基于MCU和nRF24L01的無(wú)線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要 介紹了一種由STC12L5608AD高性能MCU和nRF24L01無(wú)線傳輸芯片組成的網(wǎng)絡(luò)化無(wú)線通訊系統(tǒng)；闡述了系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)和軟件開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)，以及軟件的配置要點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)對(duì)單點(diǎn)的雙向通訊需求，并通過(guò)無(wú)線傳輸方式對(duì)單片機(jī)EEPROM進(jìn)行讀寫操作，保存系統(tǒng)信息。系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)能可靠穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，達(dá)到了預(yù)期效果，滿足了網(wǎng)絡(luò)化條件下無(wú)線通訊的功能。
關(guān)鍵詞 無(wú)線通訊；STC12L5608AD；nRF24L01；網(wǎng)絡(luò)化；雙向通訊；EEPROM

隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，高性能MCU廣泛地運(yùn)用在嵌入式系統(tǒng)中，完成數(shù)據(jù)的采集、分析、處理與通訊功能。有線模式下的數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)，由于受時(shí)空、環(huán)境等因素的制約，不能完全滿足所有條件下任務(wù)的執(zhí)行，而通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式代替有線數(shù)據(jù)傳輸，則能很好地解決此類問(wèn)題。綜上論述，文中提出一種基于高性能MCU和nRF24L01的網(wǎng)絡(luò)化無(wú)線通信系統(tǒng)的解決方案，穩(wěn)定可靠地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，滿足各種條件的需要。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
1．1 nRF24L01無(wú)線通訊模塊介紹
系統(tǒng)選用云佳科技的nRF24L01無(wú)線射頻收發(fā)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)子母機(jī)間的通訊，它使用Nordic公司的nRF24L01芯片開(kāi)發(fā)而成，是一款工作在2．4～2．5 GHz世界通用ISM頻段的單片無(wú)線收發(fā)器芯片，其具有如下性能特點(diǎn)：
(1)低工作電源電壓，且范圍廣1．9～3．6 V，體積小巧，能方便集成到各種電子器件。
(2)極低的功耗。當(dāng)工作在發(fā)射模式下發(fā)射功率為-6 dBm時(shí)電流消耗為9 mA，接收模式時(shí)為12．3 mA。待機(jī)模式下電流消22μA，掉電模式電流消耗僅為900 nA。
(3)無(wú)線速率達(dá)到2 Mbit·s-1，SPI接口速率為0～8 Mbit·s-1，具自動(dòng)應(yīng)答機(jī)制，極大地降低丟包率。
(4)擁有自動(dòng)重發(fā)功能、地址及CRC校驗(yàn)功能。
(5)具有125個(gè)可選工作頻道，擁有很短的頻道切換時(shí)間，可用于跳頻。
nRF24L01引腳封裝如圖1所示。

1．2 STC12L5608AD芯片簡(jiǎn)介
STC12L5608AD型MCU是宏晶科技新一代低電壓增強(qiáng)型8051單片機(jī)，該系列單片機(jī)具有如下特性：寬工作電壓(2．1～3．6 V)；具有1個(gè)時(shí)鐘／機(jī)器周期的高速性能，比普通8051快8～12倍，可用低頻晶振；自帶-8路10位AD轉(zhuǎn)換器等；加密性強(qiáng)，無(wú)法解密；超強(qiáng)抗干擾、高抗靜電、輕松過(guò)4 kV快速脈沖干擾(EFT測(cè)試)、寬溫度范圍(-40～85℃)；超低功耗，正常工作模式2．7～7 mA，空閑模式1．8mA，掉電模式功耗0．1μA；能在系統(tǒng)編程等。
1．3 硬件接口電路
nRF24L01通過(guò)SPI接口與外部單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，CE作為片選端，它與CONFIG寄存器的PWR_UP和PRIM_RX位組合用于選擇芯片的工作方式；CSN為芯片內(nèi)部SPI硬件接口的使能端，低電平有效；SCK為SPI的時(shí)鐘輸入端，MOSI為SPI接口的數(shù)據(jù)輸入端，MISO為SPI接口的數(shù)據(jù)輸出端，IRQ為中斷請(qǐng)求端，與單片機(jī)的外部中斷1相連，當(dāng)nRF24L01產(chǎn)生中斷后IRQ將置低，單片機(jī)檢測(cè)到此中斷后通過(guò)程序得知其與nRF24L01無(wú)線射頻模塊的數(shù)據(jù)收發(fā)情況。通過(guò)單片機(jī)與無(wú)線通訊模塊的硬件連接，從而實(shí)現(xiàn)模式控制和數(shù)據(jù)交換。圖2給出兩模塊的硬件接口設(shè)計(jì)。整個(gè)無(wú)線通訊系統(tǒng)由3個(gè)模塊組成。