【正文】 ........................................................... 33 系統(tǒng)硬件原理圖 ................................................................................ 33 發(fā)送端原理圖 .......................................................................... 33 接收端原理圖 .......................................................................... 34 系統(tǒng) PCB圖 ....................................................................................... 36 發(fā)送端 PCB圖 .......................................................................... 36 接收端 PCB圖 .......................................................................... 37 硬件制作 ........................................................................................... 37 硬件調試 ........................................................................................... 39 硬件調試結果 .................................................................................... 39 6 nRF24L01應用于無線組網 ..................................... 41 無線組網的意義及研究價值 ............................................................... 41 通信模型及協(xié)議設計 ......................................................................... 41 總結 ............................................................................................................... 43 致謝 ............................................................................................................... 45 參考文獻 ........................................................................................................ 46 基于 nRF24L01 模塊的無線通信系統(tǒng)設計 1 前言 隨著社會的進步和生產的需要，利用無線通信進行溫度數據采集的方式應用已經滲透到生活各個方面。 無線傳輸采用nRF24L01 模塊傳輸。 通過簡單的無線通信協(xié)議，實現可靠性與功耗平衡， 該系統(tǒng)能實現對溫度的檢測，能夠同時進行溫度檢測，是可以實現遠程控制的無線溫度檢測系統(tǒng)。 因此設計一種低功耗的無線溫度檢測系統(tǒng)很有意義。 目前有些設計能夠實現無線溫度采集，但 價格 過高是其最大的缺點。傳統(tǒng)直接布線測量不滿足要求，特別是 在某些環(huán)境惡劣的工業(yè)環(huán)境 和戶外環(huán)境，通過直接布線測量 不現實 。成都理工大學工程技術學院畢業(yè)論文 基于 nRF24L01 模塊的無線通信系統(tǒng)設計 作者姓名： 鐘其良 專業(yè)名稱： 電子信息科學與技術專業(yè) 指導教師： 何 勇 講師 基于 nRF24L01 模塊的無線通信系統(tǒng)設計 I 摘要 溫度是一個非常重要的參數。在工業(yè)、醫(yī)療、軍事和生活等許多地方，都需要用到測溫裝置來檢測溫度。 因此采用 無線傳輸 溫度檢測尤為必要。在實際溫度控制過程中既要求系統(tǒng)具有穩(wěn)定性、實時性又需要 降低功耗 。本文提出一種采用單片機 AT89S52 控制 DS18B20 實現的無線溫度測量系統(tǒng)。低功耗、實時性的無線溫度檢測是該設計的最大特點。 該系統(tǒng)結構簡單，可靠，功耗較低，成本低，是一種無線傳感器的解決方案。 圖 短距離無線通信的應用 在工業(yè)現場，由于生產環(huán)境惡劣，工作人員不能長時間停留在現場觀察設備是否運行正常，就需要采集數據并傳輸數據到一個環(huán)境相對好的操控室內，這樣就會產生數據傳輸問題。而且，當數據采集點處于運動狀態(tài)、所處的環(huán)境不允許或無法鋪設電纜時，數據甚至無法傳輸，此時便需要利用無線傳輸的方式進行數據采集。而且大棚和糧倉占地面積大，檢測目標分散，測點較多，傳統(tǒng)的方法已經不能滿足當前農業(yè)發(fā)展的需要。 在日常生活 中，隨著人們生活水平的提高，居住條件也逐漸變得智能化。 以上只是簡單列舉幾個現實的例子，在現實生活中，這種無線溫度采集系統(tǒng)已經被成功應用于工農業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、軍事國防、機器人控制等許多重要領域，而且類似于這種溫度采集系統(tǒng)的無線通信網絡已經被廣泛的應用到民用和軍事領域。為此，需要設 計相應的接口系統(tǒng)，控制這些射頻芯片工作，完成可靠穩(wěn)定的無線數據通信，這樣的研究也變得更加有意義了。該接口設計具有成本低、傳輸速率高、軟件設計簡單以及通信穩(wěn)定可靠等特點。發(fā)送部分以單片機 AT89S52 為核心，使用溫度轉換芯片 DS18B20 實時采集溫度并通過 nRF24l01 將采集的溫度無線傳送給接收部分，然后在LCD1602 上顯示，并通過串口發(fā)送到 PC 機上顯示，通過蜂鳴器實現對溫度過高或過低進行報警。此芯片價格便宜、操作簡便，低功耗，比較經濟實惠。 此單片機是一款高性能的低功耗的 16 位單片機，具有非常強大的功能，且內置高速 12 位 ADC。 方案三：采用宏晶科技有限公司的 STC12C5A60S2 增強型 51 單片機作為主控芯片。而且價格適中。 無線通信模塊方案 方案一：采用 GSM 模塊進行通信， GSM 模塊需要借助移動衛(wèi)星或者手機卡，雖說能夠遠距離傳輸，但是其成本較大、且需要內置 SIM 卡，通信過程中需要收費，后期成本較高。但是此模塊價格較貴，且 Zigbee 協(xié)議相對較為復雜。他能傳輸上千米的距離（加 PA），而且價基于 nRF24L01 模塊的無線通信系統(tǒng)設計 4 格較便宜、采用 SPI 總線通信模式電路簡單 ，操作方便。 溫度傳感方案 方案一：采用 AD590 是 美國 ANALO G DEV ICES 公司的單片集成兩端感溫電流源。 但其需要用到差分放大器放大和 A/D 轉換，需要原件多。 經濟，方便。 AD590還需要其它輔助電路，線路復雜，編程難度大，但是溫度精確 。 顯示模塊方案 方案一：選擇主控為 ST7920 的帶字庫的 LCD12864 來顯示信息。 方案二：采用字符液晶 LCD1602 顯示信息， 1602 是一款比較通用的字符液晶模塊，能顯示字符和數字等信息，且價格便宜，容易控制。 綜合以上方案，我們選擇了經濟實惠的字符液晶 LCD1602 來作為接收端的顯示。 基于 nRF24L01 模塊的無線通信系統(tǒng)設計 5 單片機與 PC 機通信模塊 采用 RS232 串口與 PC機通信。 D S 1 8 B 2 0 溫 度 傳 感器A T 8 9 S 5 2繼 電 器4 位 L E D 數 碼 顯示 管n R F 2 4 L 0 1 無 線 模 塊 圖 發(fā)送端系統(tǒng)方框圖 接收端： 接收端由 AT89S52 單片機， nRF24L01 無線射頻模塊， LCD1602顯示模塊，報警電路和串口組成。這些電路能在軟件的控制下準確快速的完成程序設計者事先規(guī)定的任務。 單片機有著微處理器所不具備的功能，它可以獨立地完成現代工業(yè)控制所要求的智能化控制功能這就是單片機的最大特點。它與單板機或個人電腦有著本質的區(qū)別，單片機屬于芯片級應用，需要用戶了解單片機芯片的結構和指令系統(tǒng)以及其它集成電路應用技術和系統(tǒng)設計所需要的理論和技術，用這樣特定的芯片設計應用程序，從而使芯片具備特定的智能 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS 8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。 AT89S51 具有如下特點： 40 個引腳， 8k Bytes Flash 片內程序存儲器， 256 bytes 的隨機存取數據存儲器（ RAM）， 32 個外部雙向輸入 /基于 nRF24L01 模塊的無線通信系統(tǒng)設計 8 輸出（ I/O）口， 5個中斷優(yōu)先級 2層中斷嵌套中斷， 2個 16 位可編程定時計數器 ,2 個 全雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內時鐘振蕩器?？臻e模式下， CPU 暫停工作，而 RAM 定時計數器，串行口，外中斷 系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結振蕩器而保存 RAM 的數據，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。 圖 單片機管腳圖 （ 1） 主要功能特性 : 178。 8k可反復擦寫 (1000 次） ISP Flash ROM 178。 工作電壓 178。 時鐘頻率 033MHz 基于 nRF24L01 模塊的無線通信系統(tǒng)設計 9 178。 256x8bit 內部 RAM 178。 低功耗空閑和省電模式 178。 3級加密位 178。 軟件設置空閑和省電功能 178。 雙數據寄存器指針 （ 2） AT89S52 單片機引腳介紹 : 引腳如圖 ，以下是各引腳的說明。 VSS：電源地端。 XTAL2：系統(tǒng)時鐘的反向放大器輸出端，一般在設計上只要在 XTAL1和 XTAL2 上接上一只石英振蕩晶體系統(tǒng)皆可以工作了，此外可以在兩個引腳與地之間加入一 20PF 的小電容，可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定，避免噪聲干擾而死機。 EA/Vpp：“ EA”為英文“ External Access”的縮寫，表示存取外部程序代碼之意，低電平動作，也就是說當引腳為低電平后，系統(tǒng)會調用外部的程序代碼（存于外部 EPROM 中）來執(zhí)行程序。如果使用8751 內部程 序空間時，引腳要接成高電平。 PORT0（ ― ）：端口 0是一個 8 位寬的開路電極（ Open Drain）雙向輸出入端口，共有 8 個位， 表示位 0， 表示位 1，依此類基于 nRF24L01 模塊的無線通信系統(tǒng)設計 10 推。如果當 EA 引腳為低電平時（即取用外部程序代碼或數據存儲器）， P0就以多工方式提供地址總線（ A0― A7）及數據總線（ D0― D7）。 PORT1(― )：端口 1 也是具有內部提升電路的雙向 I/O 端口，其輸出緩沖器可以推動 4 個 LS TTL 負載，若將端口 1 的輸出設為高電平，使是由此端口來輸入數據。 1 可以有 T2EX 功能，可以做外部中斷輸入的觸發(fā)引腳。 P2 除了當做一般 I/O端口使用外，若是在 AT89S51 擴充外接程序存儲器或數據存儲器時，也提供地址總線的高字節(jié) A8― A15，這個時候 P2便不能當做 I/O來使用了。 其引腳分配如下： ： RXD,串行通信輸入。 ： INT0,外部中斷 0 輸入。 ： T0，計時計數器 0 輸入。 ： WR,外部數據存儲器的寫入信號。 基于 nRF24L01 模塊的無線通信系統(tǒng)設計 11 單片機控制模塊 單片機控制模塊由 AT89S52 最小系統(tǒng)組成，其中包括單片機，晶振電路和復位電路。 （ 2）、復位電路 單片復位端低電平有效。內置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調制器等功能模塊 ,并融合了增強型 ShockBurst 技術，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置 。接收時，工作電流只有 mA，多種低功率工作模式 (掉電模式和空閑模式 )使節(jié)能設計更方便。4 mm 封裝 ； 供電電 壓為 V～ V。各引腳功能如下： 基于 nRF24L01 模塊的無線通信系統(tǒng)設計 13 圖 nRF24L01 封裝圖 CE：使能發(fā)射或接收 。 VDD_PA：為功率放大器供電，輸出為 V； ANT1,ANT2：天線接口 ； IREF：參考電流輸入。 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 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。 表 1： nRF24L01 四種