插接方式接入或扩展功能模块，简便易行；并可实现程序下载，以更新微处理器的程序。

Description

一种实现双向通信和中继功能的射频收发器硬件结构

技术领域

本发明涉及一种网络通信技术，尤其涉及一种基于ATMEGA16L-8AI单片机实现具有双向通信和中继功能的射频收发器。

背景技术

RS485网络是一种抗干扰能力强、适合远距离传输的串行通信方式，由于具有结构简单、价格低廉、使用方便、通信距离和数据传输速率适当及可靠性较高等特点，被广泛应用于仪器仪表、智能化传感器集散控制、智能化大楼、监控报警、铁路通信和电力数据采集等领域。RS-485是在RS-422和RS-232的基础上发展起来的，能实现一点对多点的通信，也能实现多点双向通信，但同一时刻只能有一个发送器，其余的为接收器，即一主多从的通信方式。目前RS485网络技术在无数的通信网络中保持着中流砥柱地位。

射频技术(RFID)是自动识别技术的一种，通过无线射频方式在阅读器和射频卡之间进行非接触双向数据传输，以达到目标识别和数据交换的目的。与传统的条型码、磁卡及IC卡相比，射频卡具有非接触、阅读速度快、无磨损、不受环境影响、寿命长、便于使用的特点，而且具有防冲突功能，可同时处理多张卡片。因此，射频识别技术在最近几年得到了快速的发展，已被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域。

随着RFID受到全球的普遍关注，如何将RFID与现有的通信系统乃至未来的通信系统相结合以产生新的业务和应用，引起了包括运营商和设备商在内的通信业者的广泛关注。从本质上看，RFID技术的独特作用是能够在网络的虚拟世界中标记现实世界的任何物或人，具有“标记”、“地址号码”和“传感功能”三大功能。“标记”指RFID技术能够识别真实世界中的物体和人，RFID标签可以与真实世界中的任何物体相捆绑，同时通过信息的写入提示系统该物品的属性和特征；“地址号码”指RFID标签可以区别网络中独特的实体位置，实现网络中两个或两个以上的实体能够利用ID互相通信。ID使物体在网络的世界中拥有自己的虚拟地址，这涉及到ID的定义、ID的管理、安全及隐私的多方面考虑；“传感功能”的实现主要是通过在RFID标签中植入传感器来实现的，通过传感器RFID标签能够对周围特定环境信息有所反应，如温度、湿度、人体血压等，从而具备感应传递的功能，进一步扩展人类对外界环境感知的功能。

目前，应用于无线智能家居系统的射频收发器，智能中控器可以直接控制50m范围内的无线设备，如室内灯、电视、空调、VCD等的无线开关，但随着距离的增加，控制信号就会衰减，以致控制能力降低甚至失效，从而降低了通信效率及控制信号的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结合射频识别技术和RS-485网络技术，可实现双向通信和中继功能的射频收发器硬件结构，以补偿由于距离增加而引起的信号衰减，从而达到扩大智能中控器对周围设备的有效控制范围，保证通信效率及提高控制信号可靠性的目的。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的一种实现双向通信和中继功能的射频收发器硬件结构，基于单片机ATMEGA16L-8AI，所述单片机通过插槽接口CON11与射频无线模块连接，并通过设置模块的RX或TX的工作模式实现射频信号的接收或发送；

射频通信的设备地址共8位，高4位为设备类型地址并由软件设定；低4位为设备地址，由单片机读取拨码开关状态进行设定；

所述单片机通过插槽接口CON2、采用一根跳线短接/断开该插槽两脚的方式实现射频控制/中继功能，当用跳线把插槽的两脚短接时，实现射频控制功能；当跳线移除，即插槽的两脚断开时，实现中继功能。

本发明采用射频识别技术，并通过RS-485网络与系统的其它设备相连，结合了两者的优势，同时兼有双向通信以及中继功能，实现了智能中控器对50m范围外设备的有效控制。若无线设备距离较远，还可串接几个射频收发器，并通过RS-485网络与其它设备相连，布线简单且可靠性高，从而扩大了智能中控器对周围设备的有效控制范围，保证了通信效率及控制信号的可靠性。

本发明的核心是单片机ATMEGA16L-8AI，用于负责处理和协调系统各个模块的通信信号，支撑上层软件实现功能。通过插槽接口CON11接入射频无线模块，并设置模块RX/TX工作模式，从而是射频信号的接收和发送的上双向数据传送功能。通过插槽接口CON2实现射频控制/中继功能。

此外，为把程序下载到单片机上进行程序的更新，本发明所述单片机通过插槽接口JP1与程序下载模块连接，实现程序的下载。

本发明采用RS485网络进行数据通信，通过芯片MAX485实现TTL电平与RS485差分电平的转换。

本发明可采取如下进一步措施：

对于射频无线模块插槽接口CON11，所述单片机12-16脚以及19、20脚与射频无线模块插槽接口CON11的相应引脚连接；所述插槽接口CON11中4-6脚的PCLK、PDATA、PALE是射频无线模块的配置接口，2脚的DIO是射频无线模块的输入输出口，配合3脚的DCLK时钟信号输入或输出数据；使能TE即TE＝1时，模块处于单片机准备接收插接的射频无线模块信号的方向，当有配置接口的传送数据指令时，系统工作在接收来自射频无线模块数据的状态；使能RE即RE＝1时，模块切换到由插接的射频无线模块读取单片机内数据的方向，当有配置接口的允许读取系统数据指令时，系统则工作在射频无线模块读取单片机内数据的状态。

对于程序下载模块插槽接口JP1，所述单片机上1-3脚的MOSI、MISO、SCK线与所述插槽接口JP1的相应引脚连接；单片机4脚的RST与插槽接口JP1上5脚的RST并联，作为下载程序完毕之后的复位信号线。

本发明具有以下有益效果：

(1)能够补偿由于距离增加而引起的信号衰减，扩大了智能中控器对周围设备的有效控制范围，保证了通信效率，并提高了控制信号的可靠性。

(2)硬件结构设计布局简洁，电路简单，使用通用元器件，易于实现；

(3)硬件结构基于单片机ATMEGA16L-8AI设计，支撑上层软件，同时实现了射频收发器的射频无线模块协议和RS485网络协议；

(4)采用了RS485网络布线，RS485网络技术在无线通信网络中保持着中流砥柱地位；

(5)采用多种具有相应插口的插槽，通过插接方式接入或扩展功能模块，简便易行；

(6)通过6脚插槽接入功能模块，可实现程序下载，用以更新微处理器的程序。

附图说明

下面将结合实施例和附图对本发明作进一步的详细描述：

图1是本发明实施例的整体结构示意图；

图2是本发明实施例中单片机ATMEGA16L-8AI的结构示意图；

图3是本发明实施例中供电模块的示意图；

图4是本发明实施例中射频无线模块插槽接口CON11的接线示意图；

图5是本发明实施例中程序下载模块插槽接口JP1的接线示意图；

图6是本发明实施例中电平转换模块MAX485的接线示意图；

图7是本发明实施例中拨码开关SW DIP-4的接线示意图；

图8是本发明实施例中功能选择按键LOGINKEY的接线示意图；

图9是本发明实施例中射频/中继选择插槽CON2的示意图；

图10是本发明实施例中状态指示灯的示意图。

具体实施方式

图1～图10所示为本发明的实施例。如图1所示，本实施例基于单片机ATMEGA16L-8AI设计，采用RS485网络布线，通过插槽接口CON11和CON6分别连接射频无线模块和程序下载模块，从而分别实现射频信号的双向传送通信以及程序的下载更新。通过插槽接口CON2实现射频控制/中继功能的切换。

如图2所示，单片机ATMEGA16L-8AI是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器，负责处理和协调系统各个模块的通信信号，支撑上层软件实现功能。其数据吞吐量可高达1MPIS/MHz，可减缓系统在功耗和处理速度之间的矛盾。

系统电源由电源芯片U1 AS1117-33提供，如图3所示，当扩展接口卡插接到插槽CON6时，在CON6指定引脚提供5-18V的直流电源时，通过电压调整芯片U1AS1117-33为整个系统提供3.3V DC的工作电源。正常供电时，指示灯LED1亮。

射频无线模块的插槽接口CON11可由小的射频无线模块插进，实现射频信号的接收和发送的双向数据传送功能。如图4所示，单片机12-16脚以及19、20脚与射频无线模块插槽接口CON11的相应引脚连接。4-6脚的PCLK、PDATA、PALE是该模块的配置接口，2脚的DIO是射频无线模块的输入输出口，配合3脚的DCLK时钟信号输入或输出数据。通过串口TX或RX使能TE或RE来选择数据传送方向，并还需通过配置接口PCLK、PDATA、PALE指定当前的工作状态。当使能TE(TE＝1)时，单片机准备接收插接的射频无线模块的信号，并有配置接口的传送数据指令时，系统便工作在接收来自射频无线模块数据的状态；当使能RE(RE＝1)时，模块切换到由插接的射频无线模块读取单片机内数据的方向，并有配置接口的允许读取系统数据指令时，系统则工作在射频无线模块读取单片机内数据的状态。

程序下载模块插槽接口JP1是一个可选模块，用来下载程序到单片机ATMEGA16L-8AI以更新现有程序。如图5所示，其中单片机通过1-3脚的MOSI、MISO、SCK线与程序下载模块从插槽接口JP1相应引脚连接，从而实现下载程序到单片机上进行程序的更新；5脚的RST是与单片机4脚的RST并联的，是下载程序完毕之后的复位信号线。

本实施例采用RS485网络进行数据通信，而单片机的串行通信接口的接口电平是TTL电平，故需要进行TTL电平与RS485电平的转换。如图6所示，由芯片MAX485实现信号转换，实现TTL电平与RS485网络的差分电平的转换。

由于软件设计只设定了射频通信设备的高4位地址，低4位地址必须通过如图7所示的拨码开关SW DIP-4由人工手动选择，并把该地址信号传送至单片机。由单片机ATMEGA16L-8AI把获取的该4位地址信号赋予到设备的低4位地址，与程序设定的高4位地址一起构成射频通信设备完整的8位地址。

如图8所示为功能选择健LOGINKEY，用来在测试模式/正常工作模式之间的选择。

如图9所示，射频控制/中继功能状态是通过插槽接口CON2、采用一根跳线短接/断开该插槽两脚的方式实现的，当跳线把插槽的两脚短接时，系统实现的是射频控制功能；当跳线移除，即插槽的两脚断开时，系统实现的是中继功能。

如图10所示是状态指示灯。LED3与LED4用来指示是否有数据正在传送，当有数据传送时，LED3与LED4指示灯闪烁表示正在下载传送。LED5指示灯用来显示整个系统正处于正常工作状态，在系统的整个正常工作状态中，该指示灯都是亮的。

Claims

1.一种实现双向通信和中继功能的射频收发器，其特征在于：

基于单片机ATMEGA16L-8AI，所述单片机通过插槽接口CON11与射频无线模块连接，并通过设置模块的RX或TX的工作模式实现射频信号的接收或发送；采用RS485网络进行数据通信，通过芯片MAX485实现TTL电平与RS485差分电平的转换；

2.根据权利要求1所述的实现双向通信和中继功能的射频收发器，其特征在于：所述单片机通过插槽接口JP1与程序下载模块连接，实现程序的下载。

3.根据权利要求1所述的实现双向通信和中继功能的射频收发器，其特征在于：所述单片机12-16脚以及19、20脚与射频无线模块插槽接口CON11中9、8、6-2脚的TE、RE、PALE、PDATA、PCLK、DCLK、DIO相应连接；所述插槽接口CON11中4-6脚的PCLK、PDATA、PALE是射频无线模块的配置接口，2脚的DIO是射频无线模块的输入输出口，配合3脚的DCLK时钟信号输入或输出数据；使能TE即TE＝1时，模块处于单片机准备接收插接的射频无线模块信号的方向，当有配置接口的传送数据指令时，系统工作在接收来自射频无线模块数据的状态；使能RE即RE＝1时，模块切换到由插接的射频无线模块读取单片机内数据的方向，当有配置接口的允许读取系统数据指令时，系统则工作在射频无线模块读取单片机内数据的状态。

4.根据权利要求2所述的实现双向通信和中继功能的射频收发器，其特征在于：所述单片机上1-3脚的MOSI、MISO、SCK线与所述插槽接口JP1的相应引脚连接；单片机4脚的RST与插槽接口JP1上5脚的RST并联，作为下载程序完毕之后的复位信号线。