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基于 nRF24L01 的无线温度采集系统设计 信息来源: 维库开发网 发布时间:2010 年 3 月 12 日 1 引言 温度采集系统所采集的温度通常通过 RS485、CAN 总线通信方式传输至上位机， 但这种方式维护较困难，不利于工业现场生产；而无线通信 GPRS 技术传输距离长，通信 可靠稳定，但设计复杂、成本昂贵。这里采用工业级内置硬件链路层协议的低成本单芯片 nRF24L01 型无线收发器件实现系统间的无线通信，完成无线信号的接收、显示及报警功能。 2 nRF24L01 简介 nRF24L01 是一款工业级内置硬件链路层协议的低成本无线收发器。该器件工作 于 2 ．4 GHz 全球开放 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，并融合增强型 ShockBurst 技术，其输出功率和通信频道可通过程序配置。拥有 ShockBurst 和 Enhanced ShockBurst 两种数据传输模式。可直接与单片机 I ／O 连接，外 接元件数目少。nRF24L01 功耗低，以-6 dBm 的功率发射时，工作电流仅 9 mA；接收时， 工作电流仅 12．3 mA，多种低功率工作模式(掉电和空闲模式)更利于节能设计。 3 系统硬件设计 系统硬件设计主要由采集发送和接收显示两部分组成。图 1 为采集发送电路原理 图，该电路主要由温度传感器DS18B20、单片机STC12LE5408 和nRF24L01 组成。 STC12LE5408 是增强型8051单片机，速度快，集成度高，电压范围宽(2．2～3．8 V) ，和MCS-51 系列单片机指令系统完全兼容。其内部还有 8 KB FLASH程序存储器，512 字节RAM、2 KB EEPROM、4 路PWM以及硬件看门狗(WDT)等资源．性价比高。 DSl8B20 是 DALLAS 公司生产的单总线数字 1-Wire 温度传感器，可把温度信号 直接转换成串行数字信号供单片机处理，采用 1-Wire 接口。DSl8B20 的数据端 DQ 可通过 4 ．7 kΩ的上拉电阻接 STC12LE5408 。nRF24L01 的 CE，CSN，SCK，MOSI，MISO， IRQ 引脚则可接 STC12LE5408 的任意端口，但需在编程时注意，这里接至 P1 端口。由于 nRF24L01 具有接收数据功能，所以接收显示电路由单片机 STC12LE5408、nRF24L01 和 显示电路组成。所采集的数据也通过串口发送至 PC 机进行处理。 4 系统软件设计 4 ．1 nRF24L01 的软件设置 由于 STC12LE5408 无标准的 SPI 总线接口，需采用软件模拟实现 SPI 总线。因 此应严格按照 SPI 的时序要求编写，否则导致对 nRF24L01 的操作失败。nRF24L01 的各 种命令字都只有一个字节，分为读寄存器、写寄存器、读数据接收缓冲区、写发送数据缓冲 区等。在输入任意命令字的同时，MISO 输出 STATUS 寄存器的内容。对 RF24L01 的读写 程序代码如下： nRF24L01 的 ShockBurst 和 Enhanced ShockBurst 两种数据模式的区别是：后 者比前者多一个确认数据传输的信号，保证数据传输的可靠性。按 Enhanced ShockBurst 模式初始化，重新发送等待时间为 250μs，重新发送次数为 10 次，地址是 RX_ADR_WIDTH， 输出功率为 0 dBm，速度为 1 Mb ／s 。nRF24L01 处于 POWER_UP 状态。函数中 WRITE_REG 为写命令基地址 0x20 。其相关程序如下： 在接收端将 nRF24L01 配置为接收模式，地址是 RX_AW，负载数据宽度是 TX_PL_W，使能接收完数据中断，CRC 校验位为 2 字节，nRF24L01 处于 POWER_UP 状态，其相关程序代码如下： 4 ．2 数据采集发送子程序 数据采集发送部分上电后首先配置 nRF24L01 的相关寄存器．使其工作在发射状 态，然后复位 DSl8B20，向 DSl8B20 发送温度转换命令，读取已转换的温度值，然后由 nRF24L01 发送．其流程如图 2 所示。 这里需注意DS18B20是单总线器件．其硬件接