基于PIC單片機的無線應答裝置

許新曦

摘要：在噪音較大的場合中，現場環境復雜，在各個崗位上的工作人員往往需要及時有效的溝通。通過手機、無線對講機等設備在噪音大的場合中受干擾程度大，本文針對此需求設計了一種基于PIC單片機和NRF24L01無線模塊的無線應答裝置，硬件設計包含開關電源模塊，DC-DC電源模塊，PIC16F1936單片機系統，NRF24L01無線發射接收模塊，在不同的使用地點布置一臺無線系統，任何一個對應的指令按鈕被按下后，各個對應的命令指示器均亮，任何一個地點都可對此命令進行消除操作，實現了信息的傳遞，無線配置節省了布線，靈活移動，便于維護。

關鍵詞：無線 ?單片機 ?穩壓電源

硬件電路設計：

系統可在不同位置布置多臺設備，每臺設備由PIC單片機控制NRF24L01執行運作，設置4個按鍵用于發送指令，同時四個指示燈用于指示命令的類型，類型可由使用者自行定制統一，當任何一臺設備按下按鈕，相對應的指示燈亮起，同時通過單片機的處理通過NRF24L01發送相對應的指令給每個設備，各個設備接收到指令后對其解碼，識別指令后將遠傳過來的指令進行亮燈，每臺設備可以判斷各個設備的當前狀態，任何一臺設備均可以消除相對應的指示指令，實現信號同步。

1、穩壓電源

7805三端穩壓 IC內部控制電路是一種具有過壓、超流、過熱等保護作用的控制電路，這樣就使它在工作時性能非常穩定。該器件都是具備良好的高溫和導體系數，所以該產品在工業中的應用也是非常普遍。它們就是運用自動化的本地調制方法去消掉噪音的影響。可以提供給系統穩定的電源，增強了無線傳輸過程中信號的抗干擾程度。

220v 交流電源經過四個 in4007 二極管進行整流后再經過電解電容濾波后生成直流電源，其中輸出電壓取樣電阻連接到 2n2222a 基極，隨著輸出電壓波動的變化，三極管的發射極和集電極之間的壓降幅度受基極所控制，當輸入電壓波動幅度增大時，基極的電位減小，發射極、集電極壓降幅度增大，輸出電壓變化減小，完成了調整。 通過TL431G可以對鋰電池進行充電，系統可以配個7.4V的鋰電池，防止無外部電源供電情況下保持正常通信。

2、CPU主控電路，CPU采用PIC單片機，PIC 8位單片機的指令很少、晶振可以配置4MHZ，PIC系列單片機具有雙總線和兩級指令流水結構，而且集成了多種通信接口，與NRF24L01通信使用SPI接口設計，編程簡便，只需要對單片機進行簡單的配置和程序編輯就可實現控制。PIC16F1936的RB端口可以配置為中斷功能，當無線模塊有數據需要接收時產生中斷，單片機立即進行中斷處理，中斷程序中采用設定標志位后立即離開，隨后立即釋放，不會占用CPU資源進行中斷長時間處理數據，根據標志位在程序在主程序循環中進行處理。RC5和RC4可復用引腳，配置為SPI的輸入與輸出。L300為磁珠，可以提高供電電源的抗干擾作用。

3、NRF24L01無線通訊模塊設計，可以在2.4G到2.5G頻道上進行通訊。通信速度快，輸出功率頻道選擇和協議的設置可以通過SPI 接口進行設置。幾乎可以連接到各種單片機芯片，并完成無線數據傳輸，功耗很低。模塊可以設置為接收模式或者發送模式，可以由主控單片機根據需要設置為發送或者接收，擁有一個發送通道，六個接收通道，發送端配置的地址需要與接收端的地址相同，在硬件初始化中需要對模塊進行地址的固化，在設置PCB的時候可以使用PCB的銅板部分作為天線的設計。

軟件設計：

系統上電后對單片機系統的內部模塊和接口進行初始化后，對按鍵狀態進行掃描，設定一臺主機，主機對每臺設備進行狀態檢查，輪詢發送檢查狀態指令進行校驗，保證每臺設備狀態的統一性，如果有設備狀態不同，產生報警信號，確保了傳遞信息的正確性。每臺設備掃描按鍵事件，當有事件產生發送相對應的指令給主機，由主機發送相應的狀態給每個子機，子機接收信號后進行處理，程序流程如下：

子站程序流程為上電后對PIC系統進行初始化和對中斷的配置，端口根據具體情況進行配置，接著對NRF24L01進行初始化，包括接收模式和發射模式的配置，NRF24L01有中斷產生后對緩沖區內容進去讀取保存，解碼緩沖區內容并進行指令判斷。通過端口掃描的方式對按鍵事件進行掃描，如果有按鈕觸發進行狀態改變并發送給主機。

主站程序流程也是上電后初始化，判斷是否有按鍵事件觸發，有事件觸發將指令編碼通過寫入NRF24L01緩沖區進行輪詢發送，每臺子機有對應的地址，發送完畢后空閑狀態進行每臺狀態比對校驗。

NRF24L01在PIC單片機中的初始化程序。

void nRF24L01_Initial（void）

{

NRF_StatusBits.nRF24L01_IRQ_Flag=0;

ANSELBbits.ANSB1=0;

INTCONbits.IOCIE=1;

IOCBNbits.IOCBN1=1;

nRF24L01_IRQ_T = 1;

OPTION_REGbits.nWPUEN=0;

WPUBbits.WPUB1=1;

nRF24L01_MISO_T = 1;

nRF24L01_CE_T = 0;

nRF24L01_CSN_T = 0;

nRF24L01_SCK_T = 0;

nRF24L01_MOSI_T = 0;

nRF24L01_CE=0;

nRF24L01_CSN=1;

nRF24L01_SCK=0;

OpenSPI（SPI_FOSC_16，MODE_00，SMPMID）;

TX_Mode（）;

RX_Mode（）;

SPI_RW_Reg（WRITE_REG+STATUS，0xff）;

}

接收模式程序

void RX_Mode（void）

{

uchar i;

nRF24L01_CE=0;

di（）;

if（GetRunStateMode（）==LEARN_RUN_MODE）{

SPI_Write_Buf（WRITE_REG + RX_ADDR_P0，RX_ADDRESS1，TX_ADR_WIDTH）;

}

else{

for（i=0;i<4;i++）{

RX_ADDRESS0[i]=_readcharfrom_EE（0xf0+i）;

}

SPI_Write_Buf（WRITE_REG + RX_ADDR_P0，RX_ADDRESS0，TX_ADR_WIDTH）;

}

SPI_RW_Reg（WRITE_REG + RX_PW_P0，TX_PLOAD_WIDTH）; ? SPI_RW_Reg（WRITE_REG + RX_PW_P1，TX_PLOAD_WIDTH）;

SPI_RW_Reg（WRITE_REG + EN_AA，0x3F）;

SPI_RW_Reg（WRITE_REG + EN_RXADDR，0x3F）;

SPI_RW_Reg（WRITE_REG + RF_SETUP，0x0f）;

SPI_RW_Reg（WRITE_REG + CONFIG，0x0f）;

ei（）;

nRF24L01_CE=1;

datarate = 2Mbps.

}

發射模式程序

void TX_Mode（void）

{

uchar i;

nRF24L01_CE=0;

di（）;

if（GetRunStateMode（）==LEARN_RUN_MODE）{

SPI_Write_Buf（WRITE_REG + TX_ADDR，TX_ADDRESS1，TX_ADR_WIDTH）;

}

else{

for（i=0;i<4;i++）{

TX_ADDRESS0[i]=_readcharfrom_EE（0xf0+i）;

}

SPI_Write_Buf（WRITE_REG + TX_ADDR，TX_ADDRESS0，TX_ADR_WIDTH）;

}

if（nrf_Pipe==0x00）SPI_RW_Reg（WRITE_REG + RF_CH，0）;

if（nrf_Pipe==0x01）SPI_RW_Reg（WRITE_REG + RF_CH，40）;

SPI_RW_Reg（WRITE_REG + EN_AA，0x3F）;

SPI_RW_Reg（WRITE_REG + EN_RXADDR，0x3F）;

SPI_RW_Reg（WRITE_REG + SETUP_RETR，0x1a）;

SPI_RW_Reg（WRITE_REG + RF_SETUP，0x0f）;

SPI_RW_Reg（WRITE_REG + CONFIG，0x0e）;

ei（）;

nRF24L01_CE=1;

}

本無線應答裝置適用于工廠環境比較嘈雜的場所，實測通訊距離250K傳輸速率50米，可以外加天線得到更遠的傳送距離，對比手機、對講機等通訊工具來說信息傳遞準確率高，抗噪聲能力強，現場只需要提供系統的供電電源，無需其余線纜，結合系統互相校驗防錯報警功能，可以提供可靠的信息交互，提高現場人員之間的交流質量與效率。

參考文獻：

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[4]王玲，孫冬冬 基于無線傳輸模塊NRF24L01的簡易智能家居系統設計電子測試