畢業(yè)設(shè)計論文---能力風(fēng)暴機器人無線通訊卡設(shè)計

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）</p><p>　　題目 能力風(fēng)暴機器人無線通訊卡設(shè)計</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書</p><p>　題目能力風(fēng)暴機器人無線通訊卡設(shè)計</p><p>　專題</p><p>　主要內(nèi)容及要求設(shè)計（論文）要求及應(yīng)具備條件：無線通訊模塊方案設(shè)計（概述，方

2、案比較，整體布置等）無線通訊模塊整體設(shè)計（主要技術(shù)參數(shù)及整體尺寸的確定，芯片的選型，參數(shù)的確定等）計算機繪圖（如電路原理圖，印刷電路版圖、流程圖等）自制的無線通訊模塊一塊利用VJC1.6編程工具調(diào)試通過說明書——手寫60頁左右，打印小四號字40頁以上，目錄要求：（1）概述（機器人足球比賽現(xiàn)狀，本設(shè)計任務(wù)等）；（2）方案比較與參數(shù)確定；（3）電路原理圖與印刷電路版圖的繪制；（4）基于無線通訊模塊的機器人足球比賽控制策略研究；（5）程序調(diào)試

3、；（6）參考文獻</p><p>　主要技術(shù)參數(shù)元件NRF401封裝尺寸SSOIC、電路板各元器件大小及封裝形式各個元件到電路板尺寸大小、導(dǎo)線尺寸</p><p>　進度及完成日期第1-2周（3.8-3.21）：畢業(yè)實習(xí)。第3周（3.22-3.29）：畢業(yè)設(shè)計準(zhǔn)備，文獻資料收集。第4-5周（3.29-4.11）：英文資料翻譯。第6周（4.12-4.18）：查閱資料，尋找方案并比較。第7周（

4、4.19-4.25）：確定方案，完善方案。第8周（4.26-5.2）：學(xué)習(xí)Protel軟件。第9-11周（5.3-5.23）：程序設(shè)計。第12-13周（5.24-6.6）：整理設(shè)計資料。第14周（6.7-6.13）：撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書。第15周（6.14-6.20）：打印、裝訂，整理資料準(zhǔn)備答辯。第16周（6.21-6.22）：答辯。</p><p>　教學(xué)院長簽字日 期教研室主任簽字日 期指導(dǎo)教師簽字日 期&l

5、t;/p><p>　指 導(dǎo) 教 師 評 語</p><p>　指導(dǎo)教師: 年 月 日</p><p>　指 定 論 文 評 閱 人 評 語</p><p>　評閱人: 年 月 日</p><p>　答 辯

6、委 員 會 評 語</p><p>　評定成績指導(dǎo)教師給定成績(30%)評閱人給定成績(30%)答辯成績（40%）總 評答辯委員會主席簽字</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　能力風(fēng)暴機器人是上海廣茂達電子信息有限公司開發(fā)的對動手操作和實現(xiàn)能力培養(yǎng)的機器人平臺，他還可以借助于交互式C語言和開放式接口進一

7、步提高機器人的開發(fā)潛力。它是最優(yōu)秀的科技類探索性課程及課外活動的教具，它融合了光學(xué)、機械、電子、計算機等學(xué)科的高科技知識，集輔助教學(xué)和娛樂于一身。</p><p>　　在移動機器人多傳感器信息處理能力研究中，在機器人自身有限處理能力情況下，通過無線通信方式，依靠PC機處理傳感器信息成為一種可行方案。本文以能力風(fēng)暴機器人作為控制平臺，成功地實現(xiàn)了移動機器人的無線通訊擴展。</p><p>　

8、　本文首先介紹了機器人的研究背景，分析了用無線收發(fā)模塊實現(xiàn)機器人之間無線通信的原理和設(shè)計要點。該無線通信系統(tǒng)脫離了計算機的控制，機器人可自行收發(fā)數(shù)據(jù)，通過方案一的確定，然后通過對NRF401芯片的介紹和運用來處理機器人在無線通訊傳輸方面遇到的一系列問題，同時給出了相應(yīng)的原理圖和PCB圖的設(shè)計。</p><p>　　設(shè)計中使用VJC進行軟件編程調(diào)試。擴展卡安裝在機器人上運行表明所作設(shè)計可以使能力風(fēng)暴機器人之間實現(xiàn)無

9、線通信。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 能力風(fēng)暴機器人；無線通訊；Protel99；NRF401；VJC</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The “Ability storms” robot, which is developed by Shanghai Grandar Electronic Info

10、rmation Co., is a platform training one's operating and realizing ability, it can also enhance the development potential of the robot through the use of interactive C language and open interfaces.</p><p>

11、;　　In the mobile robot research of multi sensors’ information processing, for the limitation of robot S capability, it is possible for robot to process the information depend on profession computer via wireless communica

12、tion. We describes the implementation of wireless control based on AS0S robot．</p><p>　　This paper introduces the research background, and analyzed the principle and designing features of how achieving wirel

13、ess communication between the robots by wireless transceiver modules. The wireless communications system is separated from the computer control, the robot can send and receive data by itself, then through the introductio

14、n and use of the NRF401 chip handle a series of problems encountered in the wireless communication transmission, with the corresponding schematic and the PCB map</p><p>　　VJC is used to debug software in the

15、 design. The conducting of expansion card installed in the robot shows that the design will enable the “Ability storms” robot realizes wireless communication.</p><p>　　Key words：Ability storm robot; wireless

16、 transmission; PROTELL99; NRF401; VJC</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　目錄III</b></p>

17、<p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 機器人的概念1</p><p>　　1.2 國際機器人的發(fā)展1</p><p>　　1.4 機器人的發(fā)展趨勢4</p><p>　　1.5 無線通信7</p><p>　　1.6 本文的主要研究內(nèi)容8

18、</p><p>　　第2章 能力風(fēng)暴機器人10</p><p>　　2.1 能力風(fēng)暴機器人的結(jié)構(gòu)10</p><p>　　2.1.1 控制部分10</p><p>　　2.1.2 傳感器部分10</p><p>　　2.2 能力風(fēng)暴機器人的三大要素12</p><p>　　2.3

19、能力風(fēng)暴的計算機硬件13</p><p>　　2.3.1 微控制器14</p><p>　　2.3.2 外部存儲器17</p><p>　　2.3.3 電源與復(fù)位電路19</p><p>　　2.3.4 通信19</p><p>　　第3章 無限通訊卡設(shè)計方案選擇20</p><p&g

20、t;　　3.1主要芯片介紹20</p><p>　　3.1.1 PTR200020</p><p>　　3.1.2 NRF40122</p><p>　　3.2 設(shè)計方案（基于NRF401）25</p><p>　　第4章 無線通訊卡硬件設(shè)計28</p><p>　　4.1 元件的選擇28</p&

21、gt;<p>　　4.2 Protel 99 se簡介31</p><p>　　4.3 設(shè)計原理圖31</p><p>　　4.4 工作原理33</p><p>　　4.5 設(shè)計過程34</p><p>　　第5章 無線通訊卡軟件設(shè)計35</p><p>　　5.1 測試程序35</p

22、><p>　　5.2 系統(tǒng)測試39</p><p><b>　　結(jié)論40</b></p><p><b>　　參考文獻41</b></p><p><b>　　致謝43</b></p><p><b>　　附件144</b>&

23、lt;/p><p><b>　　附件250</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 機器人的概念</p><p>　　機器人是一種具有移動性、個體性、智能性、通用性、半機械半人性、自動性、奴隸性等7個特征的柔性機器，用自動性、智能性、個體性、半機械半人

24、性、作業(yè)性、通用性、信息性、柔性、有限性、移動性等10個特性來表示機器人的形象。</p><p>　　1987年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織對工業(yè)機器人進行了定義：“工業(yè)機器人是一種具有自動控制的操作和移動功能，能完成各種作業(yè)的可編程操作機?！?lt;/p><p>　　我國科學(xué)家對機器人的定義是：“機器人是一種自動化的機器，所不同的是這種機器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動作能力和

25、協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機器”。 自動化技術(shù)的發(fā)展，特別是計算機的誕生，推動了現(xiàn)代機器人的發(fā)展。</p><p>　　1.2 國際機器人的發(fā)展</p><p>　　機器人的誕生地在美國，1962年美國研制出世界上第一臺工業(yè)機器人，經(jīng)過30多年的發(fā)展，美國現(xiàn)已成為世界上的機器人強國之一，基礎(chǔ)雄厚，技術(shù)先進。綜觀它的發(fā)展史，道路是曲折不平坦的。由于美國政府從60年代到70年代中

26、的十幾年期間，并沒有把工業(yè)機器人列入重點發(fā)展項目，只是在幾所大學(xué)和少數(shù)公司開展了一些研究工作。對于企業(yè)來說，在只看到眼前利益，政府又無財政支持的情況下，寧愿錯過良機，固守在使用剛性自動化裝置上，也不愿冒著危險，去應(yīng)用或制造機器人。加上當(dāng)時美國失業(yè)率高達6．65％，政府擔(dān)心發(fā)展機器人會造成更多人失業(yè)，因此不予投資，也不組織研制機器人，這不能不說是美國政府的戰(zhàn)略決策錯誤。70年代后期，美國政府和企業(yè)界雖有所重視，但在技術(shù)路線上仍把重點放在研

27、究機器人軟件及軍事、宇宙、海洋、核工程等特殊領(lǐng)域的高級機器人的開發(fā)上，致使日本的工業(yè)機器人后來居上，并在工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用上及機器人制造業(yè)上很快超過了美國，產(chǎn)品在國際市場上形成了較強的競爭力。</p><p>　　進入80年代之后，美國才感到形勢緊迫，政府和企業(yè)界才對機器人真正重視起來，政策上也有所體現(xiàn)，一方面鼓勵工業(yè)界發(fā)展和應(yīng)用機器人，另一方面制訂計劃、提高投資，增加機器人的研究經(jīng)費，把機器人看成美國再次工業(yè)化的特

28、征，使美國的機器人迅速發(fā)展。</p><p>　　80年代中后期，隨著各大廠家應(yīng)用機器人的技術(shù)日臻成熟，第一代機器人的技術(shù)性能越來越滿足不了實際需要，美國開始生產(chǎn)帶有視覺、力覺的第二代機器人，并很快占領(lǐng)了美國60％的機器人市場。</p><p>　　日本在60年代末正處于經(jīng)濟高度發(fā)展時期，年增長率達11％。第二次世界大戰(zhàn)后，日本的勞動力本來就緊張，而高速度的經(jīng)濟發(fā)展更加劇了勞動力嚴(yán)重不足的

29、困難。為此，日本在1967年由川崎重工業(yè)公司從美國Unimation公司引進機器人及其技術(shù)，建立起生產(chǎn)車間，并于1968年試制出第一臺川崎的“尤尼曼特”機器人。正是由于日本當(dāng)時勞動力顯著不足，機器人在企業(yè)里受到了“救世主”般的歡迎。日本政府一方面在經(jīng)濟上采取了積極的扶植政策，鼓勵發(fā)展和推廣應(yīng)用機器人，從而更進一步激發(fā)了企業(yè)家從事機器人產(chǎn)業(yè)的積極性。尤其是政府對中、小企業(yè)的一系列經(jīng)濟優(yōu)惠政策，如由政府銀行提供優(yōu)惠的低息資金，鼓勵集資成立“

30、機器人長期租賃公司”，公司出資購入機器人后長期租給用戶，使用者每月只需付較低廉的租金，大大減輕了企業(yè)購入機器人所需的資金負(fù)擔(dān)；政府把由計算機控制的示教再現(xiàn)型機器人作為特別折扣優(yōu)待產(chǎn)品，企業(yè)除享受新設(shè)備通常的40%折扣優(yōu)待外，還可再享受 13％的價格補貼。另一方面，國家出資對小企業(yè)進行應(yīng)用機器人的專門知識和技術(shù)指導(dǎo)等等。這一系列扶植政策，使日本機器人產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展起來，經(jīng)過短短的十幾年，到80年代中期，已一躍而為“機器</p>

31、<p>　　日本政府和企業(yè)充分信任機器人，大膽使用機器人。機器人也沒有辜負(fù)人們的期望，它在解決勞動力不足、提高生產(chǎn)率、改進產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本方面，發(fā)揮著越來越顯著的作用，成為日本保持經(jīng)濟增長速度和產(chǎn)品競爭能力的一支不可缺少的隊伍。</p><p>　　1.3 我國機器人發(fā)展的現(xiàn)狀</p><p>　　我國工業(yè)機器人現(xiàn)在的總裝機量約為1200臺，其中國產(chǎn)機器人占有量約為1/

32、3，即400多臺。與世界機器人總裝機臺數(shù)75萬臺相比，我國總裝機量僅占萬分之十六。對我國這樣一個12億人口的大國來說，差距是很明顯的。裝機數(shù)量少，說明了我國的工業(yè)化程度與工業(yè)發(fā)達國家的差距大。因為工業(yè)機器人的誕生和應(yīng)用發(fā)展是以工業(yè)生產(chǎn)高度自動化和柔性化為大背景的。除數(shù)量外，差距還表現(xiàn)在已有的機器人的利用率不高，以進口的弧焊機器人為例，據(jù)調(diào)查，完全正常運轉(zhuǎn)，充分發(fā)揮效益的只占1/3；另外1/3處于負(fù)荷不滿或不能安全正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)，原因是生產(chǎn)

33、管理及使用維護存在不合理現(xiàn)象或問題；還有1/3不能正常使用，這是由于機器人質(zhì)量問題或缺乏備件，以及請不起外方維修人員造成的。機器人應(yīng)用效果不理想，直接影響了用戶使用更多機器人的信心。</p><p>　　圖 1-1 我國120公斤點焊機器人</p><p>　　我國有組織有計劃地發(fā)展機器人事業(yè)，應(yīng)該說是從“七五”期間的科研攻關(guān)及實施“863計劃”開始的，經(jīng)過十幾年來的研制、生產(chǎn)、應(yīng)用，從

34、縱向看，有了長足的進步。目前在一些機種方面，如噴涂機器人、弧焊機器人、點焊機器人、搬運機器人、裝配機器人、特種機器人(水下、爬壁、管道、遙控等機器人)，基本掌握了機器人操作機的設(shè)計制造技術(shù)，解決了控制，驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計和配置、軟件的設(shè)計和編制等關(guān)鍵技術(shù)，還掌握了自動化噴漆線、弧焊自動線(工作站)及其周邊配套設(shè)備的</p><p>　　全線自動通信、協(xié)調(diào)控制技術(shù)；在基礎(chǔ)元件方面，諧波減速器、機器人焊接電源、焊縫自動跟

35、蹤裝置也有了突破；于此同時造就了一支具有一定水平的技術(shù)隊伍。無疑，從技術(shù)方面來說，我國的機器人技術(shù)在世界機器人界已有一席之地，奠定了獨立自主發(fā)展中國機器人事業(yè)的基礎(chǔ)；從社會經(jīng)濟角度來看，我國機器人技術(shù)的發(fā)展，為中、外機器人產(chǎn)品打開中國市場準(zhǔn)備了物質(zhì)和人員條件。</p><p>　　1.4 機器人的發(fā)展趨勢 </p><p>　　機器人技術(shù)作為20世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明之一，自60年代初問世

36、以來，經(jīng)歷40年的發(fā)展已取得長足的進步。工業(yè)機器人在經(jīng)歷了誕生——成長——成熟期后，已成為制造業(yè)中不可少的核心裝備，世界上有約75萬臺工業(yè)機器人正與工人朋友并肩戰(zhàn)斗在各條戰(zhàn)線上。特種機器人作為機器人家族的后起之秀，由于其用途廣泛而大有后來居上之勢，仿人形機器人、農(nóng)業(yè)機器人、服務(wù)機器人、水下機器人、醫(yī)療機器人、軍用機器人、娛樂機器人等各種用途的特種機器人紛紛面世，而且正以飛快的速度向?qū)嵱没~進。</p><p>　

37、　機器人的出現(xiàn)并高速發(fā)展是社會和經(jīng)濟發(fā)展的必然，是為了提高社會的生產(chǎn)水平和人類的生活質(zhì)量，讓機器人替人們干那些人干不了、干不好的工作。在現(xiàn)實生活中有些工作會對人體造成傷害，比如噴漆、重物搬運等；有些工作要求質(zhì)量很高，人難以長時間勝任，比如汽車焊接、精密裝配等；有些工作人無法身臨其境，比如火山探險、深海探密、空間探索等；有些工作不適合人去干，比如一些惡劣的環(huán)境、一些枯燥單調(diào)的重復(fù)性勞作等；這些都是機器人大顯身手的地方。服務(wù)機器人還可以為您

38、治病保健、保潔保安；水下機器人可以幫助打撈沉船、鋪設(shè)電纜；工程機器人可以上山入地、開洞筑路；農(nóng)業(yè)機器人可以耕耘播種、施肥除蟲；</p><p>　　圖 1-2 微型飛行器</p><p>　　機器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種

39、意義上說它也是機器的進化過程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備，也是先進制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動化設(shè)備。</p><p>　　圖 1-3 仿人形機器人</p><p>　　現(xiàn)在機器人領(lǐng)域發(fā)展趨勢是：</p><p>　　1．工業(yè)機器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修），而單機價格不斷下降，平均單機價格從91年的10.3萬美元降

40、至97年的6.5萬美元。</p><p>　　2．機械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化；由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機器人整機；國外已有模塊化裝配機器人產(chǎn)品問市。</p><p>　　圖 1-4 機器人足球賽</p><p>　　3．工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于PC機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件

41、集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。</p><p>　　4．機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進行環(huán)境建模及決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。</p><p>　　5．

42、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機器人操作者產(chǎn)生置身于遠端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機器人。</p><p>　　6．當(dāng)代遙控機器人系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機器人的人機交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實例。</p>

43、<p>　　圖 1-5 美國火星探測機器人</p><p>　　7．機器人化機械開始興起。從94年美國開發(fā)出“虛擬軸機床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應(yīng)用的領(lǐng)域。</p><p><b>　　1.5 無線通信</b></p><p>　　無線通信系統(tǒng)是銜接主機和底層機器人不可缺少的一環(huán)，它必須保

44、證從主機端到機器人底層之間的數(shù)據(jù)傳送是可靠的，從而使得機器人比較能夠順利流暢進行。無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展使現(xiàn)在的機器人更加得靈活，具備了更強的應(yīng)變能力；機器人之間的交流通信也更加得方便、快捷。本課題是為廣茂達公司開發(fā)的能力風(fēng)暴機器人設(shè)計一塊無線通訊模塊，用于解決“能力風(fēng)暴”大學(xué)版機器人在比賽過程中多機器人協(xié)作的問題。通過在能力風(fēng)暴機器人的單片機上連接無線通訊模塊，使之在機器人足球比賽中能夠進行數(shù)據(jù)交換、信息交流，以使能力風(fēng)暴機器人在比賽

45、中表現(xiàn)得更加智能、靈活。</p><p><b>　　設(shè)計要求為：</b></p><p>　　1. 最大發(fā)射功率為 10mW。</p><p>　　2. 工作頻率在ISM頻段，無需申請頻點。</p><p>　　載波頻率430-434MHZ,也可提供315/869/915MHZ載頻。</p><

46、p>　　3. 干擾能力和誤碼率。</p><p>　　基于FSK的調(diào)制方式，采用高效前向糾錯信道編碼技術(shù)，提高了數(shù)據(jù)抗突發(fā)干擾和隨機干擾的能力，在信道誤碼率為10-2時，可得到實際誤碼率10-5～10-6。</p><p><b>　　4.傳輸距離。</b></p><p>　　在視距情況下，天線高度>3米，可靠傳輸距離>3

47、00 m(BER=10-3/1200Bit/s)。</p><p>　　5.透明的數(shù)據(jù)傳輸。</p><p>　　提供透明的數(shù)據(jù)接口，能適應(yīng)任何標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)準(zhǔn)的用戶協(xié)議。自動過濾掉空中產(chǎn)生的噪音信號及假數(shù)據(jù)（所發(fā)即所收）。</p><p>　　產(chǎn)生的噪音信號及假數(shù)據(jù)（所發(fā)即所收）。</p><p>　　6.多信道，多速率。</p>

48、<p>　　無線數(shù)傳模塊標(biāo)準(zhǔn)配置提供8個信道，滿足用戶多種通信組合方式。</p><p>　　無線數(shù)傳模塊可提供1200Bit/s，4800Bit/s,9600Bit/s等多種通行波特率，并且接口波特率與無線傳輸波特率一樣，以滿足客戶設(shè)備對不同波特率的要求。</p><p>　　7.雙串口，3種接口方式。</p><p>　　無線數(shù)傳模塊提供2個串口3種

49、接口方式，COM1為TTL電平UART接口。COM2由用戶自定義為標(biāo)準(zhǔn)的RS-232\RS485口（用戶通過跳線方式自定義）。</p><p>　　8.大的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。</p><p>　　可1次傳輸無限長度的數(shù)據(jù)，用戶編程更靈活。</p><p>　　9.高可靠性，體積小、重量輕。</p><p>　　1.6 本文的主要研究內(nèi)容</p

50、><p>　　在移動機器人多傳感器信息處理能力研究中，在機器人自身有限處理能力情況下。通過無線通信方式依靠PC機處理傳感器信息成為一種可行方案。本文以能力風(fēng)暴機器人作為控制平臺，成功地實現(xiàn)了移動機器人的無線通訊擴展。</p><p>　　移動機器人在與外部的通信方式選擇上，由于其具有廣闊的運動空間，無線通信成為移動機器人所必須具備的通信方式。當(dāng)前在研究機器人中用到的實驗平臺一般都是采用單片機控

51、制，單片機系統(tǒng)的存儲數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理能力還很有限，通訊是能力風(fēng)暴本身機器人必不可少的功能之一。通過通訊系統(tǒng)，機器人可以傳遞外部或者內(nèi)部信息，借助PC機的強大處理能力，完成諸如傳感信息處理、路徑規(guī)劃等數(shù)據(jù)運算，同時還可以實現(xiàn)多個機器人之間的信息交互。考慮到自主機器人自規(guī)劃、自組織、自適應(yīng)能力強、所處環(huán)境不確定的特點，無線通訊是實現(xiàn)自主機器人之間相互通信或者機器人與計算機之間通信的理想方式。本文以課題中用到的能力風(fēng)暴器人作為控制平臺，在導(dǎo)航研

52、究中成功地通過無線方式獲取機器人運動中的環(huán)境信息，進而移動機器人進行跟蹤與控制，在控制的實時性上取得很好的效果。</p><p>　　能力風(fēng)暴本身只提供一個通用的程序下載串口裝置．一般情況下我們都把能力風(fēng)暴程序下載串口作為下載專用．機器人通過擴展ASBUSA和ASBUSB總線．加無線收發(fā)模塊來實現(xiàn)信息的發(fā)送與接收，計算機通過串口另外連接一個單片機與無線收發(fā)模塊之間構(gòu)成無線通訊系通。在設(shè)計時盡量使用軟件的功能，通過

53、程序里面軟件設(shè)定下載串口的工作模式，擴展下載串口為通訊口。通過無線收發(fā)模塊NRF401來完成無線數(shù)據(jù)傳輸功能。</p><p>　　第2章 能力風(fēng)暴機器人</p><p>　　2.1 能力風(fēng)暴機器人的結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.1.1 控制部分</p><p>　　控制部分主要是AS-UII 機器人的核心組成部分，見圖2-1。從圖中我們

54、可以清楚的看</p><p>　　到AS-UII 控制部分的主要由以下兩個部分組成：</p><p>　　圖2-1 AS-UII 控制部分</p><p><b>　　1. 主板</b></p><p>　　位于AS-UII“心臟”部位的控制部件是AS-UII 的大腦——主板，它由很多電子元器件組成，跟人的大腦一樣，主要

55、完成接收信息、處理信息、發(fā)出指令等一系列過程。AS-UII 的大腦有記憶功能，這主要由主板上的內(nèi)存來實現(xiàn)，至于“大腦”的分析、判斷、決斷功能則由主板上的眾多芯片共同完成。</p><p><b>　　2. 控制按鍵</b></p><p>　　位于AS-UII 背部的控制面板，是AS-UII 機器人運行控制部件。</p><p>　　2.1.2

56、 傳感器部分</p><p>　　AS-UII 機器人的傳感器，如圖2-2 ，主要有以下5 種傳感器：</p><p><b>　　1. 碰撞傳感器</b></p><p>　　AS-UII 機器人的下部放置了一個碰撞系統(tǒng)，保證AS-UII 機器人的正?；顒印S-UII機器人的碰撞機構(gòu)能夠檢測到來自360°范圍內(nèi)物體的碰撞，使AS-

57、UII 機器人遭遇到來自不同方向的碰撞后，能夠轉(zhuǎn)彎避開并保持正?；顒?。</p><p><b>　　2. 紅外傳感器</b></p><p>　　AS-UII 機器人的紅外傳感器共包含兩種器件：紅外發(fā)射管和紅外接收管，看圖2-2 就可以發(fā)現(xiàn)紅外接收管位于AS-UII 機器人的正前方，兩只紅外發(fā)射管位于紅外接收管的兩側(cè)。紅外發(fā)射管可以發(fā)出紅外線，紅外線在遇到障礙后被反射

58、回來，紅外接收管接收到被反射回來的紅外線以后，通過A/D 轉(zhuǎn)換送入CPU 進行處理。AS-UII 機器人的紅外傳感器能夠看到前方10cm～80cm ，90°范圍內(nèi)的比210mmx150mm 面積大的障礙物，如果障礙物太小太細、或者在它的可視范圍以外，它可就沒法看到了。</p><p>　　在AS-UII 機器人的可視范圍內(nèi)，它的可視距離是可以調(diào)整的。</p><p>　　圖2-2

59、 AS-UII 感官部分</p><p><b>　　3. 光敏傳感器</b></p><p>　　光敏傳感器是由兩個光敏電阻組成，它位于機器人的正前方。光敏傳感器能夠探測光線，不過在這里我們是讓它看見特定的顏色。我們在AS-UII 機器人的光敏傳感器罩上了一層濾光紙，通過它的顏色來決定AS-UII 機器人能探測什么顏色的光線。</p><p>

60、;<b>　　4. 話筒</b></p><p>　　AS-UII 機器人的話筒的功能很強，它可以感受到聲音的強弱。我們知道我們自己的耳朵并不是所有聲音都可以聽見的，我們聽見的聲音在一定的頻率范圍內(nèi)，AS-UII 的“耳朵”也是這樣，它能聽見的聲音頻率范圍跟人能聽到的范圍大致是一樣的，大約是16Hz～20000Hz的機械波。AS-UII 機器人在聽到你的聲音命令后，會根據(jù)你的指示（由程序事先

61、輸入）采取行動。</p><p><b>　　5. 光電編碼器</b></p><p>　　在AS-UII 機器人里有碼盤和光耦（光電編碼器）。光電編碼器主要作為控制的反饋信號。光耦通過測定隨輪軸一起轉(zhuǎn)動的碼盤的轉(zhuǎn)動角度，得出輪子所轉(zhuǎn)動的圈數(shù)，從而測定距離。</p><p>　　2.2 能力風(fēng)暴機器人的三大要素</p><

62、p>　　人對周圍環(huán)境的反應(yīng)過程主要是感覺→大腦思考→做出反映，機器人的信息處理流程也是如此。</p><p>　　能力風(fēng)暴個人機器人的配有5種十幾個傳感器，另外還可以根據(jù)需要擴展其他傳感器，對環(huán)境的感知能力很強。感知環(huán)境的能力是產(chǎn)生智能行為的前提，因此能力風(fēng)暴能產(chǎn)生許多智能性行為。</p><p>　　能力風(fēng)暴通過微控制器（microcontroller）來思維。我們采用的是8位單片

63、機中功能最強、集成功能最全的機種之一。它的可靠性很高，有程序自下載功能。能力風(fēng)暴連上串口線就可自主下載程序，</p><p>　　圖2-3 能力風(fēng)暴個人機器人的大腦結(jié)構(gòu)</p><p>　　計算機硬件決定了機器的極限潛能，去開發(fā)這種潛能是軟件的工作。我們?yōu)橛脩籼峁┝私换ナ紺語言，它使開發(fā)能力風(fēng)暴的高層行為充滿了樂趣。有的低層的驅(qū)動軟件與硬件聯(lián)系太緊密或?qū)崟r要求很高，需要用匯編語言來處理。&

64、lt;/p><p>　　能力風(fēng)暴個人機器人的執(zhí)行器有：二只高性能直流電機；一只喇叭；一只2*16字符的液晶顯示器。</p><p>　　2.3 能力風(fēng)暴的計算機硬件</p><p>　　能力風(fēng)暴計算機硬件的設(shè)計策略是盡量選擇功能齊全、可靠、周邊設(shè)備集成度高的微控制器，價格也需控制，能讓中國的學(xué)生以可以承受的價格獲得世界上先進的智能機器人計算平臺。Motorola生產(chǎn)的

65、68HC11，使我們以極少的周邊芯片獲得了齊全的功能，8個模擬口，5個輸入捕捉，3個PWM輸出，16位地址，8位數(shù)據(jù)總線，串口，以及4個通用I/O。</p><p>　　同時，充分考慮到軟件開發(fā)工具問題。因為沒有優(yōu)秀方便的軟件開發(fā)工具，硬件只能成為專有系統(tǒng)，而無法成為開發(fā)平臺。68HC11的自下載功能，使我們擁有了純軟件開發(fā)調(diào)試的優(yōu)秀工具JC。JC即可用于開發(fā)高層應(yīng)用軟件，又便于開發(fā)低層驅(qū)動，還能交互調(diào)試。<

66、;/p><p>　　在觀察能力風(fēng)暴控制板時要注意識別芯片管腳，特別是1腳位置。常見芯片的封裝形式有兩種，雙列直插（DIP）和塑料扁平封裝（PLCC），參見下圖。</p><p>　　圖2-4 DIP芯片管腳</p><p>　　圖2-5 PLCC芯片管腳和插座引腳</p><p>　　2.3.1 微控制器</p><p>

67、;　　68HC11E1有CPU、片內(nèi)存儲器、定時器系統(tǒng)、串行口、A/D、并行I/O口，中斷和復(fù)位系統(tǒng)組成，見圖2-6。</p><p><b>　　CPU</b></p><p>　　計算機的計算原理是什么？68HC11的CPU有兩個8位累加器，兩個16位變址寄存器、一個8位條件寄存器，一個16位堆棧指針和程序計數(shù)器；M6800/M6801指令系統(tǒng)，共300多條指令；

68、16位加、減、乘、除指令。學(xué)習(xí)使用單片機，可以真切感受計算原理，指令的構(gòu)成，時鐘周期，指令周期等等。</p><p>　　圖 2-6 68HC11E1原理結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　片內(nèi)存儲器</b></p><p>　　68HC11E1無內(nèi)部ROM，有512字節(jié)EEPROM，可重定位的256字節(jié)RAM。</p><

69、;p><b>　　定時器和脈沖電路</b></p><p>　　16位高性能定時器系統(tǒng)，8M晶振，定時器頻率為2MHZ（周期0.5μs），3個輸入捕捉，可測量脈沖數(shù)量，脈沖周期、寬度和相位等；5個輸出比較，可輸出PWM信號，可以完成各種定時控制功能，有定時器溢出中斷功能。高性能定時器是68HC11的特色，能力風(fēng)暴中用輸入捕捉計碼盤信號，用輸出比較功能控制直流電機。</p>

70、<p><b>　　串行口</b></p><p>　　串行通訊接口SCI，能力風(fēng)暴用于和PC機通信；全雙工同步串行外圍接口SPI（圖2-7），Motorola單片機獨有的串口標(biāo)準(zhǔn)，速度可達2Mbps以上，用于擴展外圍芯片和多機通訊。能力風(fēng)暴中已將其用于其他設(shè)備驅(qū)動中。</p><p><b>　　A/D轉(zhuǎn)換器</b></p&g

71、t;<p>　　8個輸入通道和四個轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器，具有一次完成四路A/D轉(zhuǎn)換或連續(xù)對同一路采樣轉(zhuǎn)換4次的功能。后一種功能可以方便實施去掉最大、最小，取均位的濾波方法。能力風(fēng)暴中碰撞傳感器、聲音均使用A/D轉(zhuǎn)換器，非常方便，這也是68HC11的特色。</p><p><b>　　中斷</b></p><p>　　有16個硬件中斷和兩個軟件中斷，它們各有獨立

72、的中斷向量和中斷允許位，響應(yīng)中斷時能自動保護所有的CPU寄存器。另外具有實時中斷電路，可每隔指定的時間產(chǎn)生一次中斷。而8051單片機則只有5個硬件中斷。</p><p><b>　　并行I/O口</b></p><p>　　單片方法工作時，有38個I/O；擴展方式時：有8位數(shù)據(jù)單線和16位地址總線，可擴展64K存儲器，另有2個8位I/O口和一個I/O口。</p&

73、gt;<p><b>　　復(fù)位系統(tǒng)和電源</b></p><p>　　計算機有多種復(fù)位方式：上電自動復(fù)位；外部RESET復(fù)位；看門狗復(fù)位（軟件工作不正常時）；時鐘監(jiān)視復(fù)位。能力風(fēng)暴采用前兩種復(fù)位方式。</p><p><b>　　68HC11的管腳</b></p><p>　　68HC11的一大特色是功耗低，

74、工作電流小于15mA，有WAIT和STOP兩種方式進行省電。68HC11的管腳圖見圖2-8。</p><p>　　圖2-7 68HC11的管腳</p><p>　　VDD，VSS----電源腳，VDD為+，VSS為 –</p><p>　　MODB/VSTBY，MODA/LIR----運行方式選擇輸入腳，備用電源供給腳。</p><p>　

75、　EXTAL，EXTAL----晶振腳。能力風(fēng)暴接8M晶振。</p><p>　　E----總線時鐘輸出腳。能力風(fēng)暴中為2MHZ。</p><p>　　RESET----復(fù)位腳，低電壓復(fù)位。 </p><p>　　XIRQ，IRQ --- XIRQ不可屏蔽中斷請求輸入。</p><p>　　IRQ外部中斷輸入腳</p><

76、p>　　VREFL，VREFH ---- A/D參考電壓輸入。能力風(fēng)暴中VREFL=0，VREFH=5V。</p><p>　　PE（PEO-PE7）----A/D模擬輸入或通用輸入</p><p>　　PA（PAO-PA7）---- PA0-PA2，輸入捕捉腳。</p><p>　　PA3-PA6，定時器輸出比較腳，PA7，能作通用I/0，或脈沖累加器輸入或

77、比較輸出。</p><p>　　PD0-PD5----可作通用I/0腳，或者PDO為串口RXD輸入，PD1，串口TXD輸出，PD2-P5分別為MISO，MOSI，SCK，SS，構(gòu)成SP2串口總線。</p><p>　　STRA，STRB，PB，PCD----單片時，可作通用I/O口，擴展方地址選擇AS和讀（R/W）控制線。</p><p>　　能力風(fēng)暴運行于擴展工作

78、方式，擴展了32K靜態(tài)RAM和8個I/O口。注意：為了省引腳，單片機中一般以低8位地址和8位數(shù)據(jù)以時分多路方式合用PC的8只引腳。</p><p>　　能力風(fēng)暴充分利用了68HC11E1的全部硬件資源。</p><p>　　2.3.2 外部存儲器</p><p>　　能力風(fēng)暴個人機器人擴展了32K的靜態(tài)不揮發(fā)RAM。其優(yōu)點是既有靜態(tài)RAM的速度和方便（70ns），又

79、有EEPROM或FlashRom的掉電不丟失性，從而能將程序和數(shù)據(jù)合用一個芯片。AS62256寫入的數(shù)據(jù)可保存十年以上，同時具有可靠的上電、掉電、強靜電等數(shù)據(jù)保護功能。</p><p>　　另外需注意，AS62256在電壓低于4.5V，將自動封鎖讀/寫操作，保護數(shù)據(jù)。因此電池電壓過低時，單片機低電壓保護沒有來得及工作時，系統(tǒng)運行有可能失常。</p><p><b>　　選址和并行

80、口擴展</b></p><p>　　32KRAM用了AO-A14共15根地址線，構(gòu)成32K的地址空間，A15為高電平時和E，RESET等信號復(fù)合片選32K RAM，因此32K RAM的地址空間為OX8000-OXFFFF。另一根地址線A15和其余地址線及讀/寫線復(fù)合擴展4個輸入控制線，4個輸出控制線，見圖2-9。</p><p>　　圖2-8 擴展地址選擇線</p>

81、;<p>　　表2-1 地址空間與8個讀寫控制選擇線</p><p>　　對地址OX4000進行寫操作，OS0口線被選中，OS0作為片選信號，即把數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)寫往OSO選中的并行接口芯片上。對地址OX4000進行讀操作，IS0口線被選中，IS0作為片選信號，即把選中的芯片上的8位數(shù)據(jù)通過并行口讀至CPU。</p><p>　　32K空間用來選擇四對輸入輸出控制線，在能力風(fēng)

82、暴在ASBUS上能擴展4塊平行輸入卡，4塊平行輸出卡。目前PC機上也只有4-5個PCI擴展槽。只要使用一對輸入輸出選擇線就可以擴展8個輸出口，8個輸入口。</p><p>　　2.3.3 電源與復(fù)位電路</p><p>　　能力風(fēng)暴控制板采用Maxim603穩(wěn)壓芯片，提供500MA，5V電壓，該芯片自身的功耗很低。低電壓復(fù)位保護電路采用DS1233，當(dāng)電壓低于4.5V，將產(chǎn)生復(fù)位信號，同時

83、紅色BAT 發(fā)光二極管變亮，見圖2-11。</p><p>　　圖2-9 電源與復(fù)位電路</p><p><b>　　2.3.4 通信</b></p><p>　　能力風(fēng)暴采用MAX232串口驅(qū)動芯片，有2路輸入輸出，PC發(fā)過來的信號IC7-9再經(jīng)過一路輸入去驅(qū)動COM發(fā)光二極管，因此PC傳數(shù)據(jù)給能力風(fēng)暴機器人時，黃色COM 發(fā)光二極管會閃動

84、。見圖2-12。</p><p>　　圖2-10 通信模塊</p><p>　　第3章 無限通訊卡設(shè)計方案選擇</p><p>　　機器人僅依靠初始程序和自身傳感器來運行，已具自主式移動機器人雛形。為了讓機器人更準(zhǔn)確地感知周圍的局部環(huán)境信息，機器人往往需要處理周圍的語音信息和圖像信息。對這類信息的處理，一般有兩種方式：（1）機器人用自己的“大腦”處理這些信息，然

85、后分析、判斷、執(zhí)行動作，但這需要機器人具有功能強大的“大腦”；（2）機器人再添加一個“大腦”來處理這些信息，最后在幾個“大腦”之間通信就行了。實驗中，由于機器人自己的“大腦”還不夠十分強大，不具有處理圖像等復(fù)雜信息的功能，我們利用計算機來處理這類信息，然后計算機通過無線通信以控制指令的形式將這些信息傳給機器人，同時機器人響應(yīng)計算機以確認(rèn)信息。無線通信模塊的硬件部分主要是以無線收發(fā)芯片為主體，在其周圍添加必要的電子元器件并使其與能力風(fēng)暴機

86、器人的主板相連組成的。</p><p>　　3.1 主要芯片介紹</p><p>　　3.1.1 PTR2000</p><p><b>　　主要特征：</b></p><p>　　1、該器件將接收和發(fā)射合接為一體；</p><p>　　2、工作頻率為國際通用的數(shù)傳頻段433MHZ；</p

87、><p>　　3、采用FSK調(diào)制/解調(diào)，可直接進入數(shù)據(jù)輸入/輸出，抗干擾能力強，特別適合工業(yè)控制場合；</p><p>　　4、采用DDS（直接數(shù)據(jù)合成）+PLL頻率合成技術(shù)，因而頻率穩(wěn)定性極好；靈敏度高達—105bBm;</p><p>　　5、工作電壓低（2.7V），功耗小，接受待機狀態(tài)電流僅為8μA；</p><p>　　6、具有兩個頻道，

88、可滿足需要多信道工作的場合；</p><p>　　7、工作數(shù)率最高達20kbit/s(也可在較抵速率下工作，如9600bps);</p><p>　　8、超小體積，約40 mm×27 mm×5mm;</p><p>　　9、可直接與CPU串口進行連接（如8031），也可以用RS232與計算機接口，軟件編程非常方便；</p><

89、p>　　10、標(biāo)準(zhǔn)的DIR引腳間距更適合于嵌入式設(shè)備；</p><p>　　11、由于采用了低發(fā)射功率、高接收靈敏的設(shè)計，因此使用時無需申請許可證，開闊地時的使用距離最遠可達1000米。</p><p><b>　　管腳定義：</b></p><p>　　圖3-1 PTR2000管腳</p><p><b&g

90、t;　　表3-1引腳功能</b></p><p>　　PTR2000可與所有單片機（如80C31、2051、68HC08、PIC、Z8等）配合使用，可直接接單片機的串口或I/O口，也可與計算機串口進行通訊，此時需要在中間簡單地接在一個RS232電平轉(zhuǎn)換芯片，如MAX232等。</p><p><b>　　應(yīng)用領(lǐng)域：</b></p><p

91、>　　單片無線收、發(fā)一體無線數(shù)傳模塊PTR2000可廣泛用于遙控、遙測、小型無線網(wǎng)絡(luò)、無線抄表、門禁系統(tǒng)、小區(qū)傳呼、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線標(biāo)簽、身份識別、非接觸RF智能卡、小型無線數(shù)據(jù)終端、安全防火系統(tǒng)、無線遙控系統(tǒng)、生物信號采集、水文氣象控制、機器人控制、無線/230/422/485數(shù)據(jù)通信、數(shù)字音頻、數(shù)字圖像傳輸?shù)认到y(tǒng)。</p><p>　　3.1.2 NRF401</p><p&g

92、t;　　nRF401是一個為433MHz ISM 頻段設(shè)計的真正單片UHF 無線收發(fā)芯片，它采用FSK。調(diào)制解調(diào)技術(shù)nRF401最高工作速率可以達到20K，發(fā)射功率可以調(diào)整，最大發(fā)射功率是+10dBm。</p><p>　　天線接口設(shè)計為差分天線，以便于使用低成本的PCB 天線，nRF401 還具有待機模式，這樣可以更省電和高效。nRF401的工作電壓范圍可以從2.7-5V。 nRF401 滿足歐洲電信工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)E

93、TSIEN300 200-1V1.2.1。</p><p>　　表3-2 nRF401 主要技術(shù)特性</p><p>　　表3-3 NRF401管腳描述</p><p>　　圖 3-2 nRF401 管腳定義圖</p><p><b>　　應(yīng)用信息：</b></p><p><b

94、>　　天線輸入輸出</b></p><p>　　ANT1 和ANT2 是接收時LNA 的輸入以及發(fā)送時功率放大器的輸出連接nRF401 的天線是以差分方式連接到nRF401 的在天線端推薦的負(fù)載阻抗是400 </p><p>　　圖3-3 采用單端天線時匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計</p><p>　　圖3-3 中的180nH 電感要求，自諧振頻率大于433MH

95、z。根據(jù)具體應(yīng)用不同，在50RF 輸入輸出處，可能需要LC 匹配網(wǎng)絡(luò)。單端天線到nRF401 的連接，也可以采</p><p>　　用一個8:1 的RF 線圈匹配阻抗。RF線圈必須有一個中心抽頭連接到VDD。</p><p>　　發(fā)送和接收頻率問題:</p><p>　　為了獲得最好的RF性能，發(fā)射和接收頻率誤差不能超過70ppm （30KHz）。 這就要求晶體的穩(wěn)

96、定度不能低于35PPM，頻率的差異將會導(dǎo)致接收機靈敏度產(chǎn)生12dB/倍程的損失。例如一個20ppm 頻率精度和在溫度范圍內(nèi)25PPM 穩(wěn)定度的晶體，最大的頻率誤差將會超過45ppm。如果發(fā)射機和接收機工作在不同的溫度環(huán)境，在最差的情況下兩邊的誤差將會超過90ppm ，其結(jié)果將會導(dǎo)致接收機靈敏度下降將近5dB。</p><p>　　3.2設(shè)計方案（基于NRF401）</p><p>　　在本

97、系統(tǒng)巾，為避免相互干擾，無線收發(fā)部分單獨做在一塊PCB板上，組成獨立的無線收發(fā)模塊。</p><p>　　壓控振蕩器(VCO)外接22 mH高品質(zhì)因素電感；鎖相環(huán)(PLL)外接典型單端二所濾波器；振蕩源輸入接4 MHz晶振；ANT，／ANT，為天線接口，天線設(shè)計采用PCB差分天線；CS為頻率選擇，CS=0時選擇433．92 MHz，CS=1時選擇434．33 MHz，無論何種選擇都要使主從機頻率一致；PWR—UP

98、為節(jié)電控制選擇，由單片機控制；D 為數(shù)據(jù)輸?端口，與單片機串行口數(shù)據(jù)線RXD連接；DIN為數(shù)據(jù)輸入端U，與單片機串行口數(shù)據(jù)線TXD連接；TXEN為發(fā)送／接收控制端口，由單片機控制，TXEN：0時nRF401接收無線信息，將信息轉(zhuǎn)換為二進制串行數(shù)據(jù)后，通過D ．輸送給單片機串口RXD，TXEN：1時nRF401發(fā)送無線信息，單片機串口TXD輸送給nRF401的D 端 的二進制串行數(shù)據(jù)被調(diào)制后通過天線發(fā)射出去。</p><

99、;p>　　圖 3-4 基本連接電路</p><p>　　圖 3-5 系統(tǒng)測試連接框圖</p><p>　　表3-4推薦使用的元件參數(shù)表</p><p>　　第4章 無線通訊卡硬件設(shè)計</p><p>　　4.1 元件的選擇</p><p>　　NFF收/發(fā)器的外圍包括RF前端（即天線匹配網(wǎng)絡(luò)）及鎖相環(huán)PL

100、L電路（包括晶體振蕩器、VCO電感和環(huán)路濾波電路）。外圍元件是實現(xiàn)NRF期間功能的關(guān)鍵要素。這些元件的品質(zhì)和精度直接影響器件的整體性能。</p><p><b>　　1、晶體</b></p><p>　　RF器件通常比典型的微控制器對晶體的要求更高。對晶體的具體要求一般包括以下幾個方面：</p><p><b>　　晶體振蕩頻率f0；

101、</b></p><p>　　晶體的并行等效電容C0；</p><p>　　晶體等效串聯(lián)阻抗ESR；</p><p><b>　　晶體負(fù)載電容C1；</b></p><p>　　室溫下絕對頻率精度容差；</p><p>　　穩(wěn)定度頻率的溫度穩(wěn)定性。</p><p&g

102、t;　　對于NRF器件，晶體總的容差（絕對容差和穩(wěn)定度的和）將直接影響器件之間的通信效果。如果發(fā)送端和接收端器件的頻率偏差很大，接收器將會把所發(fā)送的信號當(dāng)作噪聲濾掉。當(dāng)頻率誤差超過35×10-6時，信號強度會迅速下降。</p><p>　　挑選晶體時的重要考慮 </p><p>　　選擇合適的晶體是非常重要的，不僅影響RF應(yīng)用的性能，也降低成本.。</p><

103、p>　　要滿足數(shù)據(jù)手冊上的指標(biāo)，基本上有兩個因素決定晶體的價格。</p><p><b>　　頻率穩(wěn)定性。 </b></p><p>　　用于RF的晶體有較嚴(yán)格的穩(wěn)定性要求.穩(wěn)定度在一定溫度范圍內(nèi)指定。為降低成本，選擇的晶體滿足應(yīng)用溫度范圍即可而不必最好。假如你僅在室溫下應(yīng)用，你可以選擇滿足此溫度穩(wěn)定性要求的晶體以節(jié)省成本，盡管nRF器件的指標(biāo)具有更寬的溫度范圍

104、。晶體的尺寸主要取決于它的基準(zhǔn)頻率。封裝越小，價錢越貴。例如nRF401的評估板上安裝了一個HC49(占位面積）的4.000MHz晶體。這種晶體有插孔和貼片兩種封裝。插裝的晶體最便宜，但考慮加工方便選擇SMD安裝的晶體。 </p><p><b>　　2 、VCO電感</b></p><p>　　NRF器件的片內(nèi)壓控振蕩器（VCO）產(chǎn)生器件工作的所有RF頻率，因此是一

105、個非常關(guān)鍵的部分。VCO的額定工作頻率由公式f=1/LC1/2確定。</p><p>　　LC 電路將包括以下幾個部分： </p><p><b>　　片內(nèi)電路；</b></p><p><b>　　外部VCO電感；</b></p><p>　　連接芯片和VCO電感的線路電感；</p>

106、<p>　　VCO電感到地線層線路的寄生電容</p><p>　　由于VCO的片內(nèi)部分將VCO1和VCO2引腳之外的整個電路視作它的VCO電感，因此，電感的取值和放置位置及其在PCB板上的特性是相當(dāng)重要的。VCO電感的品質(zhì)因素Q值對VCO內(nèi)部的相位噪聲和電壓擺幅也起著決定作用，如果Q值太低，VCO電感甚至不能起振。對于NRF收/發(fā)器，要求 Q>40～45,電感量的精度應(yīng)控制在±20%之

107、內(nèi)。</p><p>　　VCO電感／環(huán)路濾波器電壓的調(diào)諧 </p><p>　　確定最佳的VCO電感取值及放置的方法 </p><p>　　測量環(huán)路濾波器的電壓。 </p><p>　　在各器件的數(shù)據(jù)手冊中，電壓范圍見指標(biāo)說明(例如：nRF401: pin4引腳上測量電壓值為1.1V0.2V）。如果環(huán)路濾波器電壓在這個極限范圍內(nèi)，則說明VC

108、O電感的取值和放置是正確的.越接近額定值越好。 </p><p>　　注意如果環(huán)路濾波器電壓等于GND，應(yīng)首先檢查PCB是否短路或有未意料的錯誤。</p><p>　　如果環(huán)路濾波器的電壓過低（如：<0.9V在nRF401上）使VCO的自由工作頻率過高，因此要調(diào)諧PLL來降低它.要減小自由工作頻率就必須增大VCO的ＬＣ乘積。根據(jù)環(huán)路濾波器電壓的偏離程度，有兩種方法調(diào)整，增加nRF芯片

109、和VCO電感之間的布線距離，或者增大電感的取值。關(guān)鍵是片內(nèi)VCO 所看到的整個電感值。考慮噪聲影響,VCO電感通常應(yīng)盡量靠近芯片放置。因此增大電感取值的方法比加長布線好。</p><p>　　如果環(huán)路濾波器電壓過高，則情況相反，要減小電感值。</p><p>　　在數(shù)據(jù)手冊及網(wǎng)上下載頁中有1.6mm厚，雙面FR4的PCB的布線例圖。請注意此布線圖中的VCO電感的取值和放置位置是經(jīng)上述過程優(yōu)

110、化過的。因此，如果你的設(shè)計采用其它類型的PCB，即要對PCB的指標(biāo)或布局布線作改變，就會影響VCO電感的最佳取值和放置位置。你將可能需要調(diào)整樣板上VCO電感的放置。</p><p>　　由于不同類型的PCB的寄生電容不同，很難準(zhǔn)確的用簡單的公式計算VCO電感的放置位置。因此，直接在你的樣板上調(diào)試是一個最快最容易的方法。不必在布線上焊接VCO電感，只需將電感簡單的在布線上移動接觸直到得到最佳的環(huán)路濾波器電壓值。 &

111、lt;/p><p>　　記住，這種調(diào)試僅需在你的樣機上作一次.一旦你找到最佳的放置位置，就可以在合適的點上插入電感元件的焊腳位置。 </p><p><b>　　3、環(huán)路濾波電路</b></p><p>　　環(huán)路濾波電路用以保證提供VCO一個穩(wěn)定的控制電壓。這里，屏蔽外部噪聲是十分重要的。尤其是低頻(＜50kHZ）高幅值數(shù)字信號對濾波器的干擾如果不

112、能被有效濾除，將直接影響VCO的穩(wěn)定工作。因此，不要在環(huán)路濾波器的附近布置數(shù)字線路，而是在其周圍布置地線平面加以屏蔽，使數(shù)字信號線加以遠離。同時為了獲得良好的環(huán)路濾波性能，連接到地濾波元件應(yīng)直接連接到地線層，而不要通過走線或公共過孔。</p><p><b>　　4、天線</b></p><p>　　當(dāng)器件處于接收模式時，引腳ANT1和ANT2提供LNA( 低噪聲放大