基于nRF24L01无线数据传输

大学生科技活动项目资助申请书

项目名称基于无线数据传输多点测温模块

项目类别：课外科技制作

申请人郭建所在单位机电工程学院

指导教师：职称

填报时间 2010.06.19

校大学生科技活动领导办公室

项目概况

项目名称基于无线数据传输多点测温模块

预期成果形式论文论著□研究报告□新产品√鉴定成果□专利□申请经费

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姓名性别出生年月专业班级

注：学生限报5人

项目简介（300字）（简要说明申请项目的意义、研究内容及预期目标）

随着网路技术及无线通信技术的飞速发展，短距离无线通信以其特有的抗干扰能力，高可靠性，安全性好，受地理条件限制少。安装简便灵活的优点，在许多领域都有广阔的应用前景。甚至在一些特殊的应用领了单片机不能采用有线数据通信，智能采用短距离的无线数据传输方式。目前无线数据通信应用越来越广泛：遥控遥测，无线抄表，门禁系统，身份识别，非接触RF智能卡，无线标签等等。凡是布线复杂或不允许布线的场合都希望通过无线方案来解决。

本项目主要研究了2.4GHz频段的射频芯片nRF24L01以及该芯片与单片机组成的无线多点测温系统。并且自行设计相关硬件电路，软件系统及调试。具体以下内容：

1.完成基于无线技术的温度采集系统的总体方案设计.主要描述了该无线温度采集系统的工作原理，分析了个系统的参数，根据要求选择方案。

2..系统硬件电路设计.针对所选方案及选定期间，完成硬件电路的链接，并对各部分电路的原理及其在系统中所完成的功能做详细研究。

3..系统软件设计.系统软件是基于模块化的设计思路，本文按照硬件电路所完成不同的功能来设计不同的模块。

4.系统调试情况.根据各模块的调试结果，以及系统整体调试的情况，分析了调试过程中所遇到的问题及解决办法。

5.总结研究内容.

最终实现无线数据传输可靠稳定，传输速率高等。

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（一）申请项目的依据和意义（国内外相关领域的研究现状及发展趋势，开展此项研究的必要性）：

短距离无线通信技术是信息科学的一个重要方面，近几年来随着计算机，信息处理与存储的技术的日益精湛，短距离无线通信技术也得到了迅速的发展。采用短距离无线通信技术来传输信息在现代社会是十分流行和重要的，它已经变成人们生活和工作的必需，社会发展的重要工具。

目前的短距离无线数据传输技术主要有两种，一种是IrDA红外五线通信技术，另一种是工作于ISM（Industrial Scientific Medical）频段的射频通信技术。

一.IrDA是红外组织（Infrared Data Association）的简称，目前广泛采用的IrDA红外链接技术就是有该组织提出的。IrDA红外通信技术是一种较早的短距离无线通信技术。IrDA技术所受到的干扰较小，比较适用于传输速率高，使用次数少，移动范围小，价格比较低的设备。

二.ISM频段射频通信技术

ISM频段主要是开放给工业，科学，医学三个主要机构使用，该频段并没有所谓使用授权的限制，所以使用时不用申请许可证。工作于ISM频段的短距离射频通信技术主要有蓝牙技术，802.11标准等。

2.1蓝牙技术

蓝牙技术是爱立信公司在1994年提出的一种最新的短距离无线通信技术规范，是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范。蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般10m内）的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。。

2.2802.11标准

IEEE最初制定的一个无线局域网标准，主要用于解决办公室局域网和校园网中，用户与用户终端的无线接入，业务主要限于数据存取，速率最高只能达到2Mbps。

3.HomeRF

HomeRF工作组是由美国家用射频委员会领导、于1997年成立的，其主要工作任务是为家庭用户建立具有互操作性的话音和数据通信网。它推出HomeRF的标准集成了语音和数据传送技术，工作频段为10GHz，数据传输速率达到100Mbit/s，在WLAN的安全性方面主要考虑访问控制和加密技术。

4.GPRS

通用分组无线服务技术（General Packet Radio Service)的简称，它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务。GPRS可说是GSM的延续。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包（Packet）式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。GPRS的传输速率可提升至56甚至114Kbps

以上的无线通信协议对本系统设计还有些复杂，且成本较高，蓝牙的无线通信技术的应用还是有限的。挪威Nordic公司的无线通信芯片具有收发合一，通用频段。低发射功率，高灵敏接送，串口通信等优点。与蓝牙产品相比，该芯片的成品更低，功耗更低，且协议简单和软件开发简易，因此十分适合低成本的短距离无线通信的场合。

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（二）研究内容及目标

本系统采用以单片机为主控芯片，PC机通过无线传输模块向单片机发送指令，控制各从机与其进行数据交换。单片机一方面实时进行温度采集，另一方面通过无线信道和PC机交换数据。单片机将采集的数据通过无线传输模块传送到PC机交换数据。单片机将采集到的数据通过无线传输模块传送到PC机。无线数据传输模块的关键器件是无线通信芯片。选择无线通信芯片的首要原则就是根据系统设计的需要，其次可以参考一下选择标准，数据传输的编码方式，芯片所需的外围元件的数量，功耗，发射功率，芯片封装。

1.nRF24L01简介

1.1nRF24.L01是一款新型单片射频收发器件,工作于

2.4 GHz～2.5 GHz ISM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ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。

1.2工作原理：

发射数据时，首先将nRF24L01配置为发射模式：接着把接收节点地址TX_ADDR和有效数据TX_PLD按照时序由SPI口写入nRF24L01缓存区，TX_PLD必须在CSN为低时连续写入，而TX_ADDR在发射时写入一次即可，然后CE置为高电平并保持至少10μs，延迟130μs后发射数据;若自动应答开启，那么nRF24L01在发射数据后立即进入接收模式，接收应答信号（自动应答接收地址应该与接收节点地址TX_ADDR一致）。如果收到应答，则认为此次通信成功，TX_DS置高，同时TX_PLD从TX FIFO中清除;若未收到应答，则自动重新发射该数据(自动重发已开启)，若重发次数(ARC)达到上限，MAX_RT置高，TX FIFO中数据保留以便在次重发;MAX_RT或TX_DS置高时，使IRQ变低，产生中断，通知MCU。最后发射成功时,若CE 为低则nRF24L01进入空闲模式1;若发送堆栈中有数据且CE为高，则进入下一次发射;若发送堆栈中无数据且CE为高，则进入空闲模式2。

目标：

最终完成系统的设计，调试及成品。

（三）实施方案及要解决的关键问题、

实施方案：为实现设计的基本要求，收集了丰富的资料，经过讨论和研究，并结合设计的基本要求，最终决定了设计，实施方案。

1.硬件系统设计:

该系统采用模块化设计，主要由单片机、温度传感器、nRF24L01、射频功放和天线模块组成。上位机为PC机，LPC2144与nRF24L01连接，根据需要配置2．4 G功放和增益天线模块。如果配置0．5 W功放和高增益天线，则传输距离可达5~10 km。

2.系统软件设计：

发送端单片机完成初始化后，把nRF24L01配置成PTX工作模式。若从上位机接收到数据，则启动nRF24L01发送数据。若发送成功，则产生TX_DS中断；若重发超限，则产生MAX_RT 中断；若发送成功，则继续发送，否则进行出错处理。接收端单片机完成初始化后，把nRF24L0l 配置成PRX工作模式。当正确接收数据时，nRF24L0l产生接收中断标志，单片机从nRF24L01读取数据并向下位机发送。

3.要解决的关键问题：

①温度数据采集问题

②利用nRF401进行无线数据传输问题

③无线信道数据贞打包与拆包问题。

④无线信道纠错编码问题。

⑤系统与PC机进行数据交流问题

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