專利名稱：一種實現(xiàn)雙向通信和中繼功能的射頻收發(fā)器硬件結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，尤其涉及一種基于ATMEGA16L-8AI單片機實 現(xiàn)具有雙向通信和中繼功能的射頻收發(fā)器。
技術(shù)背景RS485網(wǎng)絡(luò)是一種抗干擾能力強、適合遠距離傳輸?shù)拇型ㄐ欧绞剑捎诰哂?結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、使用方便、通信距離和數(shù)據(jù)傳輸速率適當及可靠性較高等特 點，被廣泛應(yīng)用于儀器儀表、智能化傳感器集散控制、智能化大樓、監(jiān)控報警、鐵 路通信和電力數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域。RS-485是在RS-422和RS-232的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的， 能實現(xiàn)一點對多點的通信，也能實現(xiàn)多點雙向通信，但同一時刻只能有一個發(fā)送器， 其余的為接收器，即一主多從的通信方式。目前RS485網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在無數(shù)的通信網(wǎng)絡(luò) 中保持著中流砥柱地位。射頻技術(shù)(RFID)是自動識別技術(shù)的一種，通過無線射頻方式在閱讀器和射頻 卡之間進行非接觸雙向數(shù)據(jù)傳輸，以達到目標識別和數(shù)據(jù)交換的目的。與傳統(tǒng)的條 型碼、磁卡及IC卡相比，射頻卡具有非接觸、閱讀速度快、無磨損、不受環(huán)境影響、 壽命長、便于使用的特點，而且具有防沖突功能，可同時處理多張卡片。因此，射 頻識別技術(shù)在最近幾年得到了快速的發(fā)展，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動 化、交通運輸控制管理等眾多領(lǐng)域。隨著RFID受到全球的普遍關(guān)注，如何將RFID與現(xiàn)有的通信系統(tǒng)乃至未來的 通信系統(tǒng)相結(jié)合以產(chǎn)生新的業(yè)務(wù)和應(yīng)用，引起了包括運營商和設(shè)備商在內(nèi)的通信業(yè) 者的廣泛關(guān)注。從本質(zhì)上看，RFID技術(shù)的獨特作用是能夠在網(wǎng)絡(luò)的虛擬世界中標 記現(xiàn)實世界的任何物或人，具有"標記"、"地址號碼"和"傳感功能"三大功能。 "標記"指RFID技術(shù)能夠識別真實世界中的物體和人，RFID標簽可以與真實世界 中的任何物體相捆綁，同時通過信息的寫入提示系統(tǒng)該物品的屬性和特征；"地址號 碼"指RFID標簽可以區(qū)別網(wǎng)絡(luò)中獨特的實體位置，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中兩個或兩個以上的 實體能夠利用ID互相通信。ID使物體在網(wǎng)絡(luò)的世界中擁有自己的虛擬地址，這涉 及到ID的定義、ID的管理、安全及隱私的多方面考慮；"傳感功能"的實現(xiàn)主要是 通過在RFID標簽中植入傳感器來實現(xiàn)的，通過傳感器RFID標簽能夠?qū)χ車囟?環(huán)境信息有所反應(yīng)，如溫度、濕度、人體血壓等，從而具備感應(yīng)傳遞的功能，進一
步擴展人類對外界環(huán)境感知的功能。目前，應(yīng)用于無線智能家居系統(tǒng)的射頻收發(fā)器，智能中控器可以直接控制50m 范圍內(nèi)的無線設(shè)備，如室內(nèi)燈、電視、空調(diào)、VCD等的無線開關(guān)，但隨著距離的增 加，控制信號就會衰減，以致控制能力降低甚至失效，從而降低了通信效率及控制 信號的可靠性。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)合射頻識別技術(shù)和RS-485 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可實現(xiàn)雙向通信和中繼功能的射頻收發(fā)器硬件結(jié)構(gòu)，以補償由于距離增 加而引起的信號衰減，從而達到擴大智能中控器對周圍設(shè)備的有效控制范圍，保證 通信效率及提高控制信號可靠性的目的。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)本發(fā)明提供的一種實現(xiàn)雙向通信和中繼功能的射頻收發(fā)器硬件結(jié)構(gòu)，基于單片 機ATMEGA16L-8AI，所述單片機通過插槽接口 C0N11與射頻無線模塊連接，并 通過設(shè)置模塊的RX或TX的工作模式實現(xiàn)射頻信號的接收或發(fā)送；射頻通信的設(shè)備地址共8位，高4位為設(shè)備類型地址并由軟件設(shè)定；低4位為 設(shè)備地址，由單片機讀取撥碼開關(guān)狀態(tài)進行設(shè)定；所述單片機通過插槽接口 C0N2、采用一根跳線短接/斷開該插槽兩腳的方式實 現(xiàn)射頻控制/中繼功能，當用跳線把插槽的兩腳短接時，實現(xiàn)射頻控制功能；當跳線 移除，即插槽的兩腳斷開時，實現(xiàn)中繼功能?！?本發(fā)明采用射頻識別技術(shù)，并通過RS-485網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)的其它設(shè)備相連，結(jié)合 了兩者的優(yōu)勢，同時兼有雙向通信以及中繼功能，實現(xiàn)了智能中控器對50m范圍外 設(shè)備的有效控制。若無線設(shè)備距離較遠，還可串接幾個射頻收發(fā)器，并通過RS-485 網(wǎng)絡(luò)與其它設(shè)備相連，布線簡單且可靠性高，從而擴大了智能中控器對周圍設(shè)備的 有效控制范圍，保證了通信效率及控制信號的可靠性。本發(fā)明的核心是單片機ATMEGA16L-8AI，用于負責處理和協(xié)調(diào)系統(tǒng)各個模塊 的通信信號，支撐上層軟件實現(xiàn)功能。通過插槽接口 CON11接入射頻無線模塊， 并設(shè)置模塊RX/TX工作模式，從而是射頻信號的接收和發(fā)送的上雙向數(shù)據(jù)傳送功 能。通過插槽接口 CON2實現(xiàn)射頻控制/中繼功能。此外，為把程序下載到單片機上進行程序的更新，本發(fā)明所述單片機通過插槽 接口 JP1與程序下載模塊連接，實現(xiàn)程序的下載。本發(fā)明采用RS485網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)通信，通過芯片MAX485實現(xiàn)TTL電平與 RS485差分電平的轉(zhuǎn)換。本發(fā)明可采取如下進一步措施對于射頻無線模塊插槽接口 CONll，所述單片機12-16腳以及19、 20腳與射 頻無線模塊插槽接口 CONll的相應(yīng)引腳連接；所述插槽接口 CONll中4-6腳的 PCLK、 PDATA、 PALE是射頻無線模塊的配置接口， 2腳的DIO是射頻無線模塊 的輸入輸出口 ，配合3腳的DCLK時鐘信號輸入或輸出數(shù)據(jù)；使能TE即TE=1時， 模塊處于單片機準備接收插接的射頻無線模塊信號的方向，當有配置接口的傳送數(shù)據(jù)指令時，系統(tǒng)工作在接收來自射頻無線模塊數(shù)據(jù)的狀態(tài)；使能RE即RE-1時， 模塊切換到由插接的射頻無線模塊讀取單片機內(nèi)數(shù)據(jù)的方向，當有配置接口的允許 讀取系統(tǒng)數(shù)據(jù)指令時，系統(tǒng)則工作在射頻無線模塊讀取單片機內(nèi)數(shù)據(jù)的狀態(tài)。對于程序下載模塊插槽接口 JP1，所述單片機上1-3腳的MOSI、 MISO、 SCK 線與所述插槽接口 JP1的相應(yīng)引腳連接；單片機4腳的RST與插槽接口 JP1上5腳 的RST并聯(lián)，作為下載程序完畢之后的復位信號線。本發(fā)明具有以下有益效果(1) 能夠補償由于距離增加而引起的信號衰減，擴大了智能中控器對周圍設(shè)備 的有效控制范圍，保證了通信效率，并提高了控制信號的可靠性。(2) 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計布局簡潔，電路簡單，使用通用元器件，易于實現(xiàn)；(3) 硬件結(jié)構(gòu)基于單片機ATMEGA16L-8AI設(shè)計，支撐上層軟件，同時實現(xiàn)了 射頻收發(fā)器的射頻無線模塊協(xié)議和RS485網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；(4) 采用了 RS485網(wǎng)絡(luò)布線，RS485網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在無線通信網(wǎng)絡(luò)中保持著中流 砥柱地位；(5) 采用多種具有相應(yīng)插口的插槽，通過插接方式接入或擴展功能模塊，簡便易行；(6) 通過6腳插槽接入功能模塊，可實現(xiàn)程序下載，用以更新微處理器的程序。


下面將結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述 圖1是本發(fā)明實施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實施例中單片機ATMEGA16L-8AI的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明實施例中供電模塊的示意圖4是本發(fā)明實施例中射頻無線模塊插槽接口 CONll的接線示意圖；圖5是本發(fā)明實施例中程序下載模塊插槽接口 JP1的接線示意圖；圖6是本發(fā)明實施例中電平轉(zhuǎn)換模塊MAX485的接線示意圖；圖7是本發(fā)明實施例中撥碼開關(guān)SWDIP-4的接線示意圖；圖8是本發(fā)明實施例中功能選擇按鍵LOGINKEY的接線示意圖；圖9是本發(fā)明實施例中射頻/中繼選擇插槽CON2的示意圖；圖IO是本發(fā)明實施例中狀態(tài)指示燈的示意圖。
具體實施方式
圖1 圖10所示為本發(fā)明的實施例。如圖1所示，本實施例基于單片機 ATMEGA16L-8AI設(shè)計，采用RS485網(wǎng)絡(luò)布線，通過插槽接口 CON11和CON6分 別連接射頻無線模塊和程序下載模塊，從而分別實現(xiàn)射頻信號的雙向傳送通信以及 程序的下載更新。通過插槽接口 CON2實現(xiàn)射頻控制/中繼功能的切換。如圖2所示，單片機ATMEGA16L-8AI是基于增強的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗 8位CMOS微控制器，負責處理和協(xié)調(diào)系統(tǒng)各個模塊的通信信號，支撐上層軟件實 現(xiàn)功能。其數(shù)據(jù)吞吐量可高達lMPIS/MHz，可減緩系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛 盾。系統(tǒng)電源由電源芯片UlAS1117-33提供，如圖3所示，當擴展接口卡插接到插 槽CON6時，在CON6指定引腳提供5-18V的直流電源時，通過電壓調(diào)整芯片Ul 八81117-33為整個系統(tǒng)提供3.3￥0(:的工作電源。正常供電時，指示燈LED1亮。射頻無線模塊的插槽接口 CON11可由小的射頻無線模塊插進，實現(xiàn)射頻信號 的接收和發(fā)送的雙向數(shù)據(jù)傳送功能。如圖4所示，單片機12-16腳以及19、 20腳與 射頻無線模塊插槽接口 CON11的相應(yīng)引腳連接。4-6腳的PCLK、 PDATA、 PALE 是該模塊的配置接口 ， 2腳的DIO是射頻無線模塊的輸入輸出口 ，配合3腳的DCLK 時鐘信號輸入或輸出數(shù)據(jù)。通過串口 TX或RX使能TE或RE來選擇數(shù)據(jù)傳送方向， 并還需通過配置接口 PCLK、PDATA、PALE指定當前的工作狀態(tài)。當使能TE(TE=1) 時，單片機準備接收插接的射頻無線模塊的信號，并有配置接口的傳送數(shù)據(jù)指令時， 系統(tǒng)便工作在接收來自射頻無線模塊數(shù)據(jù)的狀態(tài)；當使能RE (RE=1)時，模塊切 換到由插接的射頻無線模塊讀取單片機內(nèi)數(shù)據(jù)的方向，并有配置接口的允許讀取系 統(tǒng)數(shù)據(jù)指令時，系統(tǒng)則工作在射頻無線模塊讀取單片機內(nèi)數(shù)據(jù)的狀態(tài)。程序下載模塊插槽接口 JP1是一個可選模塊，用來下載程序到單片機 ATMEGA16L-8AI以更新現(xiàn)有程序。如圖5所示，其中單片機通過1-3腳的MOSI、 MISO、 SCK線與程序下載模塊從插槽接口 JP1相應(yīng)引腳連接，從而實現(xiàn)下載程序 到單片機上進行程序的更新；5腳的RST是與單片機4腳的RST并聯(lián)的，是下載程 序完畢之后的復位信號線。本實施例采用RS485網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)通信，而單片機的串行通信接口的接口電 平是TTL電平，故需要進行TTL電平與RS485電平的轉(zhuǎn)換。如圖6所示，由芯片 MAX485實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)TTL電平與RS485網(wǎng)絡(luò)的差分電平的轉(zhuǎn)換。由于軟件設(shè)計只設(shè)定了射頻通信設(shè)備的高4位地址，低4位地址必須通過如圖 7所示的撥碼開關(guān)SWDIP-4由人工手動選擇，并把該地址信號傳送至單片機。由單 片機ATMEGA16L-8AI把獲取的該4位地址信號賦予到設(shè)備的低4位地址，與程序 設(shè)定的高4位地址一起構(gòu)成射頻通信設(shè)備完整的8位地址。如圖8所示為功能選擇健LOGINKEY，用來在測試模式/正常工作模式之間的選擇。如圖9所示，射頻控制/中繼功能狀態(tài)是通過插槽接口 CON2、采用一根跳線 短接/斷開該插槽兩腳的方式實現(xiàn)的，當跳線把插槽的兩腳短接時，系統(tǒng)實現(xiàn)的是射 頻控制功能；當跳線移除，即插槽的兩腳斷開時，系統(tǒng)實現(xiàn)的是中繼功能。如圖IO所示是狀態(tài)指示燈。LED3與LED4用來指示是否有數(shù)據(jù)正在傳送，當 有數(shù)據(jù)傳送時，LED3與LED4指示燈閃爍表示正在下載傳送。LED5指示燈用來顯 示整個系統(tǒng)正處于正常工作狀態(tài)，在系統(tǒng)的整個正常工作狀態(tài)中，該指示燈都是亮 的。
權(quán)利要求
1、 一種實現(xiàn)雙向通信和中繼功能的射頻收發(fā)器硬件結(jié)構(gòu)，其特征在于基于單片機ATMEGA16L-8AI，所述單片機通過插槽接口 CON11與射頻無線 模塊連接，并通過設(shè)置模塊的RX或TX的工作模式實現(xiàn)射頻信號的接收或發(fā)送；射頻通信的設(shè)備地址共8位，高4位為設(shè)備類型地址并由軟件設(shè)定；低4位為 設(shè)備地址，由單片機讀取撥碼開關(guān)狀態(tài)進行設(shè)定；所述單片機通過插槽接口 CON2、采用一根跳線短接/斷開該插槽兩腳的方式實 現(xiàn)射頻控制/中繼功能，當用跳線把插槽的兩腳短接時，實現(xiàn)射頻控制功能；當跳線 移除，即插槽的兩腳斷開時，實現(xiàn)中繼功能。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實現(xiàn)雙向通信和中繼功能的射頻收發(fā)器硬件結(jié)構(gòu)，其 特征在于所述單片機通過插槽接口 JP1與程序下載模塊連接，實現(xiàn)程序的下載。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的實現(xiàn)雙向通信和中繼功能的射頻收發(fā)器硬件結(jié)構(gòu)， 其特征在于采用RS485網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)通信，通過芯片MAX485實現(xiàn)TTL電平與 RS485差分電平的轉(zhuǎn)換。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實現(xiàn)雙向通信和中繼功能的射頻收發(fā)器硬件結(jié)構(gòu)，其 特征在于所述單片機12-16腳以及19、 20腳與射頻無線模塊插槽接口 CON11的 相應(yīng)引腳連接；所述插槽接口 CON11中4-6腳的PCLK、 PDATA、 PALE是射頻無 線模塊的配置接口， 2腳的DIO是射頻無線模塊的輸入輸出口，配合3腳的DCLK 時鐘信號輸入或輸出數(shù)據(jù)；使能TE即TE=1時，模塊處于單片機準備接收插接的 射頻無線模塊信號的方向，當有配置接口的傳送數(shù)據(jù)指令時，系統(tǒng)工作在接收來自 射頻無線模塊數(shù)據(jù)的狀態(tài)；使能RE即RE=1時，模塊切換到由插接的射頻無線模 塊讀取單片機內(nèi)數(shù)據(jù)的方向，當有配置接口的允許讀取系統(tǒng)數(shù)據(jù)指令時，系統(tǒng)則工作在射頻無線模塊讀取單片機內(nèi)數(shù)據(jù)的狀態(tài)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的實現(xiàn)雙向通信和中繼功能的射頻收發(fā)器硬件結(jié)構(gòu)，其 特征在于所述單片機上1-3腳的MOSI、 MISO、 SCK線與所述插槽接口 JP1的相 應(yīng)引腳連接；單片機4腳的RST與插槽接口 JP1上5腳的RST并聯(lián)，作為下載程 序完畢之后的復位信號線。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實現(xiàn)雙向通信和中繼功能的射頻收發(fā)器硬件結(jié)構(gòu)，基于單片機ATMEGA16L-8AI，所述單片機通過插槽接口CON11與射頻無線模塊連接，并通過設(shè)置模塊的RX或TX的工作模式實現(xiàn)射頻信號的接收或發(fā)送；射頻通信的設(shè)備地址共8位，高4位為設(shè)備類型地址并由軟件設(shè)定；低4位為設(shè)備地址，由單片機讀取撥碼開關(guān)狀態(tài)進行設(shè)定；所述單片機通過插槽接口CON2、采用一根跳線短接/斷開該插槽兩腳的方式實現(xiàn)射頻控制/中繼功能。本發(fā)明同時實現(xiàn)了射頻收發(fā)器的射頻無線模塊協(xié)議和RS485網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；采用多種具有相應(yīng)插口的插槽，通過插接方式接入或擴展功能模塊，簡便易行；并可實現(xiàn)程序下載，以更新微處理器的程序。
文檔編號H04B1/40GK101145795SQ20071003120
公開日2008年3月19日 申請日期2007年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月1日
發(fā)明者周健輝, 炅 王, 王建民, 羅笑南 申請人:廣州市聚暉電子科技有限公司;中山大學