專利名稱：一種遠(yuǎn)距離無線通信裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及無線通信的技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種遠(yuǎn)距離無線通信裝置。
背景技術(shù)：
近年來，隨著以無線通信技術(shù)為基礎(chǔ)的物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、3G網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)的飛速發(fā)展，無線傳輸技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于實(shí)際中?，F(xiàn)有的無線通信裝置往往存在工作穩(wěn)定性較低、傳輸距離較近、傳輸速率較低、體積較大、成本較大、功耗較高且軟硬件設(shè)計(jì)較復(fù)雜。 因而，如何解決該問題，是不利于要解決的方案。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、傳輸距離較遠(yuǎn)、傳輸速率較高的遠(yuǎn)距離無線通信裝置。為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種遠(yuǎn)距離無線通信裝置，包括無線收發(fā)單元，與該無線收發(fā)單元相連的用于接受外部微控制器的配置以完成數(shù)據(jù)收發(fā)的SPI 接口，依次串接在該無線收發(fā)單元的信號輸出端的第一信號阻抗匹配電路、功率放大模塊和第二信號阻抗匹配電路，第二信號阻抗匹配電路的信號輸出端與一天線相連。具體地，所述無線收發(fā)單元采用型號為nRF24L01的無線收發(fā)芯片。具體地,所述功率放大模塊采用型號為MCPOl的功率放大芯片。具體地，所述無線收發(fā)單元的電源輸入端連接有電源模塊，該無線收發(fā)單元的時(shí)鐘信號輸入端連接有時(shí)鐘電路。本實(shí)用新型的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)(I)本實(shí)用新型的遠(yuǎn)距離無線通信裝置采用的nRF24L01無線通信芯片內(nèi)置硬件鏈路層、CRC糾錯(cuò)電路等，具有自動(dòng)應(yīng)答和自動(dòng)重發(fā)功能，非常便于開發(fā)；MCP01作為一款工作在2. 4GHz-2. 5GHz頻段的功率放大芯片集成度高，極大的簡化外圍電路設(shè)計(jì)，且收、發(fā)增益大，適合遠(yuǎn)距離無線通信?；谶@兩款芯片設(shè)計(jì)成的無線通信模塊，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證具有通信穩(wěn)定度高、抗干擾性強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)勢，并且成本較低，在無線傳輸領(lǐng)域有很大的應(yīng)用前景。(2)本實(shí)用新型的阻抗匹配電路設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵，其影響因素主要有PCB板材介電常數(shù)、銅厚、走線寬度等；功率放大模塊采用的芯片MCP01，無線收發(fā)單元輸出的信號經(jīng)過阻抗匹配電路進(jìn)入功率放大模塊進(jìn)行功率放大，然后送入天線完成數(shù)據(jù)的發(fā)射。外部微控制器通過SPI接口對無線芯片nRF24L01 進(jìn)行配置，完成數(shù)據(jù)收發(fā)。

為了使本實(shí)用新型的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中圖I為實(shí)施例中的遠(yuǎn)距離無線通信裝置的示意圖。
具體實(shí)施方式
見圖1，本實(shí)施例的遠(yuǎn)距離無線通信裝置，包括無線收發(fā)單元，與該無線收發(fā)單元相連的用于接受外部微控制器的配置以完成數(shù)據(jù)收發(fā)的SPI接口，依次串接在該無線收發(fā)單元的信號輸出端的第一信號阻抗匹配電路、功率放大模塊和第二信號阻抗匹配電路， 第二信號阻抗匹配電路的信號輸出端與一天線相連。所述無線收發(fā)單元采用型號為nRF24L01的無線收發(fā)芯片。所述功率放大模塊采用型號為MCPOl的功率放大芯片。所述無線收發(fā)單元的電源輸入端連接有電源模塊，該無線收發(fā)單元的時(shí)鐘信號輸入端連接有時(shí)鐘電路。nRF24L01是一款工作在2. 4-2. 5 GHz世界通用ISM頻段的單片無線收發(fā)芯片。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊，該芯片具有自動(dòng)應(yīng)答及自動(dòng)重發(fā)的功能，有ShockBurst 和增強(qiáng)型ShockBurst 兩種數(shù)據(jù)包處理方式。其中輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。nRF24L01功耗低，在以-6dBm的功率發(fā)射時(shí)，工作電流也僅有9mA ;接收時(shí)，工作電流只有12. 3mA。該芯片芯片擁有掉電模式和空閑模式，供電電壓為I. 9 3. 6V，通過模式的切換，可以使得低功耗設(shè)計(jì)成為現(xiàn)實(shí)。數(shù)據(jù)傳輸率為IMbps或2Mbps，MCU通過SPI與該芯片進(jìn)行通信與配置。nRF24L01 內(nèi)置 ShockBurst 和 Enhanced ShockBurst 兩種工作模式。工作于 ShockBurst模式下，當(dāng)接收到有效地址和數(shù)據(jù)時(shí)，IRQ通知MCU，隨后MCU可將接收到的數(shù)據(jù)從RX FIFO中讀出，在ShockBurst模式下，nRF24L01自動(dòng)生成前導(dǎo)碼和CRC校驗(yàn)， 減少了 MCU的工作量。而工作于Enhanced ShockBurst模式下,可以使得雙向鏈路協(xié)議執(zhí)行起來更為容易、有效。發(fā)送方要求終端設(shè)備在接收到數(shù)據(jù)后有應(yīng)答信號，以便于發(fā)送方檢測有無數(shù)據(jù)丟失，一旦數(shù)據(jù)丟失，則通過重新發(fā)送功能將丟失的數(shù)據(jù)恢復(fù)。這樣可以不需要外界微控制器的介入，極大地降低系統(tǒng)功耗和提高系統(tǒng)的工作效率。當(dāng)設(shè)置為接收模式的 nRF24L01可以從6個(gè)數(shù)據(jù)通道接收數(shù)據(jù)(見圖3)，每個(gè)數(shù)據(jù)通道都有唯一的地址，同時(shí)使用一個(gè)相同的頻道，這意味著6個(gè)設(shè)置為發(fā)送模式的nRF24L01可以同時(shí)與一個(gè)設(shè)置為接收的nRF24L01通信，接收方通過數(shù)據(jù)通道地址來區(qū)別不同的發(fā)送方。而設(shè)置為發(fā)送模式的nRF24L01，只有MCU有數(shù)據(jù)發(fā)送，則會啟動(dòng)ShockBurst模式，來發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)發(fā)送完畢后，會產(chǎn)生相應(yīng)的中斷。MCPOl是由MicroLinks公司推出的一款工作在2. 4-2. 5GHz頻段的高線性高效率的功率放大芯片。典型工作電壓3. 3V ;內(nèi)部集成PA (功率放大器)、LNA (低噪聲放大器)、 SPDT switch(單刀雙擲開關(guān))等模塊，輸入、輸出阻抗為50 Q，極大的簡化外圍設(shè)計(jì)電路； 發(fā)送功率增益最高可達(dá)22dB。芯片采用3X3mm的QFN封裝，極大地縮小了開發(fā)電路板面積。 發(fā)送、接收模塊均內(nèi)置，用戶在開發(fā)時(shí)只需考慮阻抗匹配電路和基本的外圍電路，縮短了開發(fā)周期，降低了開發(fā)成本。無線收發(fā)單元主芯片為nRF24L01，主要外圍電路包括時(shí)鐘電路及信號阻抗匹配電路。設(shè)計(jì)過程中，阻抗匹配電路設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵，其影響因素主要有PCB板材介電常數(shù)、銅厚、 走線寬度等；功率放大模塊主芯片為MCP01，無線收發(fā)單元出來的信號經(jīng)過阻抗匹配電路進(jìn)入功率放大模塊進(jìn)行功率放大，然后送入天線完成數(shù)據(jù)的發(fā)射。微控制器通過SPI接口對無線芯片nRF24L01進(jìn)行配置，完成數(shù)據(jù)收發(fā)。SPI (Serial Peripheral Interface—串行外設(shè)接口)總線系統(tǒng)是一種同步串行外設(shè)接口，它可以使MCU與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信以交換信息。SPI有三個(gè)寄存器分別為控制寄存器SPCR，狀態(tài)寄存器SPSR，數(shù)據(jù)寄存器SPDR。外圍設(shè)備FLASHRAM、網(wǎng)絡(luò)控制器、IXD顯示驅(qū)動(dòng)器、A/D轉(zhuǎn)換器和MCU等。SPI總線系統(tǒng)可直接與各個(gè)廠家生產(chǎn)的多種標(biāo)準(zhǔn)外圍器件直接接口，該接口一般使用4條線串行時(shí)鐘線(SCLK)、主機(jī)輸入/從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線MIS0、主機(jī)輸出/從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線MOSI和低電平有效的從機(jī)選擇線SS (有的SPI 接口芯片帶有中斷信號線INT、有的SPI接口芯片沒有主機(jī)輸出/從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線M0SI)。
權(quán)利要求1.一種遠(yuǎn)距離無線通信裝置，其特征在于包括無線收發(fā)單元，與該無線收發(fā)單元相連的用于接受外部微控制器的配置以完成數(shù)據(jù)收發(fā)的SPI接口，依次串接在該無線收發(fā)單兀的信號輸出端的第一信號阻抗匹配電路、功率放大模塊和第二信號阻抗匹配電路，第二信號阻抗匹配電路的信號輸出端與一天線相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的遠(yuǎn)距離無線通信裝置，其特征在于所述無線收發(fā)單元采用型號為nRF24L01的無線收發(fā)芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的遠(yuǎn)距離無線通信裝置，其特征在于所述功率放大模塊采用型號為MCPOl的功率放大芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的遠(yuǎn)距離無線通信裝置，其特征在于所述無線收發(fā)單元的電源輸入端連接有電源模塊，該無線收發(fā)單元的時(shí)鐘信號輸入端連接有時(shí)鐘電路。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、傳輸距離較遠(yuǎn)、傳輸速率較高的遠(yuǎn)距離無線通信裝置，包括無線收發(fā)單元、SPI接口，依次串接在該無線收發(fā)單元的信號輸出端的第一信號阻抗匹配電路、功率放大模塊和第二信號阻抗匹配電路，第二信號阻抗匹配電路與一天線相連。無線收發(fā)單元采用nRF24L01，功率放大模塊采用MCP01。阻抗匹配電路設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵，其影響因素主要有PCB板材介電常數(shù)、銅厚、走線寬度等；功率放大模塊采用的芯片MCP01，無線收發(fā)單元輸出的信號經(jīng)過阻抗匹配電路進(jìn)入功率放大模塊進(jìn)行功率放大，然后送入天線完成數(shù)據(jù)的發(fā)射。外部微控制器通過SPI接口對無線芯片nRF24L01進(jìn)行配置，完成數(shù)據(jù)收發(fā)。
文檔編號H04B1/40GK202353556SQ20112044177
公開日2012年7月25日 申請日期2011年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月10日
發(fā)明者莊華, 莊燕濱, 肖賢建 申請人:常州工學(xué)院