基于单片机无线网络通信模块设计

前言

无线方案适用于布线繁杂或者不允许布线的场合，目前在遥控遥测、门禁系统、无线抄表、小区传呼、工业数据采集、无线遥控系统、无线鼠标键盘等应用领域，都采用了无线方式进行远距离数据传输。目前，蓝牙技术和技术已经较为成熟的应用在无线数据传输领域，形成了相应的标准。然而，这些芯片相对昂贵，同时在应用中，需要做很多设计和测试工作来确保与标准的兼容性，如果目标应用是点到点的专用链路，如无线鼠标到键盘，这个代价就显得毫无必要。

本无线数据传输系统采用挪威公司推出的工作于2.4频段的24L01射频芯片。与蓝牙和相比，24L01射频芯片没有复杂的通信协议，它完全对用户透明，同种产品之间可以自由通信。更重要的是，24L01射频芯片比蓝牙和所用芯片更便宜。系统由单片机32F103控制无线数字传输芯片24L01,通过无线方式进行数据双向远程传输,两端采用全双工方式通信，该系统具有成本低，功耗低，软件设计简单以及通信可靠等优点。

1. 总体设计方案

无线通信技术迅速发展，有多种通讯方案可供选择，这里从实用，经济和实现等方面进行综合的考虑分析，选出合适的设计方案。

1.1 无线通信方式的比较和选择

方案一：采用模块进行通信，模块需要借助移动卫星或者手机卡，虽说能够远距离传输，但是其成本较大、且需要内置卡，通信过程中需要收费，后期成本较高。

方案二：采用公司2430无线通信模块，此模块采用总线模式，传输速率可达250，且内部集成高性能8051内核。但是此模块价格较贵，且协议相对较为复杂。

方案三：采用24L01无线射频模块进行通信，24L01是一款高速低功耗的无线通信模块。他能传输上千米的距离（加），而且价格较便宜，采用总线通信模式电路简单，操作方便。

考虑到系统的复杂性和程序的复杂度，我们采用方案三作为本系统的通信模块。

1.2 微控制器的比较和选择

方案一：采用传统的89S52单片机作为主控芯片。此芯片价格便宜、操作简便，低功耗，比较经济实惠,但是应用很局限，且要求较高时传统的89S52单片机达不到要求。

方案二：采用公司生产的430F149系列单片机作为主控芯片。此单片机是一款高性能的低功耗的16位单片机，具有非常强大的功能，且内置高速12位。但其价格比较昂贵，而且是贴片封装，不利于焊接，需要制板，大大增加了成本和开发周期。

方案三：基于公司3内核的32F103系列处理器，采用串行单线调试和，通过调试器你可以直接从获取调试信息，从而使产品设计大大简化，主要应用于要求高性能、低成本、低功耗的产品。

根据系统需要，从性能和价格上综合考虑我们选择方案三，即用32F103作为本系统的主控芯片。

1.3 串行通信方式比较和选择

485串行通信：该接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗噪声干扰性好。具有多机通信能力，这样用户可以利用单一的485接口方便地建立起设备网络。接口组成的半双工网络，一般只需二根信号线，所以它的接口均采用屏蔽双绞线传输，数据信

号采用差分传输方式。但是由于电脑上没有485接口，所以设计的时候还需要一个485转232转换器，较为麻烦。

232串行通信：它是无处不在的，每一台机都有一个或者更多的接口。在微控制器中，接口芯片使得将一个5V串口转换成232变的更容易。连接距离可以达到50到100，大多数的外设接口都不会用于太长的距离。对于一个双向选择，只需要3条导线。一个并行连接器一般需要8条数据线，两条或者更多的控制信号线和几根接地线。它作为一种标准，与很多设备兼容，目前已经在很多的微机通信接口中广泛的被采用。所以这里采用该通信方式。

1.4 显示模块方案

方案一：选择主控为7920的带字库的12864来显示信息。12864是一款通用的液晶显示屏，能够显示多数常用的汉字及码，而且能够绘制图片，描点画线，设计成比较理想的结果。

方案二：采用2.8寸显示信息，这款比较通用的字符液晶模块，能显示字符和数字等信息，且价格便宜，容易控制。

方案三：采用7段数码显示管显示，其成本低，容易显示控制，但不能显示字符。

综合以上方案，方便我们对信息的观看和理解，我们选择了经济实惠的2.8寸显示，可以直接显示数据、字符等。

2. 单元模块设计

2.1 24L01射频模块电路设计

2.1.124L01芯片概述

24L01是一款新型单片射频收发器件,工作于2.4 ～2.5 频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。24L01功耗低,在以-6 的功率发射时，工作电流也只有

9 ；接收时，工作电流只有12.3 ，多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便。

24L01主要特性如下：

1）2.4全球开放的频段，免许可证使用。

2）最高工作速率2，高校的调制，抗干扰能力强。

3）125个可选的频道，满足多点通信和调频通信的需要。

4）内置检错和点对多点的通信地址控制。

5）低工作电压（1.9~3.6V）。

6）可设置自动应答，确保数据可靠传输。

2.1.2引脚功能及描述

24L01的封装及引脚排列如图所示。各引脚功能如下：

图错误!未指定顺序。24L01引脚示意图

：使能发射或接收；

，，，：引脚端，微处理器可通过此引脚配置24L01；

：中断标志位；

：电源输入端；

：电源地；

2，1：晶体振荡器引脚；

：为功率放大器供电，输出为1.8V；

12：天线接口；

：参考电流输入。

2.1.3 工作模式

24L01有工作模式有四种：收发模式、配置模式、空闲模式和关机模式。24L01的工作模式由、、和三个引脚决定，如表。

表格错误!未指定顺序。24L01工作模式

收发模式：24L01的收发模式有收发模式和直接收发模式两种，收发模式由器件配置字决定。这里只介绍收发模式。

收发模式下，使用片内的先入先出堆栈区，数据低速从微控制器送入，但高速(1)发射，这样可以尽量节能，因此，使用低速的微控制器也能得到很高的射频数据发射速率。与射频协议相关的所有高速信号处理都在片内进行，这种做法有三大好处：1）尽量节能；

2）低的系统费用(低速微处理器也能进行高速射频发射)；

3）数据在空中停留时间短，抗干扰性高。24L01的技术同时也减小了整个系统的平均工作电流。

在收发模式下，24L01自动处理字头和校验码。在接收数据时，自动把字头和校验码移去。在发送数据时，自动加上字头和校验码，当发送过程完成后，数据准备好引脚通知微处理器数据发射完毕。

配置模式：在配置模式，15字节的配置字被送到24L01，这通过、1和三个引脚完成。

空闲模式：24L01的空闲模式是为了减小平均工作电流而设计，其最大的优点是，实现节能的同时，缩短芯片的起动时间。在空闲模式下，部分片内晶振仍在工作，此时的工作电流跟外部晶振的频率有关，如外部晶振为4时工作电流为12，外部晶振为16时工作电流为32。在空闲模式下，配置字的内容保持在24L01片内。

关机模式：在关机模式下，为了得到最小的工作电流，一般此时的工作电流小于1。关机模式下，配置字的内容也会被保持在24L01片内，这是该模式与断电状态最大的区别。