文档介绍：摘要: ISM频段射频收发芯片NRF2401的计算机短距离无线数据采集系统。该系统采用PC作为系统控制中心,以C8051F021单片机为核心构成数据采集传送的前端,并且采用NRF2401芯片进行数据无线发射与接收。
关键词:ISM频段; 射频; C8051F021单片机; NRF2401
引言
针对某医疗装置中的人体生理信号采集和传输问题,本文设计了计算机近距离无线数据采集系统。采用Nodic公司的NRF2401作为无线收发核心器件。系统由一台PC、无线数据接收模块和无线数据采集发射模块组成。无线数据发射模块以C8051F021单片机为处理核心,采用单片机内部的12位ADC对现场的模拟信号进行采集和发送;无线数据接收模块以C8051F021单片机作为处理核心,接收与发射模块由NRF2401无线收发芯片完成,采用MAX5591实现12位D/A转换,采用 RS-485总线与PC进行通信,它负责现场数据的接收和初步处理,并转发给PC以供显示和监控,同时将数字量转换为模拟量,供示波器显示;PC有良好的人机界面,利用NI的虚拟示波器显示远端现场采集的数据,并可以向现场的采集模块发送控制命令,同时可以实现保存采集数据、打印、回放历史数据等功能。
系统分析及设计
计算机短距离无线数据采集系统组成如图1所示。
图 1 系统组成框图
系统分析及硬件设计
由于现场要采集的数据为医学人体实验数据,幅值大约在-~+,频率为300Hz,要求测量误差低于10mV,C8051F021自带的12位ADC在精度上可以满足要求;但是单片机中的ADC要求输入为正电压,同时考虑到转换精度要求,故需要对信号进行转换,将原信号转换为幅值在0~3V、频率300Hz左右的信号。可以利用MAX4194组成信号转换电路,。这样,原先-~0V之间的电压信号转换为0~,而原先0V~~。这样就完成了原始信号的转换,适应了单片机的输入要求。单片机A/,由MAX6013提供。
考虑到无线数据的发送与接收特点,故选用Nordic 公司的NRF2401芯片。NRF2401是单片射频收发芯片,~ ISM频段,芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块,输出功率和通信频道可通过程序进行配置。芯片功耗非常低,以-5dBm的功率发射时,,接收时工作电流只有18mA。其独有的DuoCeiver技术使NRF2401可以使用同一天线,同时接收两个不同频道的数据。NRF2401使用跳频技术,在2400MHz~2527MHz之间设立了128个频道(每个频道带宽1MHz),频道间的切换时间小于200ms。此外,NRF2401内置CRC编解码模块,可以在不增加编程难度的条件下减小误码率。
无线数据接收后,要进行D/A转换,供示波器观看;考虑到数据的采集精度要求,故采用了
MAX5591作为转换器件,一方面可以方便地与C8051F021单片机SPI接口连接,另一方面,它是12位DAC,与采集端的ADC匹配,可减小转换误差。
无线数据接收到终端后,要求能直