摘 要： 設計了一種基于短距離無線通信技術傳輸信息的文字信息編輯控制器，可實現中英文信息編輯、存儲和無線收發，并與LED顯示屏之間進行點對點無線通信，可以使LED顯示屏脫離微機和有線網絡單獨工作，信息更新更加方便。討論了短距離無線通信的抗干擾機制，介紹了信息編輯器的功能、硬件組成、軟件設計和及相關問題。
關鍵詞： nRF2401；LED；無線通信
隨著城市的現代化建設，為了信息顯示方便，商店、娛樂場所、公共汽車等地方安裝了電子顯示屏。這些電子顯示屏分布在城市的不同角落，其顯示內容需要及時更新。目前顯示屏信息一般需要上位機進行編輯，并通過485總線、以太網、GPRS網絡等進行傳輸，使得LED屏的安裝、維護不便、運營成本較高。相比而言，采用無線信息傳輸方式可使信息更新更加靈活、快捷。
1 信息無線收發系統方案
1.1 短距離無線通信技術應用
短距離無線通信技術在無線抄表、無線遙控系統、無線鼠標鍵盤等領域得到了廣泛應用。Nordic公司推出的工作于2.4 GHz ISM頻段的nRF2401射頻芯片，采用GFSK調制模式，內置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器等功能模塊，內置地址比較和CRC校驗功能，采用Shock BurstTM技術，發射速率可達1 Mb/s。與藍牙、WiFi等無線技術相比，具有低功耗、傳輸速率高、抗干能力強、易于開發等優點。
1.2 控制器基本功能
發送端功能：
（1）通過鍵盤編輯和保存要發送的中文和英文信息；
（2）設定LED屏顯示方式、字庫類型信息；
（3）設定通信地址、將編輯好的信息采用ShockBurstTM方式發送給接收端。
接收端功能：
（1）接收發送端發送的信息，校驗并回復；
（2）將接收信息轉換為標準485數據格式或以太網數據包，與通用顯示卡通信；
（3）直接實現通用LED文字顯示屏顯示控制。
無線信息編輯器主要由單片機、nRF2401無線收發模塊、128×64液晶顯示屏、鍵盤、LED屏及其控制器組成，圖1為系統框圖。
1.3 LED顯示屏及其控制器
選用通用LED顯示屏，控制器采用國內通行的某型號 LED屏驅動控制卡，該控制卡具有簡單獨立的串口通信協議，由單片機控制可選擇多種顯示方式，可同時存儲多套節目；具有漢字字庫，可接收漢字內碼數據。圖2為控制卡串口協議中實時顯示文字協議，第二個表格為基本數據包格式。
1.4 單片機和LCM
STC89C516RD+是宏晶科技推出的低功耗、強抗干擾單片機，指令代碼完全兼容傳統8051單片機，正常工作時功耗為4 mA，掉電模式為2 μA；工作電壓為3.6~2.0 V。具有64 KB Flash程序存儲器和1 280 B RAM，35個I/O引腳，共3個16 bit定時器，內置看門狗和MAX810專用復位電路，4路外部中斷和1個通用異步串行口，LQFP封裝。
LCM選用128×64點陣的液晶顯示模塊，自帶GB2312漢字字庫和字母、數字字庫，低功耗，工作電壓范圍在3.6~2.4 V之間。
2 設計實現
2.1 信息收發協議
物理層芯片nRF2401的ShockBurst收發模式具有獨立的通信協議，為不同的接收端配置唯一的接收地址以提高通信抗干擾能力，其通信協議格式為：字頭、地址、信息數據包、CRC。ShockBurst發送和接收模式如圖3和4所示[1]。
2.2 信息編輯
2.2.1 鍵盤設計
信息編輯由鍵盤、單片機和LCM模塊實現，按鍵描述如表1。單片機根據按鍵輸入的數字字符串查表得到對應拼音和漢字碼。選用常用的6 763個漢字的GB2312碼作為漢字信息載體，用ASCII碼作為數字和英文字母的單片機處理、保存和傳輸值。由于英文單詞數量很大，數字和字母鍵的復用在輸入字母字符串時顯得很不方便，且沒有實用的漢字查表輸入法，因此這里將字母鍵盤在LCM顯示屏上顯示，根據方向鍵和確認鍵選擇需要的字母，返回并保存字母、數字的ASCII值。
2.2.2 輸入法的設計
由于數字鍵和字母鍵復用，鍵盤輸入的是0~9的數字串，采用二級數字索引確定對應拼音和漢字碼。如輸入數字“7315”對應拼音“shao”，先在首字母索引表Unsigned char（*PY_index_pointer[27]）[8]中確定數字7對應的第一個拼音數組PY_index_s的首地址，然后在數組PY_index_s、PY_index_t、PY_index_u中找到“7315”對應所有可能的拼音，如“shao”、“tian”，保存并返回這兩個拼音首字母對應的地址；根據此地址可得到在GB2312漢字碼中對應的第一個拼音為“shao”的漢字碼C9D2（即漢字“梢”的GB2312碼）；在LCM屏上顯示從C9D2開始以“shao”發音的漢字，如果希望顯示漢字“少”，則輸入偏移量7，根據C9D2+7可得到“少”的漢字碼C9D9；單片機存儲、處理，通信中就用C9D9表示“少”[2]。
3 無線通信抗干擾機制
3.1 跳頻通信
采用跳頻擴頻技術增強信號傳輸的抗干擾性能，改變nRF2401的工作頻道（工作頻率計算公式為：Channel =2 400 MHz+RF_CH*1.0 MHz，Channel為工作頻率，頻率間隔為1 MHz[1]）可以實現頻率的跳變。為了快速找到沒有干擾的頻道，選用2.4 GHz頻段的低、中、高三個頻道的頻率跳變，頻道變換序列如表2。
發送端單片機在編輯好文字信息后，先添加LED控制器串口通信協議（圖2），然后將其分割為24 B一個數據包添加到nRF2401通信協議中進行。
4 軟件流程
發送端軟件流程如圖6所示，接收端軟件流程如圖7所示。
通過硬件、軟件設計和調試，該信息編輯器能夠實現信息編輯和與LED顯示屏的無線通信功能。可利用此編輯器更新LED屏顯示內容，簡化了LED顯示屏的維護過程，有助于提高維護人員工作效率。此信息編輯器適合在公共汽車、商店等安裝LED顯示屏的場所使用。
參考文獻
[1] Single chip 2. 4G tansceiver nRF2401 . Nordic VLSIASA. 2003.
[2] 劉進軍，高美珍.基于單片機的漢字輸入法的實現[J].國外電子元器件，2006（12）.
[3] 杜思深.無線數據通信技術[M].北京：電子工業出版社，2011.
[4] 陳海宴.51單片機原理及應用[M].北京：北京航空航天大學出版社，2010.