基于MCU和nRF24L01的無(wú)線(xiàn)通信系統設計

摘要 介紹了一種由STC12L5608AD高性能MCU和nRF24L01無(wú)線(xiàn)傳輸芯片組成的網(wǎng)絡(luò )化無(wú)線(xiàn)通訊系統；闡述了系統的硬件電路設計和軟件開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)，以及軟件的配置要點(diǎn)。實(shí)現了多點(diǎn)對單點(diǎn)的雙向通訊需求，并通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸方式對單片機EEPROM進(jìn)行讀寫(xiě)操作，保存系統信息。系統運行結果表明，該系統能可靠穩定地實(shí)現無(wú)線(xiàn)數據傳輸，達到了預期效果，滿(mǎn)足了網(wǎng)絡(luò )化條件下無(wú)線(xiàn)通訊的功能。
關(guān)鍵詞 無(wú)線(xiàn)通訊；STC12L5608AD；nRF24L01；網(wǎng)絡(luò )化；雙向通訊；EEPROM

隨著(zhù)微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，高性能MCU廣泛地運用在嵌入式系統中，完成數據的采集、分析、處理與通訊功能。有線(xiàn)模式下的數據通訊系統，由于受時(shí)空、環(huán)境等因素的制約，不能完全滿(mǎn)足所有條件下任務(wù)的執行，而通過(guò)無(wú)線(xiàn)數據傳輸方式代替有線(xiàn)數據傳輸，則能很好地解決此類(lèi)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(xiàn)通信系統的解決方案，穩定可靠地實(shí)現數據傳輸，滿(mǎn)足各種條件的需要。

1 系統硬件設計
1．1 nRF24L01無(wú)線(xiàn)通訊模塊介紹
系統選用云佳科技的nRF24L01無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)模塊來(lái)實(shí)現子母機間的通訊，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(xiàn)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。待機模式下電流消22μA，掉電模式電流消耗僅為900 nA。
(3)無(wú)線(xiàn)速率達到2 Mbit·s-1，SPI接口速率為0～8 Mbit·s-1，具自動(dòng)應答機制，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型8051單片機，該系列單片機具有如下特性：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轉換器等；加密性強，無(wú)法解密；超強抗干擾、高抗靜電、輕松過(guò)4 kV快速脈沖干擾(EFT測試)、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；能在系統編程等。
1．3 硬件接口電路
nRF24L01通過(guò)SPI接口與外部單片機進(jìn)行數據交換，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接口的數據輸入端，MISO為SPI接口的數據輸出端，IRQ為中斷請求端，與單片機的外部中斷1相連，當nRF24L01產(chǎn)生中斷后IRQ將置低，單片機檢測到此中斷后通過(guò)程序得知其與nRF24L01無(wú)線(xiàn)射頻模塊的數據收發(fā)情況。通過(guò)單片機與無(wú)線(xiàn)通訊模塊的硬件連接，從而實(shí)現模式控制和數據交換。圖2給出兩模塊的硬件接口設計。整個(gè)無(wú)線(xiàn)通訊系統由3個(gè)模塊組成。