專利名稱：一種實(shí)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(jī)實(shí) 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(qiáng)、適合遠(yuǎn)距離傳輸?shù)拇型ㄐ欧绞?，由于具?結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、使用方便、通信距離和數(shù)據(jù)傳輸速率適當(dāng)及可靠性較高等特 點(diǎn)，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(bào)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(lái)的， 能實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信，也能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)雙向通信，但同一時(shí)刻只能有一個(gè)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(wú)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(dòng)識(shí)別技術(shù)的一種，通過(guò)無(wú)線射頻方式在閱讀器和射頻 卡之間進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)傳輸，以達(dá)到目標(biāo)識(shí)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(wú)磨損、不受環(huán)境影響、 壽命長(zhǎng)、便于使用的特點(diǎn)，而且具有防沖突功能，可同時(shí)處理多張卡片。因此，射 頻識(shí)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(dòng)化、商業(yè)自動(dòng) 化、交通運(yùn)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(lái)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(yùn)營(yíng)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(dú)特作用是能夠在網(wǎng)絡(luò)的虛擬世界中標(biāo) 記現(xiàn)實(shí)世界的任何物或人，具有"標(biāo)記"、"地址號(hào)碼"和"傳感功能"三大功能。 "標(biāo)記"指RFID技術(shù)能夠識(shí)別真實(shí)世界中的物體和人，RFID標(biāo)簽可以與真實(shí)世界 中的任何物體相捆綁，同時(shí)通過(guò)信息的寫(xiě)入提示系統(tǒng)該物品的屬性和特征；"地址號(hào) 碼"指RFID標(biāo)簽可以區(qū)別網(wǎng)絡(luò)中獨(dú)特的實(shí)體位置，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)或兩個(gè)以上的 實(shí)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(shí)現(xiàn)主要是 通過(guò)在RFID標(biāo)簽中植入傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)傳感器RFID標(biāo)簽?zāi)軌驅(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(jìn)一
步擴(kuò)展人類對(duì)外界環(huán)境感知的功能。目前，應(yīng)用于無(wú)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(wú)線設(shè)備，如室內(nèi)燈、電視、空調(diào)、VCD等的無(wú)線開(kāi)關(guān)，但隨著距離的增 加，控制信號(hào)就會(huì)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(hào)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(shí)別技術(shù)和RS-485 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可實(shí)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(bǔ)償由于距離增 加而引起的信號(hào)衰減，從而達(dá)到擴(kuò)大智能中控器對(duì)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(hào)可靠性的目的。本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明提供的一種實(shí)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(jī)ATMEGA16L-8AI，所述單片機(jī)通過(guò)插槽接口 C0N11與射頻無(wú)線模塊連接，并 通過(guò)設(shè)置模塊的RX或TX的工作模式實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)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(jī)讀取撥碼開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行設(shè)定；所述單片機(jī)通過(guò)插槽接口 C0N2、采用一根跳線短接/斷開(kāi)該插槽兩腳的方式實(shí) 現(xiàn)射頻控制/中繼功能，當(dāng)用跳線把插槽的兩腳短接時(shí)，實(shí)現(xiàn)射頻控制功能；當(dāng)跳線 移除，即插槽的兩腳斷開(kāi)時(shí)，實(shí)現(xiàn)中繼功能?！?本發(fā)明采用射頻識(shí)別技術(shù)，并通過(guò)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(shì)，同時(shí)兼有雙向通信以及中繼功能，實(shí)現(xiàn)了智能中控器對(duì)50m范圍外 設(shè)備的有效控制。若無(wú)線設(shè)備距離較遠(yuǎn)，還可串接幾個(gè)射頻收發(fā)器，并通過(guò)RS-485 網(wǎng)絡(luò)與其它設(shè)備相連，布線簡(jiǎn)單且可靠性高，從而擴(kuò)大了智能中控器對(duì)周圍設(shè)備的 有效控制范圍，保證了通信效率及控制信號(hào)的可靠性。本發(fā)明的核心是單片機(jī)ATMEGA16L-8AI，用于負(fù)責(zé)處理和協(xié)調(diào)系統(tǒng)各個(gè)模塊 的通信信號(hào)，支撐上層軟件實(shí)現(xiàn)功能。通過(guò)插槽接口 CON11接入射頻無(wú)線模塊， 并設(shè)置模塊RX/TX工作模式，從而是射頻信號(hào)的接收和發(fā)送的上雙向數(shù)據(jù)傳送功 能。通過(guò)插槽接口 CON2實(shí)現(xiàn)射頻控制/中繼功能。此外，為把程序下載到單片機(jī)上進(jìn)行程序的更新，本發(fā)明所述單片機(jī)通過(guò)插槽 接口 JP1與程序下載模塊連接，實(shí)現(xiàn)程序的下載。本發(fā)明采用RS485網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，通過(guò)芯片MAX485實(shí)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(jìn)一步措施對(duì)于射頻無(wú)線模塊插槽接口 CONll，所述單片機(jī)12-16腳以及19、 20腳與射 頻無(wú)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(wú)線模塊的配置接口， 2腳的DIO是射頻無(wú)線模塊 的輸入輸出口 ，配合3腳的DCLK時(shí)鐘信號(hào)輸入或輸出數(shù)據(jù)；使能TE即TE=1時(shí)， 模塊處于單片機(jī)準(zhǔn)備接收插接的射頻無(wú)線模塊信號(hào)的方向，當(dāng)有配置接口的傳送數(shù)據(jù)指令時(shí)，系統(tǒng)工作在接收來(lái)自射頻無(wú)線模塊數(shù)據(jù)的狀態(tài)；使能RE即RE-1時(shí)， 模塊切換到由插接的射頻無(wú)線模塊讀取單片機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)的方向，當(dāng)有配置接口的允許 讀取系統(tǒng)數(shù)據(jù)指令時(shí)，系統(tǒng)則工作在射頻無(wú)線模塊讀取單片機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)的狀態(tài)。對(duì)于程序下載模塊插槽接口 JP1，所述單片機(jī)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(jī)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(fù)位信號(hào)線。本發(fā)明具有以下有益效果(1) 能夠補(bǔ)償由于距離增加而引起的信號(hào)衰減，擴(kuò)大了智能中控器對(duì)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(hào)的可靠性。(2) 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)布局簡(jiǎn)潔，電路簡(jiǎn)單，使用通用元器件，易于實(shí)現(xiàn)；(3) 硬件結(jié)構(gòu)基于單片機(jī)ATMEGA16L-8AI設(shè)計(jì)，支撐上層軟件，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了 射頻收發(fā)器的射頻無(wú)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(wú)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(guò)插接方式接入或擴(kuò)展功能模塊，簡(jiǎn)便易行；(6) 通過(guò)6腳插槽接入功能模塊，可實(shí)現(xiàn)程序下載，用以更新微處理器的程序。


下面將結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述 圖1是本發(fā)明實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例中單片機(jī)ATMEGA16L-8AI的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明實(shí)施例中供電模塊的示意圖4是本發(fā)明實(shí)施例中射頻無(wú)線模塊插槽接口 CONll的接線示意圖；圖5是本發(fā)明實(shí)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(shí)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(shí)施例中撥碼開(kāi)關(guān)SWDIP-4的接線示意圖；圖8是本發(fā)明實(shí)施例中功能選擇按鍵LOGINKEY的接線示意圖；圖9是本發(fā)明實(shí)施例中射頻/中繼選擇插槽CON2的示意圖；圖IO是本發(fā)明實(shí)施例中狀態(tài)指示燈的示意圖。
具體實(shí)施方式
圖1 圖10所示為本發(fā)明的實(shí)施例。如圖1所示，本實(shí)施例基于單片機(jī) ATMEGA16L-8AI設(shè)計(jì)，采用RS485網(wǎng)絡(luò)布線，通過(guò)插槽接口 CON11和CON6分 別連接射頻無(wú)線模塊和程序下載模塊，從而分別實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的雙向傳送通信以及 程序的下載更新。通過(guò)插槽接口 CON2實(shí)現(xiàn)射頻控制/中繼功能的切換。如圖2所示，單片機(jī)ATMEGA16L-8AI是基于增強(qiáng)的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗 8位CMOS微控制器，負(fù)責(zé)處理和協(xié)調(diào)系統(tǒng)各個(gè)模塊的通信信號(hào)，支撐上層軟件實(shí) 現(xiàn)功能。其數(shù)據(jù)吞吐量可高達(dá)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(dāng)擴(kuò)展接口卡插接到插 槽CON6時(shí)，在CON6指定引腳提供5-18V的直流電源時(shí)，通過(guò)電壓調(diào)整芯片Ul 八81117-33為整個(gè)系統(tǒng)提供3.3￥0(:的工作電源。正常供電時(shí)，指示燈LED1亮。射頻無(wú)線模塊的插槽接口 CON11可由小的射頻無(wú)線模塊插進(jìn)，實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào) 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(jī)12-16腳以及19、 20腳與 射頻無(wú)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(wú)線模塊的輸入輸出口 ，配合3腳的DCLK 時(shí)鐘信號(hào)輸入或輸出數(shù)據(jù)。通過(guò)串口 TX或RX使能TE或RE來(lái)選擇數(shù)據(jù)傳送方向， 并還需通過(guò)配置接口 PCLK、PDATA、PALE指定當(dāng)前的工作狀態(tài)。當(dāng)使能TE(TE=1) 時(shí)，單片機(jī)準(zhǔn)備接收插接的射頻無(wú)線模塊的信號(hào)，并有配置接口的傳送數(shù)據(jù)指令時(shí)， 系統(tǒng)便工作在接收來(lái)自射頻無(wú)線模塊數(shù)據(jù)的狀態(tài)；當(dāng)使能RE (RE=1)時(shí)，模塊切 換到由插接的射頻無(wú)線模塊讀取單片機(jī)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(shí)，系統(tǒng)則工作在射頻無(wú)線模塊讀取單片機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)的狀態(tài)。程序下載模塊插槽接口 JP1是一個(gè)可選模塊，用來(lái)下載程序到單片機(jī) ATMEGA16L-8AI以更新現(xiàn)有程序。如圖5所示，其中單片機(jī)通過(guò)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(shí)現(xiàn)下載程序 到單片機(jī)上進(jìn)行程序的更新；5腳的RST是與單片機(jī)4腳的RST并聯(lián)的，是下載程 序完畢之后的復(fù)位信號(hào)線。本實(shí)施例采用RS485網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，而單片機(jī)的串行通信接口的接口電 平是TTL電平，故需要進(jìn)行TTL電平與RS485電平的轉(zhuǎn)換。如圖6所示，由芯片 MAX485實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換，實(shí)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(jì)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(guò)如圖 7所示的撥碼開(kāi)關(guān)SWDIP-4由人工手動(dòng)選擇，并把該地址信號(hào)傳送至單片機(jī)。由單 片機(jī)ATMEGA16L-8AI把獲取的該4位地址信號(hào)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(lái)在測(cè)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(guò)插槽接口 CON2、采用一根跳線 短接/斷開(kāi)該插槽兩腳的方式實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)跳線把插槽的兩腳短接時(shí)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的是射 頻控制功能；當(dāng)跳線移除，即插槽的兩腳斷開(kāi)時(shí)，系統(tǒng)實(shí)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(lái)指示是否有數(shù)據(jù)正在傳送，當(dāng) 有數(shù)據(jù)傳送時(shí)，LED3與LED4指示燈閃爍表示正在下載傳送。LED5指示燈用來(lái)顯 示整個(gè)系統(tǒng)正處于正常工作狀態(tài)，在系統(tǒng)的整個(gè)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(shí)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(jī)ATMEGA16L-8AI，所述單片機(jī)通過(guò)插槽接口 CON11與射頻無(wú)線 模塊連接，并通過(guò)設(shè)置模塊的RX或TX的工作模式實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)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(jī)讀取撥碼開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行設(shè)定；所述單片機(jī)通過(guò)插槽接口 CON2、采用一根跳線短接/斷開(kāi)該插槽兩腳的方式實(shí) 現(xiàn)射頻控制/中繼功能，當(dāng)用跳線把插槽的兩腳短接時(shí)，實(shí)現(xiàn)射頻控制功能；當(dāng)跳線 移除，即插槽的兩腳斷開(kāi)時(shí)，實(shí)現(xiàn)中繼功能。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)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(jī)通過(guò)插槽接口 JP1與程序下載模塊連接，實(shí)現(xiàn)程序的下載。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的實(shí)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(jìn)行數(shù)據(jù)通信，通過(guò)芯片MAX485實(shí)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(shí)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(jī)12-16腳以及19、 20腳與射頻無(wú)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(wú) 線模塊的配置接口， 2腳的DIO是射頻無(wú)線模塊的輸入輸出口，配合3腳的DCLK 時(shí)鐘信號(hào)輸入或輸出數(shù)據(jù)；使能TE即TE=1時(shí)，模塊處于單片機(jī)準(zhǔn)備接收插接的 射頻無(wú)線模塊信號(hào)的方向，當(dāng)有配置接口的傳送數(shù)據(jù)指令時(shí)，系統(tǒng)工作在接收來(lái)自 射頻無(wú)線模塊數(shù)據(jù)的狀態(tài)；使能RE即RE=1時(shí)，模塊切換到由插接的射頻無(wú)線模 塊讀取單片機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)的方向，當(dāng)有配置接口的允許讀取系統(tǒng)數(shù)據(jù)指令時(shí)，系統(tǒng)則工作在射頻無(wú)線模塊讀取單片機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)的狀態(tài)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的實(shí)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(jī)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(jī)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(fù)位信號(hào)線。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種實(shí)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(jī)ATMEGA16L-8AI，所述單片機(jī)通過(guò)插槽接口CON11與射頻無(wú)線模塊連接，并通過(guò)設(shè)置模塊的RX或TX的工作模式實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)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(jī)讀取撥碼開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行設(shè)定；所述單片機(jī)通過(guò)插槽接口CON2、采用一根跳線短接/斷開(kāi)該插槽兩腳的方式實(shí)現(xiàn)射頻控制/中繼功能。本發(fā)明同時(shí)實(shí)現(xiàn)了射頻收發(fā)器的射頻無(wú)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(guò)插接方式接入或擴(kuò)展功能模塊，簡(jiǎn)便易行；并可實(shí)現(xiàn)程序下載，以更新微處理器的程序。
文檔編號(hào)H04B1/40GK101145795SQ20071003120
公開(kāi)日2008年3月19日 申請(qǐng)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(qǐng)人:廣州市聚暉電子科技有限公司;中山大學(xué)