专利名称：一种实现双向通信和中继功能的射频收发器硬件结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种网络通信技术，尤其涉及一种基于ATMEGA16L-8AI单片机实 现具有双向通信和中继功能的射频收发器。
技术背景RS485网络是一种抗干扰能力强、适合远距离传输的串行通信方式，由于具有 结构简单、价格低廉、使用方便、通信距离和数据传输速率适当及可靠性较高等特 点，被广泛应用于仪器仪表、智能化传感器集散控制、智能化大楼、监控报警、铁 路通信和电力数据采集等领域。RS-485是在RS-422和RS-232的基础上发展起来的， 能实现一点对多点的通信，也能实现多点双向通信，但同一时刻只能有一个发送器， 其余的为接收器，即一主多从的通信方式。目前RS485网络技术在无数的通信网络 中保持着中流砥柱地位。射频技术(RFID)是自动识别技术的一种，通过无线射频方式在阅读器和射频 卡之间进行非接触双向数据传输，以达到目标识别和数据交换的目的。与传统的条 型码、磁卡及IC卡相比，射频卡具有非接触、阅读速度快、无磨损、不受环境影响、 寿命长、便于使用的特点，而且具有防冲突功能，可同时处理多张卡片。因此，射 频识别技术在最近几年得到了快速的发展，已被广泛应用于工业自动化、商业自动 化、交通运输控制管理等众多领域。随着RFID受到全球的普遍关注，如何将RFID与现有的通信系统乃至未来的 通信系统相结合以产生新的业务和应用，引起了包括运营商和设备商在内的通信业 者的广泛关注。从本质上看，RFID技术的独特作用是能够在网络的虚拟世界中标 记现实世界的任何物或人，具有"标记"、"地址号码"和"传感功能"三大功能。 "标记"指RFID技术能够识别真实世界中的物体和人，RFID标签可以与真实世界 中的任何物体相捆绑，同时通过信息的写入提示系统该物品的属性和特征；"地址号 码"指RFID标签可以区别网络中独特的实体位置，实现网络中两个或两个以上的 实体能够利用ID互相通信。ID使物体在网络的世界中拥有自己的虚拟地址，这涉 及到ID的定义、ID的管理、安全及隐私的多方面考虑；"传感功能"的实现主要是 通过在RFID标签中植入传感器来实现的，通过传感器RFID标签能够对周围特定 环境信息有所反应，如温度、湿度、人体血压等，从而具备感应传递的功能，进一
步扩展人类对外界环境感知的功能。目前，应用于无线智能家居系统的射频收发器，智能中控器可以直接控制50m 范围内的无线设备，如室内灯、电视、空调、VCD等的无线开关，但随着距离的增 加，控制信号就会衰减，以致控制能力降低甚至失效，从而降低了通信效率及控制 信号的可靠性。 发明内容本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结合射频识别技术和RS-485 网络技术，可实现双向通信和中继功能的射频收发器硬件结构，以补偿由于距离增 加而引起的信号衰减，从而达到扩大智能中控器对周围设备的有效控制范围，保证 通信效率及提高控制信号可靠性的目的。本发明的目的通过以下技术方案予以实现本发明提供的一种实现双向通信和中继功能的射频收发器硬件结构，基于单片 机ATMEGA16L-8AI，所述单片机通过插槽接口 C0N11与射频无线模块连接，并 通过设置模块的RX或TX的工作模式实现射频信号的接收或发送；射频通信的设备地址共8位，高4位为设备类型地址并由软件设定；低4位为 设备地址，由单片机读取拨码开关状态进行设定；所述单片机通过插槽接口 C0N2、采用一根跳线短接/断开该插槽两脚的方式实 现射频控制/中继功能，当用跳线把插槽的两脚短接时，实现射频控制功能；当跳线 移除，即插槽的两脚断开时，实现中继功能。— 本发明采用射频识别技术，并通过RS-485网络与系统的其它设备相连，结合 了两者的优势，同时兼有双向通信以及中继功能，实现了智能中控器对50m范围外 设备的有效控制。若无线设备距离较远，还可串接几个射频收发器，并通过RS-485 网络与其它设备相连，布线简单且可靠性高，从而扩大了智能中控器对周围设备的 有效控制范围，保证了通信效率及控制信号的可靠性。本发明的核心是单片机ATMEGA16L-8AI，用于负责处理和协调系统各个模块 的通信信号，支撑上层软件实现功能。通过插槽接口 CON11接入射频无线模块， 并设置模块RX/TX工作模式，从而是射频信号的接收和发送的上双向数据传送功 能。通过插槽接口 CON2实现射频控制/中继功能。此外，为把程序下载到单片机上进行程序的更新，本发明所述单片机通过插槽 接口 JP1与程序下载模块连接，实现程序的下载。本发明采用RS485网络进行数据通信，通过芯片MAX485实现TTL电平与 RS485差分电平的转换。本发明可采取如下进一步措施对于射频无线模块插槽接口 CONll，所述单片机12-16脚以及19、 20脚与射 频无线模块插槽接口 CONll的相应引脚连接；所述插槽接口 CONll中4-6脚的 PCLK、 PDATA、 PALE是射频无线模块的配置接口， 2脚的DIO是射频无线模块 的输入输出口 ，配合3脚的DCLK时钟信号输入或输出数据；使能TE即TE=1时， 模块处于单片机准备接收插接的射频无线模块信号的方向，当有配置接口的传送数据指令时，系统工作在接收来自射频无线模块数据的状态；使能RE即RE-1时， 模块切换到由插接的射频无线模块读取单片机内数据的方向，当有配置接口的允许 读取系统数据指令时，系统则工作在射频无线模块读取单片机内数据的状态。对于程序下载模块插槽接口 JP1，所述单片机上1-3脚的MOSI、 MISO、 SCK 线与所述插槽接口 JP1的相应引脚连接；单片机4脚的RST与插槽接口 JP1上5脚 的RST并联，作为下载程序完毕之后的复位信号线。本发明具有以下有益效果(1) 能够补偿由于距离增加而引起的信号衰减，扩大了智能中控器对周围设备 的有效控制范围，保证了通信效率，并提高了控制信号的可靠性。(2) 硬件结构设计布局简洁，电路简单，使用通用元器件，易于实现；(3) 硬件结构基于单片机ATMEGA16L-8AI设计，支撑上层软件，同时实现了 射频收发器的射频无线模块协议和RS485网络协议；(4) 采用了 RS485网络布线，RS485网络技术在无线通信网络中保持着中流 砥柱地位；(5) 采用多种具有相应插口的插槽，通过插接方式接入或扩展功能模块，简便易行；(6) 通过6脚插槽接入功能模块，可实现程序下载，用以更新微处理器的程序。
下面将结合实施例和附图对本发明作进一步的详细描述 图1是本发明实施例的整体结构示意图；图2是本发明实施例中单片机ATMEGA16L-8AI的结构示意图； 图3是本发明实施例中供电模块的示意图4是本发明实施例中射频无线模块插槽接口 CONll的接线示意图；图5是本发明实施例中程序下载模块插槽接口 JP1的接线示意图；图6是本发明实施例中电平转换模块MAX485的接线示意图；图7是本发明实施例中拨码开关SWDIP-4的接线示意图；图8是本发明实施例中功能选择按键LOGINKEY的接线示意图；图9是本发明实施例中射频/中继选择插槽CON2的示意图；图IO是本发明实施例中状态指示灯的示意图。
具体实施方式
图1 图10所示为本发明的实施例。如图1所示，本实施例基于单片机 ATMEGA16L-8AI设计，采用RS485网络布线，通过插槽接口 CON11和CON6分 别连接射频无线模块和程序下载模块，从而分别实现射频信号的双向传送通信以及 程序的下载更新。通过插槽接口 CON2实现射频控制/中继功能的切换。如图2所示，单片机ATMEGA16L-8AI是基于增强的AVR RISC结构的低功耗 8位CMOS微控制器，负责处理和协调系统各个模块的通信信号，支撑上层软件实 现功能。其数据吞吐量可高达lMPIS/MHz，可减缓系统在功耗和处理速度之间的矛 盾。系统电源由电源芯片UlAS1117-33提供，如图3所示，当扩展接口卡插接到插 槽CON6时，在CON6指定引脚提供5-18V的直流电源时，通过电压调整芯片Ul 八81117-33为整个系统提供3.3￥0(:的工作电源。正常供电时，指示灯LED1亮。射频无线模块的插槽接口 CON11可由小的射频无线模块插进，实现射频信号 的接收和发送的双向数据传送功能。如图4所示，单片机12-16脚以及19、 20脚与 射频无线模块插槽接口 CON11的相应引脚连接。4-6脚的PCLK、 PDATA、 PALE 是该模块的配置接口 ， 2脚的DIO是射频无线模块的输入输出口 ，配合3脚的DCLK 时钟信号输入或输出数据。通过串口 TX或RX使能TE或RE来选择数据传送方向， 并还需通过配置接口 PCLK、PDATA、PALE指定当前的工作状态。当使能TE(TE=1) 时，单片机准备接收插接的射频无线模块的信号，并有配置接口的传送数据指令时， 系统便工作在接收来自射频无线模块数据的状态；当使能RE (RE=1)时，模块切 换到由插接的射频无线模块读取单片机内数据的方向，并有配置接口的允许读取系 统数据指令时，系统则工作在射频无线模块读取单片机内数据的状态。程序下载模块插槽接口 JP1是一个可选模块，用来下载程序到单片机 ATMEGA16L-8AI以更新现有程序。如图5所示，其中单片机通过1-3脚的MOSI、 MISO、 SCK线与程序下载模块从插槽接口 JP1相应引脚连接，从而实现下载程序 到单片机上进行程序的更新；5脚的RST是与单片机4脚的RST并联的，是下载程 序完毕之后的复位信号线。本实施例采用RS485网络进行数据通信，而单片机的串行通信接口的接口电 平是TTL电平，故需要进行TTL电平与RS485电平的转换。如图6所示，由芯片 MAX485实现信号转换，实现TTL电平与RS485网络的差分电平的转换。由于软件设计只设定了射频通信设备的高4位地址，低4位地址必须通过如图 7所示的拨码开关SWDIP-4由人工手动选择，并把该地址信号传送至单片机。由单 片机ATMEGA16L-8AI把获取的该4位地址信号赋予到设备的低4位地址，与程序 设定的高4位地址一起构成射频通信设备完整的8位地址。如图8所示为功能选择健LOGINKEY，用来在测试模式/正常工作模式之间的选择。如图9所示，射频控制/中继功能状态是通过插槽接口 CON2、采用一根跳线 短接/断开该插槽两脚的方式实现的，当跳线把插槽的两脚短接时，系统实现的是射 频控制功能；当跳线移除，即插槽的两脚断开时，系统实现的是中继功能。如图IO所示是状态指示灯。LED3与LED4用来指示是否有数据正在传送，当 有数据传送时，LED3与LED4指示灯闪烁表示正在下载传送。LED5指示灯用来显 示整个系统正处于正常工作状态，在系统的整个正常工作状态中，该指示灯都是亮 的。
权利要求
1、 一种实现双向通信和中继功能的射频收发器硬件结构，其特征在于基于单片机ATMEGA16L-8AI，所述单片机通过插槽接口 CON11与射频无线 模块连接，并通过设置模块的RX或TX的工作模式实现射频信号的接收或发送；射频通信的设备地址共8位，高4位为设备类型地址并由软件设定；低4位为 设备地址，由单片机读取拨码开关状态进行设定；所述单片机通过插槽接口 CON2、采用一根跳线短接/断开该插槽两脚的方式实 现射频控制/中继功能，当用跳线把插槽的两脚短接时，实现射频控制功能；当跳线 移除，即插槽的两脚断开时，实现中继功能。
2、 根据权利要求1所述的实现双向通信和中继功能的射频收发器硬件结构，其 特征在于所述单片机通过插槽接口 JP1与程序下载模块连接，实现程序的下载。
3、 根据权利要求1或2所述的实现双向通信和中继功能的射频收发器硬件结构， 其特征在于采用RS485网络进行数据通信，通过芯片MAX485实现TTL电平与 RS485差分电平的转换。
4、 根据权利要求1所述的实现双向通信和中继功能的射频收发器硬件结构，其 特征在于所述单片机12-16脚以及19、 20脚与射频无线模块插槽接口 CON11的 相应引脚连接；所述插槽接口 CON11中4-6脚的PCLK、 PDATA、 PALE是射频无 线模块的配置接口， 2脚的DIO是射频无线模块的输入输出口，配合3脚的DCLK 时钟信号输入或输出数据；使能TE即TE=1时，模块处于单片机准备接收插接的 射频无线模块信号的方向，当有配置接口的传送数据指令时，系统工作在接收来自 射频无线模块数据的状态；使能RE即RE=1时，模块切换到由插接的射频无线模 块读取单片机内数据的方向，当有配置接口的允许读取系统数据指令时，系统则工作在射频无线模块读取单片机内数据的状态。
5、 根据权利要求2所述的实现双向通信和中继功能的射频收发器硬件结构，其 特征在于所述单片机上1-3脚的MOSI、 MISO、 SCK线与所述插槽接口 JP1的相 应引脚连接；单片机4脚的RST与插槽接口 JP1上5脚的RST并联，作为下载程 序完毕之后的复位信号线。
全文摘要
本发明公开了一种实现双向通信和中继功能的射频收发器硬件结构，基于单片机ATMEGA16L-8AI，所述单片机通过插槽接口CON11与射频无线模块连接，并通过设置模块的RX或TX的工作模式实现射频信号的接收或发送；射频通信的设备地址共8位，高4位为设备类型地址并由软件设定；低4位为设备地址，由单片机读取拨码开关状态进行设定；所述单片机通过插槽接口CON2、采用一根跳线短接/断开该插槽两脚的方式实现射频控制/中继功能。本发明同时实现了射频收发器的射频无线模块协议和RS485网络协议；采用多种具有相应插口的插槽，通过插接方式接入或扩展功能模块，简便易行；并可实现程序下载，以更新微处理器的程序。
文档编号H04B1/40GK101145795SQ20071003120
公开日2008年3月19日 申请日期2007年11月1日 优先权日2007年11月1日
发明者周健辉, 炅 王, 王建民, 罗笑南 申请人:广州市聚晖电子科技有限公司;中山大学