基于NRF24L01的數據傳輸系統設計

宋增明 梁乃生 孫玉梅

摘 要：本次設計以加速度傳感器為例，基于NRF24L01模塊，實現數據的采集，用LCD12864為顯示器完成數據的顯示，設計實現了數據的測量傳輸、顯示與比對。該系統具有低成本、低功耗、通信性能可靠等優點。

關鍵詞：增強型單片機；MMA7361；NRF24L01；無線數據傳輸

前言

無線數據傳輸適用于布線繁雜和不允許使用布線等場合，尤其是在高速移動以及有毒害氣體的環境中，無線傳輸系統就顯得尤為重要。那么制作一個成本低、效率高且節能的抗干擾性強的系統，在現代生產、生活中具有重要的意義。可以廣泛用于遙控遙測，門禁系統，無線抄表，小區傳喚以及工業數據采集等領域。

當前的無線短距離傳輸技術，主要是應用IEEE802.11技術，就是使用2.4GHz的ISM頻段，采用直序列擴頻技術來進行的調制解調，傳輸速度可以達到108MBit/s，但設備及其昂貴且維修困難；藍牙技術則主要應用跳頻解調技術，其有效傳送距離在10米以內；當今的Zigbee技術，主要工作在2.4GHz，868MHz和915MHz等頻段上，傳輸距離較低，傳輸速度較小。

本系統是以增強型單片機為核心控制芯片，在研究現有技術的基礎上，設計了基于NRF24L01模塊的無線數據傳輸系統，從而實現數據的雙向遠程傳輸，該系統具有成本低，功耗較低，通信可靠等優點。

1 系統方案的比較

方案一：采用通用的51單片機作為主控制器，完成數據處理，顯示器使用LCD1602，傳感器使用MMA7361。由于51單片機的ROM和RAM都非常小，考慮到本系統將需要大量的數據處理及顯示，需要占用大量的ROM資源，用51單片機去實現本系統將需外擴RAM和ROM，實現起來相當麻煩，硬件電路將變得復雜。且本系統需要用到A/D轉換器，使用51單片機就需要另外擴展一片A/D芯片，電路設計變得更加復雜，從而引發故障率高、成本高。基于整個系統超低功耗和運算速度的要求，51單片機顯然不能滿足。

方案二：采用MC9S12XS128飛思卡爾單片機作為主控制器芯片，它具有豐富的資源，且RAM、ROM空間大，片子內部含有AD轉換器，超強抗干擾性，但是使用復雜，關鍵是價格昂貴，資源浪費率大，并且軟件程序的設計比較復雜。

方案三：采用STC12C5A60S2單片機作為主控制器， STC12C5A60S2性能高于51系列單片機，它的內部集成有A/D轉換器，運行速度快，且有足夠的內部存儲空間，程序設計簡單。綜合以上分析，本系統采用方案三作為本次設計的核心控制芯片。

2 系統硬件方案設計

本系統的主要模塊包括兩個手持設備，設備1為采集發射器，設備2為信號接收顯示裝置。其中設備1由4大部分組成：核心控制模塊、數據檢測模塊、無線發射模塊、數據顯示模塊；其設備2由4大部分組成：核心控制模塊、數據檢測模塊、無線接收模塊、數據顯示模塊。

本系統中的數據檢測模塊采用了三軸加速度傳感器MMA7361，核心控制模塊采用STC12c5A單片機，它帶有AD轉換功能，采集數據的經處理后由NRF24L01模塊進行發送顯示器LCD1602，并經顯示器LCD1602顯示；接收端采用另一片STC12c5A單片機，以及另一片NRF24L01作為信號接收，數據經由單片機處理后，經由彩屏LCD12864進行顯示。

3 軟件設計（見圖1、圖2）

4 實驗測試

這樣采用半雙工通信方式完成了數據的發與收的工作，并通過兩端顯示信息對比，確定傳輸信息的準確性，通過改變手持發射設備1的方向位置，改變數據，對比顯示結果，實驗表明本系統可以實現短距離的無線數據可靠、穩定傳輸。

參考文獻

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