基于STM32F103控制的NRF24L01多路无线通信设计研究

基于STM32F103控制的NRF24L01多路无
线通信设计研究
作者：朱重儒任哲昆
来源：《中国新通信》 2018年第1期
【摘要】本文基于STM32F103 控制的NRF24L01 多路无线通信系统，设计了组网、串口通信模块，因具有功耗少、有一定的抗干扰能力，但传输的距离少，适合范围较小的无线系统网络。

【关键词】 STM32F103 NRF24L01 多路无线通信设计
随着智能技术、信息技术的发展，无线通信传输需求明显增强，如针对智能家具系统。

本
次研究尝试设计基于STM32F103 控制的NRF24L01 多路无线通信系统。

一、基本设计
1、NRF24L01 无线传输模块与组网。

无线传输模块通过计算机、数据系统主要设备，传输
图像具有数据量大优势，目前比较流行的是2.4GHz 无线收发芯片，NRF24L01 芯片，该频段是
全球开放的频段，能够避免低频信号、各类家电干扰，提高系统的便捷性。

在增加天线的情况
下传输200m，可以通过SPI 接口进行配置，功耗比较低，放射模式发射功率约为-6dBm 时消耗电流9mA，接收模式消耗12.3mA[1]。

NRF24L01 模式下在ShockBurst 模式下，可以接收6 路
通道的数据，每个数据都可以采用不同的地址，但采用前文提到的全球开放的频段，实现多路
无线通信。

收到数据后，通过NRF24L01 的中断引角IRQ，将核心模块处理程序引入中断，将数据从无线模块RXFIFO 寄存器读取中来。

2、STM32F103 单片机。

STM32F103 系列32 位闪存微控制器是一种基于嵌入式开发的突破
性ARM Cortex-M3 内核，系列不仅大幅度提升中断响应速度，同时具有功效低等优势，最高工
作频率72MHz，有256K 字节的闪存，64K 字节静态存储器，有太网接口、2 个CAN 总线接口
等接口配备，80 个输入输出接口，2 个12 位ADC 模数转换器，多种定时器。

数据采集可以选择SD 存储卡、GPS 接收模块、各种类型的感受模块等。

无线模块能够自动生成前导码、CRC校验，发送数据后，IRQ 通知STM32 跳出中断程序。

在模块不同模式下，STM32 可以访问FIFO
存储器，先将数据存放，再由SPI 数据传输到STM32 处理器。

SPI 是控制芯片、无线放射模块通信接口，速度可以达到10Mbit/s。

以下介绍集中简单的SPI 指令格式：R REGISTER , 指令
格式，读寄存器，AAAAA 为要操作寄存器的地址，又如WREGISTER，指令格式001AAAAA，写寄
存器，AAAAA 为要操作寄存器的地址[2]。

3、发收模式。

基于STM32F103 控制的NRF24L01 无线模块发送模式：①将GE 拐角电平拉低，拉高GSN 拐角电平进入配置模式。

②延时一段时间，32 位接收发送地址写入本地寄存器；
③选择频道0，启动ACK 应答允许；④设置工作频率，本次研究以2.4GHz，收发采用统一的频率；⑤设置发生数据长度，本次研究设置为32 字节；⑥速度为0-2mBit/s，配置寄存器，设置工作模式、中断等参数；⑦拉高GE，使芯片进入数据放送模式。

接收模式基本与发送模式基本
相同，拉高GE 后，使芯片处于接受模式。

流程图如下图1-2。

4、串口通信模块。

USART 是一个全双工收发、接口高度灵活的串行通信设备，可以利用分数波特率发射器提供较宽范围波特率，字长8 位9 位、检验控制等，使用数据接收端口、数据发送端口，前者通过采样技术区域数据、噪声进行数据恢复，后者在单线以及智能卡模式中[3]。

STM32 有五组串行通信设备，每组有状态寄存器、数据寄存器、波特比率寄存器、控制寄存器。

5、无线传输模块电路。

本文采用电池供电，电源线需要段，布局需要合理，工作电压不超过5V，避免烧坏芯片，休眠时电流1μA，但与接口电路不发送数据输入时必须低于低电平状态，直插在印制板上。

NRF24L01 最佳安装在印制板上，天线要朝上，可以通过FCC 认证，适合短
距离传输，加码天线开阔地参考距离大于150m[4]。

二、设计特点以及适用范围
基于STM32F103 控制的NRF24L01 多路无线通信是一种实用性非常强的系统，本文设计了
无线数据传输通路，配置无线模块相关寄存器、收发模式，实现系统无限传输功能。

因功效小，适应范围广，可用于居家智能系统控制、工地环境监测等小范围区域内的基于无限网络系统的
网络系统。

参考文献
[1] 刘婷. 基于nRF24L01 和STM32 的定量装车站无线控制系统[J]. 工矿自动
化,2015,41(06):104-106.
[2] 陆万田, 王崴, 刘晓卫, 等. 基于STM32 的无线光电传感器设计[J]. 传感器与微系统,2014,33(09):74-76+80.
[3] 赫玉莹. 基于STM32 和nRF24l01 的智能车无线监控平台设计[J]. 科技创新导
报,2014,11(13):74.
[4] 丛林, 杨凯, 胡文东，等. 基于nRF24L01 和STM32L152RD 超低功耗无线通信系统[J]. 电视技术,2013,37(17):66-69+101.。