专利名称：一种远距离无线通信装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及无线通信的技术领域，具体是一种远距离无线通信装置。
背景技术：
近年来，随着以无线通信技术为基础的物联网、智能家居、3G网络等新技术的飞速发展，无线传输技术已经被广泛应用于实际中。现有的无线通信装置往往存在工作稳定性较低、传输距离较近、传输速率较低、体积较大、成本较大、功耗较高且软硬件设计较复杂。 因而，如何解决该问题，是不利于要解决的方案。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本较低、传输距离较远、传输速率较高的远距离无线通信装置。为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种远距离无线通信装置，包括无线收发单元，与该无线收发单元相连的用于接受外部微控制器的配置以完成数据收发的SPI 接口，依次串接在该无线收发单元的信号输出端的第一信号阻抗匹配电路、功率放大模块和第二信号阻抗匹配电路，第二信号阻抗匹配电路的信号输出端与一天线相连。具体地，所述无线收发单元采用型号为nRF24L01的无线收发芯片。具体地,所述功率放大模块采用型号为MCPOl的功率放大芯片。具体地，所述无线收发单元的电源输入端连接有电源模块，该无线收发单元的时钟信号输入端连接有时钟电路。本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点(I)本实用新型的远距离无线通信装置采用的nRF24L01无线通信芯片内置硬件链路层、CRC纠错电路等，具有自动应答和自动重发功能，非常便于开发；MCP01作为一款工作在2. 4GHz-2. 5GHz频段的功率放大芯片集成度高，极大的简化外围电路设计，且收、发增益大，适合远距离无线通信。基于这两款芯片设计成的无线通信模块，实验验证具有通信稳定度高、抗干扰性强、传输距离远等优势，并且成本较低，在无线传输领域有很大的应用前景。(2)本实用新型的阻抗匹配电路设计非常关键，其影响因素主要有PCB板材介电常数、铜厚、走线宽度等；功率放大模块采用的芯片MCP01，无线收发单元输出的信号经过阻抗匹配电路进入功率放大模块进行功率放大，然后送入天线完成数据的发射。外部微控制器通过SPI接口对无线芯片nRF24L01 进行配置，完成数据收发。
为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中图I为实施例中的远距离无线通信装置的示意图。
具体实施方式
见图1，本实施例的远距离无线通信装置，包括无线收发单元，与该无线收发单元相连的用于接受外部微控制器的配置以完成数据收发的SPI接口，依次串接在该无线收发单元的信号输出端的第一信号阻抗匹配电路、功率放大模块和第二信号阻抗匹配电路， 第二信号阻抗匹配电路的信号输出端与一天线相连。所述无线收发单元采用型号为nRF24L01的无线收发芯片。所述功率放大模块采用型号为MCPOl的功率放大芯片。所述无线收发单元的电源输入端连接有电源模块，该无线收发单元的时钟信号输入端连接有时钟电路。nRF24L01是一款工作在2. 4-2. 5 GHz世界通用ISM频段的单片无线收发芯片。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，该芯片具有自动应答及自动重发的功能，有ShockBurst 和增强型ShockBurst 两种数据包处理方式。其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低，在以-6dBm的功率发射时，工作电流也仅有9mA ;接收时，工作电流只有12. 3mA。该芯片芯片拥有掉电模式和空闲模式，供电电压为I. 9 3. 6V，通过模式的切换，可以使得低功耗设计成为现实。数据传输率为IMbps或2Mbps，MCU通过SPI与该芯片进行通信与配置。nRF24L01 内置 ShockBurst 和 Enhanced ShockBurst 两种工作模式。工作于 ShockBurst模式下，当接收到有效地址和数据时，IRQ通知MCU，随后MCU可将接收到的数据从RX FIFO中读出，在ShockBurst模式下，nRF24L01自动生成前导码和CRC校验， 减少了 MCU的工作量。而工作于Enhanced ShockBurst模式下,可以使得双向链路协议执行起来更为容易、有效。发送方要求终端设备在接收到数据后有应答信号，以便于发送方检测有无数据丢失，一旦数据丢失，则通过重新发送功能将丢失的数据恢复。这样可以不需要外界微控制器的介入，极大地降低系统功耗和提高系统的工作效率。当设置为接收模式的 nRF24L01可以从6个数据通道接收数据(见图3)，每个数据通道都有唯一的地址，同时使用一个相同的频道，这意味着6个设置为发送模式的nRF24L01可以同时与一个设置为接收的nRF24L01通信，接收方通过数据通道地址来区别不同的发送方。而设置为发送模式的nRF24L01，只有MCU有数据发送，则会启动ShockBurst模式，来发送数据。当发送完毕后，会产生相应的中断。MCPOl是由MicroLinks公司推出的一款工作在2. 4-2. 5GHz频段的高线性高效率的功率放大芯片。典型工作电压3. 3V ;内部集成PA (功率放大器)、LNA (低噪声放大器)、 SPDT switch(单刀双掷开关)等模块，输入、输出阻抗为50 Q，极大的简化外围设计电路； 发送功率增益最高可达22dB。芯片采用3X3mm的QFN封装，极大地缩小了开发电路板面积。 发送、接收模块均内置，用户在开发时只需考虑阻抗匹配电路和基本的外围电路，缩短了开发周期，降低了开发成本。无线收发单元主芯片为nRF24L01，主要外围电路包括时钟电路及信号阻抗匹配电路。设计过程中，阻抗匹配电路设计非常关键，其影响因素主要有PCB板材介电常数、铜厚、 走线宽度等；功率放大模块主芯片为MCP01，无线收发单元出来的信号经过阻抗匹配电路进入功率放大模块进行功率放大，然后送入天线完成数据的发射。微控制器通过SPI接口对无线芯片nRF24L01进行配置，完成数据收发。SPI (Serial Peripheral Interface—串行外设接口)总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。SPI有三个寄存器分别为控制寄存器SPCR，状态寄存器SPSR，数据寄存器SPDR。外围设备FLASHRAM、网络控制器、IXD显示驱动器、A/D转换器和MCU等。SPI总线系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口，该接口一般使用4条线串行时钟线(SCLK)、主机输入/从机输出数据线MIS0、主机输出/从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机选择线SS (有的SPI 接口芯片带有中断信号线INT、有的SPI接口芯片没有主机输出/从机输入数据线M0SI)。
权利要求1.一种远距离无线通信装置，其特征在于包括无线收发单元，与该无线收发单元相连的用于接受外部微控制器的配置以完成数据收发的SPI接口，依次串接在该无线收发单兀的信号输出端的第一信号阻抗匹配电路、功率放大模块和第二信号阻抗匹配电路，第二信号阻抗匹配电路的信号输出端与一天线相连。
2.根据权利要求I所述的远距离无线通信装置，其特征在于所述无线收发单元采用型号为nRF24L01的无线收发芯片。
3.根据权利要求I或2所述的远距离无线通信装置，其特征在于所述功率放大模块采用型号为MCPOl的功率放大芯片。
4.根据权利要求I所述的远距离无线通信装置，其特征在于所述无线收发单元的电源输入端连接有电源模块，该无线收发单元的时钟信号输入端连接有时钟电路。
专利摘要本实用新型涉及一种结构简单、成本较低、传输距离较远、传输速率较高的远距离无线通信装置，包括无线收发单元、SPI接口，依次串接在该无线收发单元的信号输出端的第一信号阻抗匹配电路、功率放大模块和第二信号阻抗匹配电路，第二信号阻抗匹配电路与一天线相连。无线收发单元采用nRF24L01，功率放大模块采用MCP01。阻抗匹配电路设计非常关键，其影响因素主要有PCB板材介电常数、铜厚、走线宽度等；功率放大模块采用的芯片MCP01，无线收发单元输出的信号经过阻抗匹配电路进入功率放大模块进行功率放大，然后送入天线完成数据的发射。外部微控制器通过SPI接口对无线芯片nRF24L01进行配置，完成数据收发。
文档编号H04B1/40GK202353556SQ20112044177
公开日2012年7月25日 申请日期2011年11月10日 优先权日2011年11月10日
发明者庄华, 庄燕滨, 肖贤建 申请人:常州工学院