基于STM32和nRF24l01的智能車無線監控平臺設計

赫玉瑩

摘 要：在飛思卡爾智能車競賽的基礎上，設計了基于STM32和nrf24l01的智能車監控平臺，可實現無線數據接收、遠程遙控，觸屏控制，具備可靠性、靈活性、便捷性，方便智能車的調試。該文針對其主要功能模塊詳細介紹了其實現方法和軟件設計流程。

關鍵詞：STM32 nRF24l01 無線通信 監控

中圖分類號：TN92 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）05（a）-0074-01

在進行智能車的開發和調試過程中，需要不斷地驗證程序和算法的有效性，從而調節智能車的各項參數。大多數參賽隊員都是采用和電腦相連接的方法進行調試，這種方法一是無法顯示車輛高速行駛過程中的實時狀況，二是調試監控十分不便，因此，開發一種上位機進行無線監視和控制成為一種必然趨勢和選擇。

目前比較成熟的短距離無線傳輸網絡的技術有：藍牙、wifi、超帶寬技術、Zigbee技術等，但是上述技術開發起來較為復雜，開發周期較長、成本較高[1]。因此，本設計選用stm32和nRF24l01進行模塊開發，并能很好地實現相應功能。

1 系統的結構設計

本設計采用nRF24l01以無線通信方式與附近的其他模塊或系統進行數據交換，其基本原理如圖1所示。

XS128單片機采集智能車參數，如傳感器數據信息、舵機打角、行駛速度等。然后將信息傳輸到車載nrf24l01中，以人為設置的固定匹配波特率發送出去，在這一端，將以相同的波特率進行接收。同時，采用stm32上的配套觸摸液晶屏可進行實時顯示。通過對傳輸的數據進行分析，可根據預想情況進行控制，通過觸摸屏和機械按鍵的結合，可更改設置參數并控制小車的啟動和運行狀況。

2 系統實現分析

STM32通過SPI與外部MCU通信，最大SPI速度可以達到10 MHz。又nRF24l01具有自動應答功能，能夠實現可靠傳輸。

智能車主控芯片將采集到的數據以機器語言（即二進制）的形式傳遞給車載nRF24l01發送端，然后以數據包的形式發送出去。接收端接收到數據后，將接收到的數據傳送給STM32進行解碼，并檢測數據是否有效，若有效，則通過LCD顯示屏將數據以特定的形式顯示出來。與此同時，接收端在收到數據之后，會返回一個反饋信號[2]。因此，通過設置發送緩沖區中的數值，可改變反饋信號，即改變車載主控芯片的接收數據，實現控制。

對于無線模塊的詳細接收過程，首先配置nRF24L01為接收模式，延遲130 μs后進入接收狀態，等待數據的到來。當檢測到有效的地址和CRC時，就將數據包存儲在接收緩沖區RXFIFO中，同時將中斷標志位RX_DR置高，IRQ變低，產生中斷，通知MCU去取數據。開啟自動應答，接收方同時進入發射狀態回傳應答信號。最后接收成功時，若CE變低，則nRF24L01進入空閑模式。

3 軟件設計流程

（1）根據24l01的技術手冊，寫其驅動函數，設計應用程序實現收發功能[3]。設置nRF24l01的數據包處理方式為增強型ShockBurst模式，該模式要求接收方在接收到數據之后進行自動應答，以便于發送方檢測是否丟失了數據。如果數據丟失，則自動重新發射，當重發次數達到上限之后，產生中斷通知MCU。

（2）液晶屏顯示。設置STM32與TFTLCD模塊相連接的IO口，初始化LCD模塊，書寫相關的描點、顯示數字、字符、字符串等函數，設計顯示界面。然后通過函數將字符和數字顯示到TFTLCD上。

（3）觸摸切換界面。要通過液晶屏顯示足夠的信息，單個界面顯然是不夠的。我們一般液晶所用的觸摸屏，最多的是電阻式觸摸屏，通過壓力感應進行控制。本設計采用XPT2046控制芯片。首先要進行屏幕校準，因為由于技術原理的原因，并不能保證同一點觸摸每一次采樣數據相同，不能保證絕對坐標定位，因此需要將物理坐標轉換為像素坐標，再賦給POS結構[4]。然后再主函數中可書寫touch（）函數，檢測觸摸屏是否按下，若有，則關閉中斷，讀取像素坐標，執行相應操作，再開啟中斷。

（4）數據處理顯示，由于接收到的數據是機器語言即二進制數，所以需要將接收到的數據進行處理，如轉換為浮點數等。本設計將得到的舵機打角、PWM波占空比、車輛速度變化以及傳感器信息在坐標系中實時顯示，通過波形的上升或下降將能夠更加清晰直觀地觀測出車輛行駛狀況，方便調試。

4 實驗效果圖

該上位機模塊外觀圖設計，其將數據信息快速、準確、直觀地顯示出來，大大加快了智能車的調試進度。不足之處在于，由于液晶顯示屏大小限制，繪制的坐標系橫坐標受到一定限制。若將分度值加大，則影響觀測的數據精度，若將分度值減小，則觀測范圍受到影響。但總體來說，已可以滿足需求。

參考文獻

[1] 程良明.ZIGBEE無線串口通信設備在高速公路站級電子顯示屏上的應用[J].中國交通信息化，2012（2）：109-111.

[2] 張偉.基于GSM的設備檢測數據無線傳輸系統的設計[J].信息通道，2011（6）：61-62.

[3] 李輝，宋詩，周健江.基于ARM和nRF24l01的無線數據傳輸系統[J].電子設計工程，2008（12）：44-46.

[4] 侯殿有.嵌入式控制系統人機界面設計[M].北京：北京航空航天大學出版社，2011.endprint

摘 要：在飛思卡爾智能車競賽的基礎上，設計了基于STM32和nrf24l01的智能車監控平臺，可實現無線數據接收、遠程遙控，觸屏控制，具備可靠性、靈活性、便捷性，方便智能車的調試。該文針對其主要功能模塊詳細介紹了其實現方法和軟件設計流程。

關鍵詞：STM32 nRF24l01 無線通信 監控

中圖分類號：TN92 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）05（a）-0074-01

在進行智能車的開發和調試過程中，需要不斷地驗證程序和算法的有效性，從而調節智能車的各項參數。大多數參賽隊員都是采用和電腦相連接的方法進行調試，這種方法一是無法顯示車輛高速行駛過程中的實時狀況，二是調試監控十分不便，因此，開發一種上位機進行無線監視和控制成為一種必然趨勢和選擇。

目前比較成熟的短距離無線傳輸網絡的技術有：藍牙、wifi、超帶寬技術、Zigbee技術等，但是上述技術開發起來較為復雜，開發周期較長、成本較高[1]。因此，本設計選用stm32和nRF24l01進行模塊開發，并能很好地實現相應功能。

1 系統的結構設計

本設計采用nRF24l01以無線通信方式與附近的其他模塊或系統進行數據交換，其基本原理如圖1所示。

XS128單片機采集智能車參數，如傳感器數據信息、舵機打角、行駛速度等。然后將信息傳輸到車載nrf24l01中，以人為設置的固定匹配波特率發送出去，在這一端，將以相同的波特率進行接收。同時，采用stm32上的配套觸摸液晶屏可進行實時顯示。通過對傳輸的數據進行分析，可根據預想情況進行控制，通過觸摸屏和機械按鍵的結合，可更改設置參數并控制小車的啟動和運行狀況。

2 系統實現分析

STM32通過SPI與外部MCU通信，最大SPI速度可以達到10 MHz。又nRF24l01具有自動應答功能，能夠實現可靠傳輸。

智能車主控芯片將采集到的數據以機器語言（即二進制）的形式傳遞給車載nRF24l01發送端，然后以數據包的形式發送出去。接收端接收到數據后，將接收到的數據傳送給STM32進行解碼，并檢測數據是否有效，若有效，則通過LCD顯示屏將數據以特定的形式顯示出來。與此同時，接收端在收到數據之后，會返回一個反饋信號[2]。因此，通過設置發送緩沖區中的數值，可改變反饋信號，即改變車載主控芯片的接收數據，實現控制。

對于無線模塊的詳細接收過程，首先配置nRF24L01為接收模式，延遲130 μs后進入接收狀態，等待數據的到來。當檢測到有效的地址和CRC時，就將數據包存儲在接收緩沖區RXFIFO中，同時將中斷標志位RX_DR置高，IRQ變低，產生中斷，通知MCU去取數據。開啟自動應答，接收方同時進入發射狀態回傳應答信號。最后接收成功時，若CE變低，則nRF24L01進入空閑模式。

3 軟件設計流程

（1）根據24l01的技術手冊，寫其驅動函數，設計應用程序實現收發功能[3]。設置nRF24l01的數據包處理方式為增強型ShockBurst模式，該模式要求接收方在接收到數據之后進行自動應答，以便于發送方檢測是否丟失了數據。如果數據丟失，則自動重新發射，當重發次數達到上限之后，產生中斷通知MCU。

（2）液晶屏顯示。設置STM32與TFTLCD模塊相連接的IO口，初始化LCD模塊，書寫相關的描點、顯示數字、字符、字符串等函數，設計顯示界面。然后通過函數將字符和數字顯示到TFTLCD上。

（3）觸摸切換界面。要通過液晶屏顯示足夠的信息，單個界面顯然是不夠的。我們一般液晶所用的觸摸屏，最多的是電阻式觸摸屏，通過壓力感應進行控制。本設計采用XPT2046控制芯片。首先要進行屏幕校準，因為由于技術原理的原因，并不能保證同一點觸摸每一次采樣數據相同，不能保證絕對坐標定位，因此需要將物理坐標轉換為像素坐標，再賦給POS結構[4]。然后再主函數中可書寫touch（）函數，檢測觸摸屏是否按下，若有，則關閉中斷，讀取像素坐標，執行相應操作，再開啟中斷。

（4）數據處理顯示，由于接收到的數據是機器語言即二進制數，所以需要將接收到的數據進行處理，如轉換為浮點數等。本設計將得到的舵機打角、PWM波占空比、車輛速度變化以及傳感器信息在坐標系中實時顯示，通過波形的上升或下降將能夠更加清晰直觀地觀測出車輛行駛狀況，方便調試。

4 實驗效果圖

該上位機模塊外觀圖設計，其將數據信息快速、準確、直觀地顯示出來，大大加快了智能車的調試進度。不足之處在于，由于液晶顯示屏大小限制，繪制的坐標系橫坐標受到一定限制。若將分度值加大，則影響觀測的數據精度，若將分度值減小，則觀測范圍受到影響。但總體來說，已可以滿足需求。

參考文獻

[1] 程良明.ZIGBEE無線串口通信設備在高速公路站級電子顯示屏上的應用[J].中國交通信息化，2012（2）：109-111.

[2] 張偉.基于GSM的設備檢測數據無線傳輸系統的設計[J].信息通道，2011（6）：61-62.

[3] 李輝，宋詩，周健江.基于ARM和nRF24l01的無線數據傳輸系統[J].電子設計工程，2008（12）：44-46.

[4] 侯殿有.嵌入式控制系統人機界面設計[M].北京：北京航空航天大學出版社，2011.endprint

摘 要：在飛思卡爾智能車競賽的基礎上，設計了基于STM32和nrf24l01的智能車監控平臺，可實現無線數據接收、遠程遙控，觸屏控制，具備可靠性、靈活性、便捷性，方便智能車的調試。該文針對其主要功能模塊詳細介紹了其實現方法和軟件設計流程。

關鍵詞：STM32 nRF24l01 無線通信 監控

中圖分類號：TN92 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）05（a）-0074-01

在進行智能車的開發和調試過程中，需要不斷地驗證程序和算法的有效性，從而調節智能車的各項參數。大多數參賽隊員都是采用和電腦相連接的方法進行調試，這種方法一是無法顯示車輛高速行駛過程中的實時狀況，二是調試監控十分不便，因此，開發一種上位機進行無線監視和控制成為一種必然趨勢和選擇。

目前比較成熟的短距離無線傳輸網絡的技術有：藍牙、wifi、超帶寬技術、Zigbee技術等，但是上述技術開發起來較為復雜，開發周期較長、成本較高[1]。因此，本設計選用stm32和nRF24l01進行模塊開發，并能很好地實現相應功能。

1 系統的結構設計

本設計采用nRF24l01以無線通信方式與附近的其他模塊或系統進行數據交換，其基本原理如圖1所示。

XS128單片機采集智能車參數，如傳感器數據信息、舵機打角、行駛速度等。然后將信息傳輸到車載nrf24l01中，以人為設置的固定匹配波特率發送出去，在這一端，將以相同的波特率進行接收。同時，采用stm32上的配套觸摸液晶屏可進行實時顯示。通過對傳輸的數據進行分析，可根據預想情況進行控制，通過觸摸屏和機械按鍵的結合，可更改設置參數并控制小車的啟動和運行狀況。

2 系統實現分析

STM32通過SPI與外部MCU通信，最大SPI速度可以達到10 MHz。又nRF24l01具有自動應答功能，能夠實現可靠傳輸。

智能車主控芯片將采集到的數據以機器語言（即二進制）的形式傳遞給車載nRF24l01發送端，然后以數據包的形式發送出去。接收端接收到數據后，將接收到的數據傳送給STM32進行解碼，并檢測數據是否有效，若有效，則通過LCD顯示屏將數據以特定的形式顯示出來。與此同時，接收端在收到數據之后，會返回一個反饋信號[2]。因此，通過設置發送緩沖區中的數值，可改變反饋信號，即改變車載主控芯片的接收數據，實現控制。

對于無線模塊的詳細接收過程，首先配置nRF24L01為接收模式，延遲130 μs后進入接收狀態，等待數據的到來。當檢測到有效的地址和CRC時，就將數據包存儲在接收緩沖區RXFIFO中，同時將中斷標志位RX_DR置高，IRQ變低，產生中斷，通知MCU去取數據。開啟自動應答，接收方同時進入發射狀態回傳應答信號。最后接收成功時，若CE變低，則nRF24L01進入空閑模式。

3 軟件設計流程

（1）根據24l01的技術手冊，寫其驅動函數，設計應用程序實現收發功能[3]。設置nRF24l01的數據包處理方式為增強型ShockBurst模式，該模式要求接收方在接收到數據之后進行自動應答，以便于發送方檢測是否丟失了數據。如果數據丟失，則自動重新發射，當重發次數達到上限之后，產生中斷通知MCU。

（2）液晶屏顯示。設置STM32與TFTLCD模塊相連接的IO口，初始化LCD模塊，書寫相關的描點、顯示數字、字符、字符串等函數，設計顯示界面。然后通過函數將字符和數字顯示到TFTLCD上。

（3）觸摸切換界面。要通過液晶屏顯示足夠的信息，單個界面顯然是不夠的。我們一般液晶所用的觸摸屏，最多的是電阻式觸摸屏，通過壓力感應進行控制。本設計采用XPT2046控制芯片。首先要進行屏幕校準，因為由于技術原理的原因，并不能保證同一點觸摸每一次采樣數據相同，不能保證絕對坐標定位，因此需要將物理坐標轉換為像素坐標，再賦給POS結構[4]。然后再主函數中可書寫touch（）函數，檢測觸摸屏是否按下，若有，則關閉中斷，讀取像素坐標，執行相應操作，再開啟中斷。

（4）數據處理顯示，由于接收到的數據是機器語言即二進制數，所以需要將接收到的數據進行處理，如轉換為浮點數等。本設計將得到的舵機打角、PWM波占空比、車輛速度變化以及傳感器信息在坐標系中實時顯示，通過波形的上升或下降將能夠更加清晰直觀地觀測出車輛行駛狀況，方便調試。

4 實驗效果圖

該上位機模塊外觀圖設計，其將數據信息快速、準確、直觀地顯示出來，大大加快了智能車的調試進度。不足之處在于，由于液晶顯示屏大小限制，繪制的坐標系橫坐標受到一定限制。若將分度值加大，則影響觀測的數據精度，若將分度值減小，則觀測范圍受到影響。但總體來說，已可以滿足需求。

參考文獻

[1] 程良明.ZIGBEE無線串口通信設備在高速公路站級電子顯示屏上的應用[J].中國交通信息化，2012（2）：109-111.

[2] 張偉.基于GSM的設備檢測數據無線傳輸系統的設計[J].信息通道，2011（6）：61-62.

[3] 李輝，宋詩，周健江.基于ARM和nRF24l01的無線數據傳輸系統[J].電子設計工程，2008（12）：44-46.

[4] 侯殿有.嵌入式控制系統人機界面設計[M].北京：北京航空航天大學出版社，2011.endprint