基于NRF24L01的数据传输系统设计

宋增明 梁乃生 孙玉梅

摘 要：本次设计以加速度传感器为例，基于NRF24L01模块，实现数据的采集，用LCD12864为显示器完成数据的显示，设计实现了数据的测量传输、显示与比对。该系统具有低成本、低功耗、通信性能可靠等优点。

关键词：增强型单片机；MMA7361；NRF24L01；无线数据传输

前言

无线数据传输适用于布线繁杂和不允许使用布线等场合，尤其是在高速移动以及有毒害气体的环境中，无线传输系统就显得尤为重要。那么制作一个成本低、效率高且节能的抗干扰性强的系统，在现代生产、生活中具有重要的意义。可以广泛用于遥控遥测，门禁系统，无线抄表，小区传唤以及工业数据采集等领域。

当前的无线短距离传输技术，主要是应用IEEE802.11技术，就是使用2.4GHz的ISM频段，采用直序列扩频技术来进行的调制解调，传输速度可以达到108MBit/s，但設备及其昂贵且维修困难；蓝牙技术则主要应用跳频解调技术，其有效传送距离在10米以内；当今的Zigbee技术，主要工作在2.4GHz，868MHz和915MHz等频段上，传输距离较低，传输速度较小。

本系统是以增强型单片机为核心控制芯片，在研究现有技术的基础上，设计了基于NRF24L01模块的无线数据传输系统，从而实现数据的双向远程传输，该系统具有成本低，功耗较低，通信可靠等优点。

1 系统方案的比较

方案一：采用通用的51单片机作为主控制器，完成数据处理，显示器使用LCD1602，传感器使用MMA7361。由于51单片机的ROM和RAM都非常小，考虑到本系统将需要大量的数据处理及显示，需要占用大量的ROM资源，用51单片机去实现本系统将需外扩RAM和ROM，实现起来相当麻烦，硬件电路将变得复杂。且本系统需要用到A/D转换器，使用51单片机就需要另外扩展一片A/D芯片，电路设计变得更加复杂，从而引发故障率高、成本高。基于整个系统超低功耗和运算速度的要求，51单片机显然不能满足。

方案二：采用MC9S12XS128飞思卡尔单片机作为主控制器芯片，它具有丰富的资源，且RAM、ROM空间大，片子内部含有AD转换器，超强抗干扰性，但是使用复杂，关键是价格昂贵，资源浪费率大，并且软件程序的设计比较复杂。

方案三：采用STC12C5A60S2单片机作为主控制器， STC12C5A60S2性能高于51系列单片机，它的内部集成有A/D转换器，运行速度快，且有足够的内部存储空间，程序设计简单。综合以上分析，本系统采用方案三作为本次设计的核心控制芯片。

2 系统硬件方案设计

本系统的主要模块包括两个手持设备，设备1为采集发射器，设备2为信号接收显示装置。其中设备1由4大部分组成：核心控制模块、数据检测模块、无线发射模块、数据显示模块；其设备2由4大部分组成：核心控制模块、数据检测模块、无线接收模块、数据显示模块。

本系统中的数据检测模块采用了三轴加速度传感器MMA7361，核心控制模块采用STC12c5A单片机，它带有AD转换功能，采集数据的经处理后由NRF24L01模块进行发送显示器LCD1602，并经显示器LCD1602显示；接收端采用另一片STC12c5A单片机，以及另一片NRF24L01作为信号接收，数据经由单片机处理后，经由彩屏LCD12864进行显示。

3 软件设计（见图1、图2）

4 实验测试

这样采用半双工通信方式完成了数据的发与收的工作，并通过两端显示信息对比，确定传输信息的准确性，通过改变手持发射设备1的方向位置，改变数据，对比显示结果，实验表明本系统可以实现短距离的无线数据可靠、稳定传输。

参考文献

[1]王昌俊.基于MSP430单片机的搏击训练器设计与实现[D].曲阜师范大学，2010.

[2]杨帅，孙慎言.单片机在机器人运动控制中的应用研究[J].科技致富向导，2010.