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nRF24L01无线通信系统设计.doc
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2022-10-20
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nRF24L01无线通信系统设计.doc
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nRF24L01 无线通信系统设计
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nRF24L01 无线通信系统设计
学院: 电子信息学院
专业: 电子信息工程
姓名:
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指导老师:
nRF24L01 无线通信系统设计
0
摘要
本文介绍了一套基于 STM32 微处理器,结合 nRF24L01 无线通信模块的无线数据传输系统。
nRF24L01 无线通信系统是基于 nRF24L01 无线收发芯片,以 STM32F103 单片机为核心的半双工无
线通信系统,文中详细阐述了该无线通信系统的硬件和软件设计。该系统主要由一个 nRF24L01
无线通信模块组成,在硬件基础上,结合 nRF24L01 的特点,实现了两个 nRF24L01 无线通信模块
之间的通信。
关键字: nRF24L0l;STM32;无线通信
Abstract
This paper introduces a wireless communication system , a system
based on STM32 microprocessor, combined with nRF24L01 wireless
communication module . nRF24L01 wireless communication system is based
on nRF2L01 wireless transceiver chip, half duplex wireless communication
system with a control core of STM32F103 MCU.This paper describes the
hardware and software design of the wireless communication system. The
system mainly consists of a nRF24L01 wireless communication module, basing
on the hardware and combining with the characteristics of nRF24L01, and
realize the implementation of communication between two nRF24L01
wireless communication modules 。
Key words:nRF24L01;STM32;Wireless Communication
nRF24L01 无线通信系统设计
1
前言
无线方案适用于布线繁杂或者不允许布线的场合,目前在遥控遥测、门禁系统、无线抄表、
小区传呼、工业数据采集、无线遥控系统、无线鼠标键盘等应用领域,都采用了无线方式进行
远距离数据传输。目前,蓝牙技术和Zigbee 技术已经较为成熟的应用在无线数据传输领域,形
成了相应的标准。然而,这些芯片相对昂贵,同时在应用中,需要做很多设计和测试工作来确保
与标准的兼容性,如果目标应用是点到点的专用链路,如无线鼠标到键盘,这个代价就显得毫
无必要。
本无线数据传输系统采用挪威Nordic公司推出的工作于2。4GHz ISM 频段的nRF2401 射频
芯片。与蓝牙和Zigbee 相比,nRF2401 射频芯片没有复杂的通信协议,它完全对用户透明,同
种产品之间可以自由通信。更重要的是,nRF2401 射频芯片比蓝牙和Zigbee 所用芯片更便宜。
系统由单片机STM32F103控制无线数字传输芯片nRF2401,通过无线方式进行数据双向远程传输,
两端采用半双工方式通信,该系统具有成本低,功耗低,软件设计简单以及通信可靠等优点。
nRF24L01 无线通信系统设计
2
一、nRF2401 无线通信系统设计方案与论证
1。1 CPU 的选择
本设计中 MCU 使用的 CPU 是 STM32F103xx 增强型系列。
STM32 系列微控制器是由 ST 意法半导体公司一 ARM Cortex—M3 为内核开发生产的 32 位微
控制器(单片机),专为高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计。工作频率为 72MHz,
内置高速存储器(最高可达 512K 字节的内存和 64K 字节的 SRAM),可以用于存储程序和节点在
工作过程中采集到的数据和无线传输的数据。具有丰富的增强型 I/O 端口和连接到两条高性能
外设总线(Advanced Peripheral Bus,APB)的外设.串行外设接口(SPI)提供与外部设备进
行同步串行通讯的功能,可实现 nRF24L01 串行口高速通信,通过接口可以被设置工作在主模式
或者从模式。该系列单片机还内置了快速的中断控制器,使得中断间的延迟时间大大降低.因此
系统设计中选用 STM32F103RBT6 微处理器拥有如下如下优点:
7 组 16 位 GPIO 口、5 组 USART 串口、多个外部中断口;
外设包含多个定时器、SPI 通信口、FSMC 液晶控制口、12 位 ADC 转换口;
最大功耗 118mW,待机功耗 7uW,属于高性能低功耗微处理器,在很大程度上提高了系统设计
的 nRF24L01 无线通信分系统的工作性能。
1.2 无线通信模块的选择
系统选用 nRF24L01 无线射频收发模块来实现 nRF24L01 无线通信分系统的通讯,它使用
Nordic 公司的 nRF24L01 芯片开发而成.nRF24L01 是一款工作在 2。4~2.5GHz 世界通用 ISM 频
段的单片无线收发器芯片,集无线收发一体可用于短距离无线数据传输。该芯片内部集成了
2.4GHz 无线收发内核。体积小,功耗较低,外围电路简单。单收发,使用 GFSK 调制方式,内置了
链路层,具有自动应答以及自动重发功能,地址及 CRC 检测功能,数据传输为 1 或 2Mbps,使用 SPI
接口与微控制器连接进行芯片的配置和数据的传输,SPI 接口的数据速率 0~8Mbps,具有 125 个
可选的射频通道,工作电压为 1.9~3。6V。无线收发器包括: 频率发生器增强型 SchockBurst
TM
模式控制器功率放大器、晶体振荡器调制器、解调器输出功率频道选择和协议的设置.可以通过
nRF24L01 无线通信系统设计
3
SPI 接口进行设置,极低的电流消耗当工作在发射模式下发射功率为-6dBm 时电流消耗为 9。0mA。
接收模式时为 12。3mA 掉电模式和待机模式下电流消耗更低。
nRF24L01 芯片已经被广泛应用到无线鼠标、键盘、遥控器等小型电子设备以及安防系统、门
禁系统、遥感勘测系统等大型系统中,这些设备已占有很强的市场优势,相关技术也已趋于成
熟。随着人们对低成本无线网络需求的不断增强,目前国内外研究机构已对 nRF24L01 在组网技
术上的研究已形成新的热点,并在相关领域取得一定成就,因此本次设计中选择此射频芯片进行
无线通信,以确保短距离通信的有效性和可靠性。
1.3 显示模块的选择
LED数码管具有功耗低,亮度高,显示稳定,编程简单等优点,完全可以满足本次设计的要求,
所以采用LED显示。
1。4 系统整体的最终方案
综合考虑以上各个模块的设计方案,nRF24L01无线通信系统的系统结构框图如下:
图 1。1 系统结构图
根据功能不同,可以把整个系统分为中心模块、nRF24L01 无线通信模块、LED 显示模块。
中心模块为 STM32,主要功能是控制 nRF24L01 无线通信和 LED 显示。
nRF24L01 无线通信模块与中心模块连接.
LED 显示模块显示数据。
1。5 系统工作流程图
当按下某一键时,STM32 控制 LED 显示相应的数字,同时通过 nRF24L01 将该数字发送出去,
另一个 nRF24L01 接收到该数字,经由 STM32 显示于数码管上。
本系统的工作流程图如下:
中心模
块
nRF24L01 无线通信模
块
LED 显
示
nRF24L01 无线通信模
块
中心模块
LED 显示
显示
开始
按下键盘
中心模块
LED 显示
nRF24L01 无线通信
模块
nRF24L01 无线通信
模块
中心模块
LED 显示
结束
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