基于NFC的无线通信系统电路设计

在很多场合有线通信技术并不能满足实际需要， 比如在野外恶劣环境中作业。使用无线射频通信芯片构建的通信模块， 用单片机作为控制部件， 配合一定的外围电路就能很好地进行两地空间区域信号对接， 实现自由数据通信， 解决了无线通信的技术难题。并且其具有硬件构造简单、维护方便、通信速率高、性能稳定等优点， 能在电子通信业得到广泛应用。

本文的控制部件选用AT 89C51 型单片机。由于这种芯片只有SPI 通信接口， 而目前常用的单片机都没有这种接口， 因此需要对该芯片的通信时序进行模拟，所以在控制器里编程时要严格按照芯片工作时序进行。

NRF24L01 芯片构成的通信模块电路设计

NRF24L01 芯片通信模块电路核心器件NRF24L01 配合网络晶振、解耦电容、偏极电阻一起工作构造稳定射频通信模块。该芯片是贴片结构， 模块占用空间少， 如图2 所示。

图2由NRF24L01 芯片构成的通信模块电路图。

电源电路设计

电源电路如图3 所示， B1 是9 V 蓄电池或者锂电池， 能够反复充电。C1 ， C2 ， C3 ， C4 都是滤波电容， 起到一次与二次滤波作用。D1 ， D2 是稳压二极管， 使输出端的电压稳定在理想的水平电压。芯片7805 是三端稳压集成电路芯片， 具有正电压输出。其电路内部还有过流、过热及调整管等保护电路， 最终目的把9 V 电源转变成稳定5 V 输出， 为后续设备供电。

系统通信电路设计

系统通信电路如图4 所示。本电路中应用单片机AT89C51作为控制芯片， 对NRF24L01 主通信模块的接口时序模拟和对数据的发送与接收进行处理。

图3电源电路图。

图4系统通信电路图。

与PC 机通讯电路设计

如果单片机通信电路与单片机通信电路通信， 则两个硬件电路和图4 相同， 只是在软件设计时需在每个通信端设定不同的通信地址， 以辨认每个通信端口。若是单片机通信电路与PC 机或者具有COM 口的设备电路通信， 则需要一个转接电路， 其硬件电路如图5 所示。

图5 SPI 接口与MAX232 通信硬件电路图。

在图5 所示的电路中， 单片机左侧是一块MAX232芯片， 其作用是将PC 机中的232 电平与单片机的T TL 电平匹配。最左侧是9 芯母接头， 在使用时可接在计算机COM 口上与计算机通信。单片机右侧接一块射频通信模块。由于此块单片机同样没有SPI 接口， 所以需要用普通接口软件模拟SPI 接口， 其编程要严格按SPI 端口的通信逻辑时序。

结语

( 1) 提出基于射频的无线通信技术方案， 并且按照该方案搭建硬件电路。

( 2) 设计单片机控制算法， 在PC 机中编好上位机软件， 执行机构能迅速执行预定结果， 反应时间小于1 ms。