【文章內(nèi)容簡介】 6dBm的功率發(fā)射時，工作電流也只有9mA。接收時，多種低功率工作模式(掉電模式和空閑模式)使節(jié)能設(shè)計更方便[10]。nRF24L01主要特性如下： GFSK調(diào)制，硬件集成OSI鏈路層； 具有自動應(yīng)答和自動再發(fā)射功能； 片內(nèi)自動生成報頭和CRC校驗碼； 數(shù)據(jù)傳輸率為l Mb/s或2Mb/s；SPI速率為0 Mb/s～10 Mb/s；125個頻道與其他nRF24系列射頻器件相兼容； QFN20引腳4 mm4 mm封裝； V～ V； nRF24L01的封裝及引腳排列如圖所示。 nRF24L01封裝圖CE：使能發(fā)射或接收； CSN，SCK，MOSI，MISO：SPI引腳端，微處理器可通過此引腳配置nRF24L01： IRQ：中斷標(biāo)志位；VDD：電源輸入端； VSS：電源地；XC2，XC1：晶體振蕩器引腳； VDD_PA：為功率放大器供電， V； ANT1,ANT2：天線接口；IREF：參考電流輸入； NRF24L01的工作模式及工作原理工作模式通過配置寄存器可將nRF24L01配置為發(fā)射、接收、空閑及掉電四種工作模式。 模式PWR_UPPRIM_RXCEFIFO寄存器狀態(tài)接收模式111發(fā)射模式101數(shù)據(jù)在TXFIFO寄存器中發(fā)射模式101→0停留在發(fā)送模式，直至數(shù)據(jù)發(fā)送完待機模式2101TX_FIFO為空待機模式110無數(shù)據(jù)傳輸?shù)綦? nRF24L01工作模式 待機模式1主要用于降低電流損耗，在該模式下晶體振蕩器仍然是工作的；待機模式2則是在當(dāng)FIFO寄存器為空且CE=1時進入此模式；待機模式下，所有配置字仍然保留。在掉電模式下電流損耗最小，同時nRF24L01也不工作，但其所有配置寄存器的值仍然保留。 工作原理 發(fā)射數(shù)據(jù)時，首先將NRF24L01配置為發(fā)射模式：接著把接收節(jié)點地址TX_ADDR和有效數(shù)據(jù)TX_PLD按照時序由SPI口寫入NRF24L01緩存區(qū)，TX_PLD必須在CSN為低時連續(xù)寫入，而TX_ADDR在發(fā)射時寫入一次即可，然后CE置為高電平并保持至少10μs，延遲130μs后發(fā)射數(shù)據(jù)。若自動應(yīng)答開啟，那么nRF24L01在發(fā)射數(shù)據(jù)后立即進入接收模式，接收應(yīng)答信號（自動應(yīng)答接收地址應(yīng)該與接收節(jié)點地址TX_ADDR一致）。如果收到應(yīng)答，則認(rèn)為此次通信成功，TX_DS置高，同時TX_PLD從TXFIFO中清除。若未收到應(yīng)答，則自動重新發(fā)射該數(shù)據(jù)(自動重發(fā)已開啟)，若重發(fā)次數(shù)(ARC)達到上限，MAX_RT置高，TXFIFO中數(shù)據(jù)保留以便在次重發(fā)。MAX_RT或TX_DS置高時，使IRQ變低，產(chǎn)生中斷，通知MCU。最后發(fā)射成功時,若CE為低則nRF24L01進入空閑模式1。若發(fā)送堆棧中有數(shù)據(jù)且CE為高，則進入下一次發(fā)射。若發(fā)送堆棧中無數(shù)據(jù)且CE為高，則進入空閑模式。 接收數(shù)據(jù)時,首先將nRF24L01配置為接收模式，接著延遲130μs進入接收狀態(tài)等待數(shù)據(jù)的到來。當(dāng)接收方檢測到有效的地址和CRC時，就將數(shù)據(jù)包存儲在RXFIFO中，同時中斷標(biāo)志位RX_DR置高，IRQ變低，產(chǎn)生中斷，通知MCU去取數(shù)據(jù)。若此時自動應(yīng)答開啟，接收方則同時進入發(fā)射狀態(tài)回傳應(yīng)答信號。最后接收成功時，若CE變低，則nRF24L01進入空閑模式1。在寫寄存器之前一定要進入待機模式或掉電模式。 NRF24L01的配置字SPI口為同步串行通信接口，最大傳輸速率為10 Mb/s，傳輸時先傳送低位字節(jié)，再傳送高位字節(jié)。但針對單個字節(jié)而言，要先送高位再送低位。與SPI相關(guān)的指令共有8個，使用時這些控制指令由NRF24L01的MOSI輸入。相應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息是從MISO輸出給單片機。NRF24L0l所有的配置字都由配置寄存器定義，這些配置寄存器可通過SPI口訪問。NRF24L01 的配置寄存器共有25個。地址（H）寄存器名稱功能00CONFIG設(shè)置24L01工作模式01EN_AA設(shè)置接收通道及自動應(yīng)答02EN_RXADDR使能接收通道地址03SETUP_AW設(shè)置地址寬度04SETUP_RETR設(shè)置自動重發(fā)數(shù)據(jù)時間和次數(shù)07STATUS狀態(tài)寄存器，用來判定工作狀態(tài)0A~0FRX_ADDR_P0~P5設(shè)置接收通道地址10TX_ADDR設(shè)置接收接點地址11~16RX_PW_P0~P5設(shè)置接收通道的有效數(shù)據(jù)寬度 常用配置寄存器 NRF24L01的應(yīng)用電路 NRF2401 的應(yīng)用電路 的應(yīng)用電路，由圖可知，其需要外圍元件只有14個。3V是NRF2401 應(yīng)用電路的一般工作電壓。它可用多種低功耗微控制器進行控制。在設(shè)計過程中，環(huán)形天線和單鞭天線都可以供設(shè)計者選擇， 歐姆的單鞭天線。在使用不同的天線時，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整電感電容的參數(shù)，可以使收發(fā)得距離盡可能增大。攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計本系統(tǒng)軟件設(shè)計包括：溫濕度檢測模塊、無線發(fā)送/接收傳輸模塊和串口通信三個部分的軟件設(shè)計，每個部分又分成幾個小模塊。軟件設(shè)計的總體結(jié)構(gòu)如圖。所示： 初始化 溫濕度檢測 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)采集糧倉溫濕度監(jiān)測系統(tǒng) 初始化無線傳輸 無線接收 無線發(fā)送 初始化串口通信 串口接收 串口發(fā)送 圖 在復(fù)位串口、發(fā)送“啟動傳輸”時序后，控制器向DHT11發(fā)送一條“測量溫濕度”命令，之后等待測量結(jié)束，結(jié)束標(biāo)志是DHT11將DATA信號拉低。在這個過程中，控制器要不停的檢測DATA信號，直至被拉低。在讀測量值時，需要讀2個字節(jié)數(shù)據(jù)，高位在前、低位在后，最后為1個字節(jié)的CRC校驗位。通信結(jié)束后，DHT11將自動轉(zhuǎn)入休眠模式，從而減少能量消耗。 溫濕度采集與處理程序流程圖：觸發(fā)ＳＣＫ時鐘發(fā)啟動傳輸時序Ｎ發(fā)溫濕度測量命令ＤＡＴＡ＝０？Ｙ讀相對溫濕度測量值修正相對溫濕度測量值結(jié)束 DHT11數(shù)據(jù)采集程序流程圖 接收數(shù)據(jù)時，首先將nRF24L01配置為接收模式。接著延遲進入接收狀態(tài)等待數(shù)據(jù)的到來。當(dāng)接收方檢測到有效地址和CRC時，就將數(shù)據(jù)包儲存在接收堆棧中，同時狀態(tài)寄存器中的中斷標(biāo)志位RX—DR置高，產(chǎn)生中斷使IRQ引腳變?yōu)榈碗娖?，以便通知MCU去取數(shù)據(jù)。 無線接收程序流程圖首先進行初始化操作，初始化包括設(shè)置單片機I／O和SPI相關(guān)寄存器兩部分其可以和nRF24L01通信。通過SPI總線配置射頻芯片使其進入正確的工作模式。發(fā)射數(shù)據(jù)時，首先將nRF24L01配置為發(fā)射模式。接著把發(fā)送端待發(fā)射數(shù)據(jù)的目標(biāo)地址TX—ADDR和數(shù)據(jù)TX—PLD寫入nRF24L01緩沖區(qū)，延時后發(fā)射數(shù)據(jù)。 無線發(fā)送數(shù)據(jù)流程圖 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 結(jié)果分析 5 結(jié)果分析 這次糧倉溫濕度無線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計，完成了環(huán)境溫濕度的檢測功能，但其溫濕度的測量值與實際溫度值偏高2℃左右，這與溫濕度傳感器的測量精度有關(guān)，DHT11的溫度測量精度為2℃,濕度測量精度為5%，根據(jù)這個推斷設(shè)計的系統(tǒng)在測量的溫濕度是正確的；而無線模塊實現(xiàn)了數(shù)據(jù)發(fā)送功能，但在數(shù)據(jù)接收方面跟理論上的信息有所出入，后面下來還需從硬件和軟件方面去查找原因，找出問題的存在點并去完善。對于這次設(shè)計的系統(tǒng)還可以在對溫濕度的精確度和越限報警方面去優(yōu)化。攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 總結(jié)6總結(jié)這次課程設(shè)計，讓我收獲很多。課程設(shè)計是將所學(xué)的理論知識綜合運用的一個過程?；趩纹瑱C的糧倉溫室度的無線檢測系統(tǒng)設(shè)計運用到所學(xué)課程有電力電子基礎(chǔ)、計算機網(wǎng)絡(luò)、C程序設(shè)計、單片機原理、計算機控制系統(tǒng)等。通過這次課程設(shè)計，我了解了傳感技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的一個發(fā)展情況以及在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的使用價值；并知道了溫濕度傳感器、單片機、無線傳輸芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，理解其工作原理；也學(xué)會了怎樣使用溫濕度傳感器、單片機和無線傳輸芯片。這次設(shè)計對我來說，其難點是硬件電路的設(shè)計、程序的編寫及調(diào)試；但通過老師的指導(dǎo)和查閱文獻資料基本上解決了遇到的問題；而且對MultisimProtues、Keil和ProtelDXP這些軟件的使用更為熟練。這次設(shè)計讓我很深刻地體會到將理論知識與實踐相結(jié)合的重要性。實踐是檢查我們所學(xué)知識的深度和廣度的一種方式，也是體現(xiàn)理論知識的使用價值的一種方式。那么只有理論知識是遠遠不夠的，還必須通過實踐將其價值得到使用和升華。這次設(shè)計，不僅加深和加寬我獲得的專業(yè)文化知識，還提升我的獨立思考、查閱資料、發(fā)現(xiàn)并解決問題以及動手方面的能力。攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 參考文獻參考文獻[1] 楊占軍，楊英杰．基于無線傳輸技術(shù)的多路溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計[J]．東北電力學(xué)院學(xué)報，2005.[2] 梁峰，王平，[J]測量與監(jiān)測技術(shù)技術(shù),2011.[3 李智強,王艷芳. 基于GSM 的糧倉溫濕度無線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J]農(nóng)機化研究,2009.[4] [J].農(nóng)技服務(wù),2008(4):113114.[5] 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