楼宇设备测控系统的无线数据采集与传输模块设计
楼宇设备测控系统是智能建筑的重要组成部分，该系统将对整栋楼宇的空调制冷系统、给排水系统、变配电系统、照明系统、电梯、消防、安全防范系统等进行信号采集和控制，实现楼宇设备管理自动化，起到集中管理、分散控制、节约能耗的作用。
对于已经投入运行的建筑安装有线楼宇测控设备则比较困难与麻烦，但采用无线组网技术可以方便地完成楼宇测控设备安装布置，其组网灵活，安装施工费用低廉，并能根据需要重新布置楼宇设备测控系统，具有可移动性。
1 系统结构
楼宇设备测控系统包括nRF24LEl无线数据采集与控制模块、nRF24LUl+无线USB接口模块和PC机构成的楼宇设备测控中心，系统方框图如图l所示。
无线数据采集与控制模块实时监测和控制各楼宇设备子系统，负责各个子系统现场实时状态数据的采集、缓存和转发，并实时将各子系统监控的状态变化以无线方式，通过无线USB接口模块传送给监控中心。同时，监控中心也通过无线USB接口模块以无线方式将控制命令传送给无线数据采集模块，实现各楼宇设备子系统的控制。
2 无线数据采集模块电路
无线数据采集模块是以nRF24LEl低成本、高性能的嵌入式微处理器智能射频收发器为核心。
nRF24LEl是一款适合超低功耗无线应用的SoC，片上集成了Intel
nRF24LEl构成的无线数据采集模块主电路如图2所示。
3 无线USB模块电路
无线USB模块电路由nRF24LUl+实现。nRF24LUl+内置有2．4 GHz射频收／发内核，支持12 Mh／s全速USB接口，具有2 Mb／s的空中无线速率。具有内部稳压器，直接使用USB总线供电，而不需要外部稳压器，节约成本和PCB板空间。集成的PLL锁相环合成器可为射频及 USB提供时钟，无需外部滤波、谐振器和压控二极管，只需要低成本的±6×10-9精度的16 MHz晶体。nRF24LUl+构成的无线USB模块电路如图3所示。
4 外围电路
4．1 天线输出
nRF24LEl和nRF24LUl+的ANTl和ANT2输出引脚给天线提供平衡的射频输出，该输出引脚必须有到VDD_PA的直流通路，通过高频的扼流圈或平衡偶极子天线的中心点。以nRF24LUl+为例．获得最大输出功率推荐0 dBm，推荐使用(15+j88)Ω的负载，通过一个简单的匹配网络在ANTl和ANT2及负载之间，也可以获得一个较低的负载阻抗(如50 Ω)。
4．2 晶体振荡器
用于nRF24LEl和nRF24LUl+的晶体振荡器必须满足产品技术规格的要求。必须使用一个低负载电容的晶体来获得低功耗和快速的启动时间。低负载电容C0对降低功耗和加快启动时间有利，但可能会增加成本。典型取值C0=1．5 pF，最大取值C0max=7．0 pF。晶体负载电容CL需要考虑电路板上的分布电容，以及从XCl和XC2引脚上的电容(典型值为1pF)。
4．3 PCB设计
良好的PCB布局是保证获得好的射频性能的基础，一个完全经过验证的nRF24LEl和nRF24LUl+及其周围元件包括匹配网络的布局可以在 WWW．nordicsemi．no下载获得。PCB设计至少需要双层板，需要专门的接地层以获得最佳性能。
nRF24LEl和nRF24LUl+的直流供电必须尽可能靠近VDD引脚放置，并用高频电容进行耦合，电容值和PCB布局参见相关器件数据手册。
nRF24LEl和nRF24LUl+的供电电源必须经过良好的滤波，并且电源走线与任何数字电路供电分开。应该避免PCB上有长电源走线，所有的器件地，VDD连接和VDD旁路电容应尽可能靠近nRF24LEl和nRF24LUl+放置，VSS引脚应直接连接至大面积的敷铜地，或者通过过孔连接到接地层，即过孔尽可能靠近所连接的VSS焊盘，每个VSS引脚应确保至少有1个过孔连接。
满幅数据或控制信号不能与晶体或供电电源走线距离太近。器件底部的金属片连接到其基底地，推荐PCB设计时将其悬空。
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