1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　樓宇設(shè)備測(cè)控系統(tǒng)包括nRF24LEl無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)采集與控制模塊、nRF24LUl+無(wú)線(xiàn)USB接口模塊和PC機(jī)構(gòu)成的樓宇設(shè)備測(cè)控中心，系統(tǒng)方框圖如圖l所示。

　　無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)采集與控制模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制各樓宇設(shè)備子系統(tǒng)，負(fù)責(zé)各個(gè)子系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集、緩存和轉(zhuǎn)發(fā)，并實(shí)時(shí)將各子系統(tǒng)監(jiān)控的狀態(tài)變化以無(wú)線(xiàn)方式，通過(guò)無(wú)線(xiàn)USB接口模塊傳送給監(jiān)控中心。同時(shí)，監(jiān)控中心也通過(guò)無(wú)線(xiàn)USB接口模塊以無(wú)線(xiàn)方式將控制命令傳送給無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)采集模塊，實(shí)現(xiàn)各樓宇設(shè)備子系統(tǒng)的控制。
　　2 無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)采集模塊電路
　　無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)采集模塊是以nRF24LEl低成本、高性能的嵌入式微處理器智能射頻收發(fā)器為。
　　nRF24LEl是一款適合超低功耗無(wú)線(xiàn)應(yīng)用的SoC，片上集成了Intel805l 8位微處理器、nash存儲(chǔ)器、低功耗振蕩器、實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器、AES硬件加密器、隨機(jī)數(shù)據(jù)發(fā)生器、節(jié)能控制等部件，并提供了一個(gè)理想的無(wú)線(xiàn)協(xié)議平臺(tái)，以保證協(xié)議的無(wú)縫連接、安全性、低功耗以及抗干擾性能。對(duì)于應(yīng)用層，nRF24LEl提供主從SPI接口，UART，6～12位A／D轉(zhuǎn)換器，PWM，模擬比較器，定時(shí)器以及外部中斷等外設(shè)功能，以滿(mǎn)足測(cè)量與控制需要。
　

　　智能樓宇測(cè)控系統(tǒng)的nRF24LEl無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)采集
　　3 無(wú)線(xiàn)USB模塊電路
　　無(wú)線(xiàn)USB模塊電路由nRF24LUl+實(shí)現(xiàn)。nRF24LUl+內(nèi)置有2．4 GHz射頻收／發(fā)內(nèi)核，支持12 Mh／s全速USB接口，具有2 Mb／s的空中無(wú)線(xiàn)速率。具有內(nèi)部穩(wěn)壓器，直接使用USB總線(xiàn)供電，而不需要外部穩(wěn)壓器，節(jié)約成本和PCB板空間。集成的PLL鎖相環(huán)合成器可為射頻及USB提供時(shí)鐘，無(wú)需外部濾波、諧振器和壓控二極管，只需要低成本的±6×10-9的16 MHz晶體。nRF24LUl+構(gòu)成的無(wú)線(xiàn)USB模塊電路如圖3所示。
　

　　4 外圍電路
　　4．1 天線(xiàn)輸出
　　nRF24LEl和nRF24LUl+的ANTl和ANT2輸出引腳給天線(xiàn)提供平衡的射頻輸出，該輸出引腳必須有到VDD_PA的直流通路，通過(guò)高頻的扼流圈或平衡偶極子天線(xiàn)的中心點(diǎn)。以nRF24LUl+為例．獲得輸出功率推薦0 dBm，推薦使用(15+j88)Ω的負(fù)載，通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的匹配網(wǎng)絡(luò)在A(yíng)NTl和ANT2及負(fù)載之間，也可以獲得一個(gè)較低的負(fù)載阻抗(如50 Ω)。
　　4．2 晶體振蕩器
　　用于nRF24LEl和nRF24LUl+的晶體振蕩器必須滿(mǎn)足產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格的要求。必須使用一個(gè)低負(fù)載電容的晶體來(lái)獲得低功耗和快速的啟動(dòng)時(shí)間。低負(fù)載電容C0對(duì)降低功耗和加快啟動(dòng)時(shí)間有利，但可能會(huì)增加成本。典型取值C0=1．5 pF，取值C0max=7．0 pF。晶體負(fù)載電容CL需要考慮電路板上的分布電容，以及從XCl和XC2引腳上的電容(典型值為1pF)。
　　4．3 PCB設(shè)計(jì)
　　良好的PCB布局是保證獲得好的射頻性能的基礎(chǔ)，一個(gè)完全經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的nRF24LEl和nRF24LUl+及其周?chē)ㄆヅ渚W(wǎng)絡(luò)的布局可以在WWW．nordicsemi．no獲得。PCB設(shè)計(jì)至少需要雙層板，需要專(zhuān)門(mén)的接地層以獲得性能。nRF24LEl和nRF24LUl+的直流供電必須盡可能靠近VDD引腳放置，并用高頻電容進(jìn)行耦合，電容值和PCB布局參見(jiàn)相關(guān)器件數(shù)據(jù)手冊(cè)。
　　nRF24LEl和nRF24LUl+的供電電源必須經(jīng)過(guò)良好的濾波，并且電源走線(xiàn)與任何數(shù)字電路供電分開(kāi)。應(yīng)該避免PCB上有長(zhǎng)電源走線(xiàn)，所有的器件地，VDD連接和VDD旁路電容應(yīng)盡可能靠近nRF24LEl和nRF24LUl+放置，VSS引腳應(yīng)直接連接至大面積的敷銅地，或者通過(guò)過(guò)孔連接到接地層，即過(guò)孔盡可能靠近所連接的VSS焊盤(pán)，每個(gè)VSS引腳應(yīng)確保至少有1個(gè)過(guò)孔連接。
　　滿(mǎn)幅數(shù)據(jù)或控制信號(hào)不能與晶體或供電電源走線(xiàn)距離太近。器件底部的金屬片連接到其基底地，推薦PCB設(shè)計(jì)時(shí)將其懸空。
　　5 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)
　　系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)可以在Nordic公司提供的nRFgo嵌入式仿真開(kāi)發(fā)平臺(tái)上進(jìn)行。nRFgo嵌入式仿真開(kāi)發(fā)平臺(tái)可以提供功能演示、*估開(kāi)發(fā)、實(shí)時(shí)仿真、芯片燒錄等多項(xiàng)功能，并可以與Keil開(kāi)發(fā)環(huán)境無(wú)縫鏈接。
　　5．1 增強(qiáng)型Sllock Burst模式的PTX
　　系統(tǒng)工作在增強(qiáng)型Shock Burst模式的PTX程序流程如圖4所示。通過(guò)設(shè)置RFCON寄存器中的rfce位為高，激活PTX模式。如果當(dāng)前在TX FI-FO有數(shù)據(jù)，射頻收／發(fā)進(jìn)入發(fā)射模式并發(fā)送數(shù)據(jù)包。如果自動(dòng)重發(fā)使能，狀態(tài)機(jī)將檢查是否NO_ACK標(biāo)志已經(jīng)置位，如果沒(méi)有置位，射頻收／發(fā)部分將進(jìn)入接收模式接收ACK包。如果收到的是空ACK包，將只有TX_DS TRQ中斷被設(shè)置。如果ACK包包含載荷，TX_DS IRQ和RX_DR_IRQ2個(gè)中斷均在射頻收／發(fā)返回待機(jī)模式I前被同時(shí)設(shè)置。
　

　　如果在接收超時(shí)前沒(méi)有收到ACK包，射頻收／發(fā)將進(jìn)入待機(jī)模式Ⅱ，并將一直停留在待機(jī)模式Ⅱ直到ARD到來(lái)。如果還未達(dá)到ARC所定義的重發(fā)次數(shù)，射頻收／發(fā)部分將進(jìn)入發(fā)射模式再次重發(fā)上一個(gè)包。當(dāng)執(zhí)行自動(dòng)重發(fā)功能時(shí)，重發(fā)次數(shù)由ARC定義。當(dāng)達(dá)到重發(fā)次數(shù)時(shí)，射頻收／發(fā)部分設(shè)置MAX_RT IRQ中斷并返回待機(jī)模式I。如果RFCON寄存器中為高而TX FIF0為空，射頻收／發(fā)部分進(jìn)入待機(jī)模式Ⅱ。
　　5．2 增強(qiáng)型Shock Burst模式的PRX

　　系統(tǒng)工作在增強(qiáng)型Shock Burst模式的PRX程序流程如圖5所示。
　　通過(guò)設(shè)置RFCON寄存器中的rfee位為高激活PRX模式。射頻收／發(fā)部分進(jìn)入接收模式并搜索有效數(shù)據(jù)包。如果收到數(shù)據(jù)包并且自動(dòng)應(yīng)答已經(jīng)使能，射頻收／發(fā)部分將確定是否為新的數(shù)據(jù)包：如果是新的數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)載荷將移入RXFIFO并且RX_DR IRQ中斷將被置位；如果收到的帶載荷的應(yīng)答包TX_DS IRQ中斷將指示PTX收到一個(gè)帶載荷的應(yīng)答包；如果NO_ACK標(biāo)志在接收到的應(yīng)答包中沒(méi)有被置位，PRX進(jìn)入發(fā)射模式：如果TX FIFO中有一個(gè)掛起的載荷，將被附在應(yīng)答包中發(fā)送出去。ACK應(yīng)答包發(fā)送完成后，射頻收／發(fā)返回接收模式；如果應(yīng)答包丟失，將會(huì)再次收到上一個(gè)包，PRX將丟棄此包并在返回接收模式前發(fā)送一個(gè)應(yīng)答包。
　　6 結(jié)束語(yǔ)
　　所設(shè)計(jì)的無(wú)線(xiàn)樓宇設(shè)備測(cè)控系統(tǒng)采用nRF24LEl無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)采集模塊和nRF24LUl+無(wú)線(xiàn)USB模塊，具有低功耗、處理速度快、使用安裝靈活、傳輸速度快、可靠性高、安裝費(fèi)用低廉等優(yōu)點(diǎn)，試驗(yàn)證明該測(cè)控系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足智能化樓宇測(cè)量與控制需要。