基于nRF24LE1的智能双向汽车遥控系统

待机模式 1 主要用于降低电流损耗， 在该模式下晶体振荡 器仍然是工作的，并随时准备进入收发模式 。 RFCE 位 置 0 时 ， 为待 机 模 式 1，当 RFCE 位 置 1 时 ；进 入 收 发 模 式 。 待 机 模 式 2 则是在当 FIFO 寄存器为空且 RFCE＝1 时进入 此 模 式 ， 如 果 有 新的数据包到达 TX FIFO 寄存器；则在正常延迟 130μs 后进行 数据的发送。 在待机模式下，所有配置字仍然保留。 掉电模式下 电流损耗最小，同时 nRF24LE1 也不工作，但其所有配置寄存器 的值仍然保留。 2．3 无线收发过程
1 系统硬件组成及功能
双向汽车遥控系统由车
载部分和钥匙部分组成。 其中
车 载 部 分 包 括 nRF24L01＋ 组
成的 nRF24LE1 以及 GSM 模
块， 钥匙部分主要包括
nRF24LE1 模块， 输入控制模
块和系统输出部分。 系统结构
图如图 1 所示。
由 于 nRF24LE1 芯 片 内
集成了收发模块， 在使用中，
据的收发和处理过程。
nRF24LE1 内 部 集 成 了 单 片
机 8051 内核和无线收发内核
nRF24L01＋。 8051 内核 的 功
能与普通单片机相似，
nRF24L01＋ 内 核 负 责 将 数 据
打包和无线收发数据，而两者 之间则通过内部的 SPI 接口建
图 3 遥控器部分软件流程图
立通信，实现数据的交换。
信息。 车锁部分的 nRF24L01＋接收到此信息 ，通 过 SPI 接 口 传
送 给 nRF24LE1 内 置 的 8051 核 获 取 控 制 信 息 ，启 动 车 锁 电 路 ，
进行“开锁”或“关锁”的操作，然后将操作结果通 过 nRF24L01＋
图 2 nRF24LE1 模块原理图
模块发送给遥控器，遥控器的 nRF24L01＋无线收发 模 块 接 收 到 反馈信息后，通过指示灯的形式告诉车主。 这样就实现了遥控器 和车锁部分的双向通信。 1．2 GSM 模块
nRF24LE1 通过串口与 GSM 模块连接。 车锁部分同时受 GSM
网络和遥控器双重控制。
当 车 主 通 过 遥 控 器 发 送 锁 车 或 开 锁 的 信 息 时 ，nRF24LE1
内置的 8051 核通过 SPI 接口将控制信息传送给 nRF24L01＋无
线收发模块，nRF24L01＋使用增强型 ShockBurst 模式发出相应
Enhanced ShockBurst 数 据 包 基 于 数 据 链 路 层 ，器 件 内 部
表 2 Enhanced ShockBurstTM 数据格式
完 成 需 要 高 速 处 理 的 RF 协 议 ， 自 动 处 理 前 导 码 和 CRC 校 验 码，发送数据时只需将数据放入发送数据缓冲区，器件会自行产 生前导字符和 CRC 校验码， 并将这些数据地址和地址信息、发 送数据缓冲区的数据等组成一个数据包发送出去。 接收数据时 自动把前导码和 CRC 校验码移去。
本文以射频系统芯片 nRF24LE1 为核心， 设计了一种双向
通信的汽车遥控器和车锁控制电路， 使车锁和遥控器都具有收
发信息的功能，即实现遥控器和车锁部分的双向通信，当有干扰
器或其它信号时， 车主可以通过车锁反馈到遥控器加了汽车的安全性，排除目
前市场上大多数单向遥控器的弊端。
参考文献 ［1］Nordic Semiconductor ASA [Z]．Data sheets for nRF24LE1－Ul-
tra low power wireless System－on－Chip solution,2008(10) ［2］Applications for nRF24LE1－Ultra low power wireless System－
废除遥控器的开锁功能，锁住车门，更增加了汽车的安全性。
2 系统软件设计
2．1 遥控器部分软件流程图
系 统 程 序 采 用 keil c51
软件进行编制，生成十六进制
文 件 后 下 载 到 nRF24LE1 芯
片中。 遥控器部分软件流程图
如图 3 所示。
软件设计的关键是如何
配 置 nRF24LE1 芯 片 ，实 现 数
2．2 nRF24LE1 工作模式
nRF4LE1 有四种 不 同 的 工 作 状 态 ，使 用 前 必 须 进 行 相 应 的
配置工 作 。 通 过 配 置 CONFIG 寄 存 器 可 把 nRF4LE1 配 置 为 发
射、接收、待机及掉电四种工作模式。 如表 1 所示。
表 1 nRF24LE1 工作模式
nRF24LE1 收 发 模 式 有 Shock －Burst 收 发 模 式 和 Enhanced ShockBurst 收发模式两种， 收发模式由器件配置字决 定 ， 对 应 的 数 据 包 格 式 也 有 两 种 ， 本 设 计 应 用 了 Enhanced ShockBurst 收发模式实现汽车遥控器与车锁的双向通信。 Enhanced ShockBurst 数据格式如表 2 所示。
当 CONFIG 寄 存 器 的 PWR＿UP 位 ，PRIM＿RX 位 和 RFCE 位 置 1 时 ，nRF24LE1 进 入 接 收 模 式 。 当 CONFIG 寄 存 器 的 PWR＿UP 位置 1，PRIM＿RX 位置 0，RFCE 位置 1 时 ，数据在 TX FIFO 寄存器中等待发送，无线模块进入发送模式。 在发送 数 据 的过程中，保持这种工作状态，直 到 数 据 发 送 完 毕 。 如 果 RFCE 位 置 0 时 ，则 进 入 待 机 模 式 1，如 果 RFCE 位 置 1，TX FIFO 中 有数据，则进行下一次发送过程，如 果 TX FIFO 中 没 有 数 据 ，则 进入待机模式 2。
在对车锁的控制中，GSM 网络和遥控器双重控制。 GSM 是 基 于 窄 带 TDMA 制 式 ， 允 许 在 一 个 射 频 同 时 进 行 8 组 通 话 。 GSM 模 块 将 GSM 射 频 芯 片 、基 带 处 理 芯 片 、存 储 器 、功 放 器 件 等集成在一块线路板上，具有独立的操作系统、GSM 射频处理、 基带处理并提供标准接口的功能模块。 因此，GSM 模块具有发 送 SMS 短信、语音通话、GPRS 数据传输等基于 GSM 网络进行 通 信 的 所 有 基 本 功 能 。 本 设 计 采 用 G100 系 列 GSM 模 块 。 nRF24LE1 模块部分通过 RS232 串口与 GSM 模 块 通 信 ， 使 用 标准的 AT 命令来控制 GSM 模块进行短信的收发。 本文设计的 车锁部分利用 了 GSM 中 的 短 信 模 块 功 能 ， 车 主 可 以 通 过 发 送 GSM 短信对汽车进行控制。
在车锁中增 加 GSM 模 块 ，可 作 为 忘 带 遥 控 器 时 的 备 用 ，同 时也可以在遥控器 丢 失 后 ，通 过 给 车 锁 发 送 GSM 短 信 ，及 时 地
*国 家 级 本 科 生 创 新 性 实 验 项 目 （101022534 ）
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基于 nRF24LE1 的智能双向汽车遥控系统
《工业控制计算机》2011 年第 24 卷第 1 期
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基于 nRF24LE1 的智能双向汽车遥控系统*
Intelligent Two－way Communication Vehicle Remote Control System Based on nRF24LE1
王立峰 王光欣 陈旭东 陶乐文 （东北林业大学机电工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040）
详细的发送和接收流程如下： （1）Enhanced ShockBurstTM 发射流程 1）把接收机的地址和要发送的数据按时序送 nRF24L01＋。 2）配 置 CONFIG 寄 存 器 ，使 之 进 入 发 送 模 式 ，即 PWR＿UP 位，PRIM＿RX 位和 RFCE 位置 1。 3）RFCE 置高至少 10μs， 激发 nRF24LE1 进行 Enhanced ShockBurstTM 发射。 4）nRF24L01＋的 Enhanced ShockBurstTM 发射： 给射频前端供电； 射频数据打包(加前导码、CRC 校验码)； 高速发射数据包； 发 射 完 成 ，nRF24L01＋进 入 待 机 状 态 或 准 备 进 行 下 一 次 发 射。 （2）Enhanced ShockBurstTM 接收流程 1）配置本机地址和要接收的数据包大小。 2） 配 置 CONFIG 寄 存 器 ， 当 PWR＿UP 位 ，PRIM＿RX 位 和 RFCE 位置 1，进入接收模式。 3）保 持 130μs 后 ，nRF24L01＋进 入 监 视 状 态 ，等 待 数 据 包 的到来。 4）当接收到正确的数据包，检查地址和 CR 校验码，nRF2401＋ 自动把前导码、地址和 CRC 校验位移去。 5）把 STATUS 寄 存 器 的 RX－DR 置 位 ，通 知 微 控 制 器 有 数 据到来。 6）微控制器把数据从 nRF2401＋读出。 7）所有数据读取完毕后，清除 STATUS 寄存器。 nRF2401＋ 进入四种主要的模式之一。 3 结束语 nRF24LE1 射频芯片具 有 体 积 小 、 功 耗 少 、 配 置 灵 活 等 优 点 ，广 泛 应 用 于 无 线 测 控 、无 线 遥 控 、RFID、医 学 参 数 检 测 以 及 无线语音、 工业控制、 数据采集等领域。 本文研究了基于 nRF24LE1 芯片的双向汽车遥 控 系 统 ， 重 点 研 究 了 系 统 构 成 和 软、 硬件设计， 是 2．4GHz 射频技术应用于汽 车 安 防 领 域 的 尝 试。 经实验证明，本设计成本低，功耗小，并可根据需要，增加遥 控器控制汽车的油路、车内温度等功能。
摘要 基于射频系统芯片 nRF24LE1，设计了一种具有双向通信功能的汽车遥控器和车锁控制系统，重点研究了系统的结构 和软、硬件设计。 遥控器不仅可以发送控制信息，还可以接收车锁的反馈信息，比目前普遍使用的单向遥控器功能强大。 同 时在车锁部分，增加了 GSM 模块，实现 GSM 网络与遥控器的双重控制，更能确保汽车的安全。 关键词：nRF24LE1，nRF24L01＋，双向通信，GSM 模块，Enhanced ShockBurstTM