对于NFC的无线通信系统电路设计分析

在很多场合有线通信技术并不能满足实际需要，比如在野外恶劣环境中作业。使用无线射频通信芯片构建的通信模块，用单片机作为控制部件，配合一定的外围电路就能很好地进行两地空间区域信号对接，实现自由数据通信，解决了无线通信的技术难题。并且其具有硬件构造简单、维护方便、通信速率高、性能稳定等优点，能在电子通信业得到广泛应用。

本文的控制部件选用AT89C51型单片机。由于这种芯片只有SPI通信接口，而目前常用的单片机都没有这种接口，因此需要对该芯片的通信时序进行模拟，所以在控制器里编程时要严格按照芯片工作时序进行。

电路原理    

NRF24L01芯片构成的通信模块电路设计

NRF24L01芯片通信模块电路核心器件NRF24L01 配合网络晶振、解耦电容、偏极电阻一起工作构造稳定射频通信模块。该芯片是贴片结构，模块占用空间少，如图1所示。

图1 由NRF24L01 芯片构成的通信模块电路图。

电源电路设计

电源电路如图2所示，B1 是9 V 蓄电池或者锂电池，能够反复充电。C1， C2 ， C3 ， C4 都是滤波电容， 起到一次与二次滤波作用。D1，D2 是稳压二极管， 使输出端的电压稳定在理想的水平电压。芯片7805 是三端稳压集成电路芯片，具有正电压输出。其电路内部还有过流、过热及调整管等保护电路，最终目的把9 V 电源转变成稳定5 V 输出，为后续设备供电。

图2电源电路图。

系统通信电路设计

系统通信电路如图3所示。本电路中应用单片机AT89C51作为控制芯片，对NRF24L01 主通信模块的接口时序模拟和对数据的发送与接收进行处理。

图3系统通信电路图

与PC 机通讯电路设计

如果单片机通信电路与单片机通信电路通信，则两个硬件电路和图3相同，只是在软件设计时需在每个通信端设定不同的通信地址，以辨认每个通信端口。若是单片机通信电路与PC 机或者具有COM 口的设备电路通信，则需要一个转接电路，其硬件电路如图4所示。

图4 SPI 接口与MAX232 通信硬件电路图

在图4 所示的电路中， 单片机左侧是一块MAX232芯片， 其作用是将PC 机中的232 电平与单片机的T TL 电平匹配。最左侧是9 芯母接头，在使用时可接在计算机COM 口上与计算机通信。单片机右侧接一块射频通信模块。由于此块单片机同样没有SPI 接口，所以需要用普通接口软件模拟SPI 接口，其编程要严格按SPI 端口的通信逻辑时序。

编者按

（1）提出基于射频的无线通信技术方案，并且按照该方案搭建硬件电路。

（2）设计单片机控制算法，在PC机中编好上位机软件，执行机构能迅速执行预定结果， 反应时间小于1ms。

（3）在执行机构遇到障碍时，能返回准确命令，使上位机捕捉到相应信息，直接反映双向通信效果好。

（4）系统稳定可靠，数据传输丢失率很小，低于0.01%。