京信通信技术（广州）有限公司
摘要：无线通信技术优势比较明显，行业呈现迅速发展的势头，无线通信技术具有多种技术形态，各种技术形态之间缺乏统一的标准。本文以nRF905模块做为应用举例，介绍了短距离无线通信技术在仪器通信中的应用情况，希望应用短距离无线通信技术可以使仪器之间实现无线通信。
关键词：短距离；无线通信；仪器通信
1前言
自动测试系统又称为ATS，由多个测量终端集成形成网络系统，仪器之间进行相互的通信，其中不用布线就可以实现通信的无线通信技术在ATS系统中得到了广泛的应用。如果环境布线有难度或者线路经常出现损坏，无线通信技术便是首选解决方案。在无线通信技术的发展过程中，短距离无线通信技术得到了迅速发展。
2短距离无线通信技术
无线技术的频率是比较有限的，短距离无线通信技术位于工业科学医疗频段，该频段是免费的，所以呈现了明显的优越性，于是得到了迅速的发展。现在应用较多的短距离无线通信技术主要是蓝牙、无线网络和红外数据传输网络，另外还有ZigBee标准、超宽带无线技术、近距无线通信技术、无线多媒体技术等等技术方面。
2.1蓝牙技术
蓝牙技术是一种开放式的规范技术，主要技术内容是无线数据和语音通信，降低了电子设备之间通信的能耗，成本较低，并且可以短距离连接。蓝牙技术的传输频段是2.4GHZ ISM，频率为1600MHz，可以进行快速的跳频和扩频，传输速率较快，抗干扰能力强。可以在10米的距离之内进行传输，最大传输距离可以为100米。但是蓝牙技术芯片的成本较高，适用于较短距离的传输，在安全方面也有一些漏洞。
2.2Wi-Fi技术
又称为无线保真技术，是各种IEEE802.11标准的总称，最高传输速率为每秒54MB，可以满足测试系统和用户信息化的需要，数据的安全性不如蓝牙技术，突出的优点是覆盖范围较强，可以在100米左右的范围内进行传输。该技术的网络结构不复杂，在数据采集接口设置“热点”，将支持无线网络的笔记本电脑置于该区域就可以接收信号。但是WI—Fi 的标准很复杂，各种子技术之间存在着冲突，也存在严重的数据安全问题。
2.3I r Da技术
IrDA 技术利用红外线进行通信，可以实现点对点的通信以及无线个人局域网。此技术的软件和硬件技术已经非常成熟，广泛应用于掌上电脑和手机。1米内的通信速率为每秒16MB，采用4PPM脉冲调制方式，可以传输容量较大的文件，也可以传输多媒体数据，物理传输安全性较强。可以应用该技术将工业测控网络连接在一起，实现工业移动测试和传输。但是该技术传输的距离较短，受到视距的影响，通信设备的位置必须固定才能进行点对点传输。
2.4ZigBee 技术
这是一种传输距离短、网络设置简单、功耗和传输速度都较低的无线通信技术，可以在75米的传输范围内进行传输，工作于免费频段，频段为868MHz、2.4GHz ISM，传输速率为每秒20-250KB。该技术可以进行完整的数据检查和鉴权，由于采用加密算法所以安全性较高，网络协议较简单，成本较低，时延也较短，网络容量却很大。ZigBee 技术的优势可以广泛用于构建低成本的无线网络，可以组建低功耗的无线网络，市场需求量较好。
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2.5UWB技术
UWB技术的传输速率较快，成本和功耗都较低，是一种最新研究的无线通信技术。此技术的信号带宽大于500MHz，信号频率为中心频率的四分之一以上，传输速率在100-480MB之间，最高可以达到1GB。UWB技术的工作频段最高为10.6GHz，传输范围在10米以内，采用直角频率多路复用调制方式，解决了传统的无线收发时载波调制的方式，可以在时域中进行无线传输。
3无线通信模块开发在仪器开发中的应用
伴随着自动测试测量技术的迅速发展，带动了仪器通信技术的发展。仪器通信为了与短距离通信技术相融合，本文采用nRF905芯片开发了无线数据传输模块。芯片采用的是ShockBurst技术，调制方式采用的是高斯频移键控方式，使数据集成电路的成本明显降低，传输速率为每秒50KB，待机功耗低，具有载波监测输出功能，这是该模块所独有的功能，无线通信不会发生碰撞，输出可以实现地址匹配，可以进行一点对多点的无线通信。数据接收就绪功能比较节能，也满足了低功耗的设计要求。
芯片的工作频段为433/868/915MHz，符合欧洲标准，与蓝牙、ZigBee等技术相比具有功耗低、速率快和通信距离长的优越。由于是单芯片，内部集成了各种通信电路，如高频发射/ 接收、相位锁定环路等，需要的外围元件较少，串行数字接口是该模块的独特特点。某仪器系统嵌入了AT89LV51单片机，该单片机的功耗较低，可以通过对模块进行控制来发出和接收数据，通过串口使仪器和PC机之间进行数据通信，也可以将单片机做为模块的控制器，用板上环状天线来进行信号的发射和接收。
从无线通信模块的原理上可以看出，nRF905模块上的模式控制部分有三个引脚，对3个P0口设置不同的状态，可以进行信号的发射、接收、待机和掉电模式的控制。SPI接口有四个引脚，模块通过此接口进行所有的配置。编程模式下单片机通过SPI接口来发送和接收数据。载波检测、地址匹配和数据就绪三个引脚可以使通信功能更加完善，可以方便可靠的进行数据的发射和接收。
此模块是一个接收和发送为一位的数据传输模块，可以在低速设备上进行无线数据传输。通过对此模块进行通信实验，获得如下验证结论：数据通信比较稳定，灵敏度较高，在较低的传输速率下就可以达到较好的通信效果，在空旷的地段就可以进行数据通信，最远通信距离可以为200米，如果是在楼房内进行通信，通信距离最远为30米。在楼房内进行无线通信模块通信测试，测试结果显示接口通信波特率为4.9、9.6和19.2KB·S-1时，通信距离为15-35米，模块误码率小于30%。进行测试时测试环境要为室内恒温，数据包的发射和接收速率为每秒50KB，采用GFSK调制方式，外部的晶振为16MHz，相位锁定环路的频率为433.1MHz，环状开线的尺寸为25*15mm。如果在测试需要对通信距离进行调整，天线端要进行二次设计。
一般情况下通信速率越低，则误码率越低。通过对实测数据进行分析，如果接口的速率和终端的通信速率相匹配，则数据的误码率较低，通信效果较好。在通信系统中加入此模块，可以对数据进行点对点的采集和传输，也可以进行一点对多点的数据传输。由于以上优点，所以应用的领域非常广泛，如工业数据采集系统、身份识别系统、安全防火系统、无线遥控系统、采集生物信号系统、水文气象监控系统、机器人自动控制等。
4小结
短距离无线通信技术的迅速发展，使此项技术广泛应用于各个领域，该通信技术是一种低成本的数据通信技术，可以进行近距离的无线连接，是固定和移动设备进行数据通信的信息沟通载体。传感器采集到的在线监测数据可以利用无线通信技术发送到计算机终端进行处理，计算机将信息进行处理后可以再利用无线通信系统将数据传送给各设备，这样就组成了一个自动测量和控制系统，所以广泛应用于仪器通信各个领域当中。
参考文献：
[1]张思全.短距离无线通信技术综述，现代电子技术，2004.27（3）：65-67.
[2]顾瑞红.基于ZigBee的无线网络技术及其应用，电子技术应用，2005，31（6）：1-3.
论文作者:冯进道
论文发表刊物:《基层建设》2016年15期
论文发表时间:2016/11/18
标签：通信技术论文; 通信论文; 技术论文; 速率论文; 模块论文; 数据论文; 无线通信论文; 《基层建设》2016年15期论文;