基于nRF24L01的2.4GHz無(wú)線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　隨著科技的發(fā)展進(jìn)步，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，人們對(duì)無(wú)線通信質(zhì)量的需求不斷提高。老一代無(wú)線傳輸技術(shù)以無(wú)法滿足現(xiàn)今需求。于是新一代無(wú)線傳輸孕育而生；2.4G無(wú)線傳輸技術(shù)就是其中之一。

　　所謂的2.4G無(wú)線傳輸技術(shù)，其頻段處于2.405GHz-2.485GHz（科學(xué)、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)）之間。所以簡(jiǎn)稱為2.4G無(wú)線技術(shù)。這個(gè)頻段里是國(guó)際規(guī)定的免費(fèi)頻段，是不需要向國(guó)際相關(guān)組織繳納任何費(fèi)用的。這就為2.4G無(wú)線技術(shù)可發(fā)展性提供了必要的有利條件。而且2.4G無(wú)線技術(shù)不同于之前的27MHz無(wú)線技術(shù)，它的工作方式是全雙工模式傳輸，在抗干擾性能上要比27MHz有著絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。這個(gè)優(yōu)勢(shì)決定了它的超強(qiáng)抗干擾性以及最大可達(dá)10米的傳輸距離。此外2.4G無(wú)線技術(shù)還擁有理論上2M的數(shù)據(jù)傳輸速率，比藍(lán)牙的1M理論傳輸速率提高了一倍。這就為以后的應(yīng)用層提高了可靠的保障。綜合2.4G、藍(lán)牙以及27MHz這三種常用的無(wú)線傳輸技術(shù)，2.4G有著自己獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)所在。相比藍(lán)牙它的產(chǎn)品制造成本更低，提供的數(shù)據(jù)傳輸速率更高。相比同樣免費(fèi)的27MHz無(wú)線技術(shù)它的抗干擾性、最大傳輸距離以及功耗都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出。

　　實(shí)現(xiàn)方案及硬件選型

　　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案

　　系統(tǒng)的目的是在單片機(jī)的控制下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸 ，硬件電路結(jié)構(gòu)如圖 1 所示

　　該系統(tǒng)主要以單片機(jī)為控制處理核心 ，由它完成對(duì)數(shù)據(jù)的采集處理以及控制數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸 ;電源電路提供系統(tǒng)所需各種電壓 ;復(fù)位電路提供單片機(jī)所需的復(fù)位信號(hào) ;晶振電路提供單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào) ;指示電路用來(lái)指示無(wú)線傳輸模塊的工作狀態(tài) ;鍵盤電路用來(lái)發(fā)送各種類型的指令和數(shù)據(jù) ;顯示電路用來(lái)顯示系統(tǒng)接收到的指令和數(shù)據(jù)。

　　硬件選型

　　設(shè)計(jì)采用低成本、性能好的 NORDIC 公司生產(chǎn)的 nRF24L01 芯片來(lái)完成。nRF24L01 是單片射頻收發(fā)芯片 ，工作在全球開(kāi)放的 2. 4 GHz 頻段 ，有多達(dá)125 個(gè)頻道可供選擇 ;可通過(guò) SPI 寫入數(shù)據(jù) ，并且有自動(dòng)應(yīng)答和自動(dòng)再發(fā)射功能 ;芯片功耗非常低 ，以- 6 dBm的功率發(fā)射時(shí) ，工作電流只有 9 mA ，接收時(shí)工作電流只有 12. 3 mA ;多種低功率工作模式使節(jié)能設(shè)計(jì)更方便 ，并且市場(chǎng)上有不少以它為核心的模塊 ，便于購(gòu)買。PTR6000 就是以 nRF24L01 為核心的無(wú)線收發(fā)模塊 ，它可以通過(guò)軟件設(shè)定地址 ，同時(shí)設(shè)置6 路接收通道地址 ，特別方便點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)無(wú)線通信。其內(nèi)部全面的寄存器配置 ，能夠更全面地對(duì)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)募?xì)節(jié)進(jìn)行控制。所以本次的無(wú)線數(shù)傳模塊選用了 PTR6000 ，它的硬件接口如圖 2 所示。

　　在待機(jī)或掉電模式下 ，單片機(jī)通過(guò) SPI 接口配置 PTR6000 的工作參數(shù) ;在發(fā)射/ 接收模式下 ，單片機(jī)通過(guò) SPI 接口發(fā)送和接收數(shù)據(jù) ;中斷輸出接口IRQAM可提供如下 3 種中斷輸出 ：發(fā)送完成中斷TX DR、接收完成中斷 RX DR、最大發(fā)送次數(shù)到MAX RT。

　　由于 PTR6000 的工作電壓為 1. 9～3. 6 V ，AVR系列單片機(jī)也工作在低電壓 ，并且具有 SPI 接口 ，正好滿足了這一點(diǎn)要求 ;考慮到顯示部分使用串行方式 ，所使用的 I/ O 口不是很多 ，ATmega8L 足以滿足要求 ，為了降低設(shè)計(jì)成本 ，控制芯片選擇 ATmega8L。