基于无线传输模块NRF24L01的简易智能家居系统设计

王 玲，孙冬冬（山东科技大学，266590）



基于无线传输模块NRF24L01的简易智能家居系统设计

王 玲，孙冬冬
（山东科技大学，266590）

摘要：本文介绍了一个以STC公司的51系列单片机为控制器利用NRF24L01无线通信模块组建简易无线智能家居系统的设计。该系统由控制显示模块、监测终端、执行终端组成。系统可对各监测点的温度、光照强度、湿度等物理量进行自动检测，同时将测量结果实时传输给控制显示节点，控制显示节点可根据设定参量控制终端节点执行相应操作。试验结果表明：所设计系统达到了预定的各项功能。该系统具有低功耗、低成本、易于组网和维护、可扩展性好等特点，具有很好的实用价值与市场前景。

关键词：STC89C52RC；NRF24L01； OLED；传感器； 无线传输

0　引言

随着科学技术和生产力的发展，人们的生活水平日益提高，越来越追求生活环境的舒适、便利和生活细节的控制智能化。智能家居是一个利用通讯和互联网以及综合布线等技术，按照人体工学，融合个性化的需求，通过统一的家庭管理平台，将与家庭生活息息相关的各种子系统有机地集合在一起的系统。本设计以STC89C52为控制器组建了一个简易无线智能家居系统。本系统由一个控制显示模块、三个监测节点和两个执行终端构成。该系统可对各监测点的温度、亮度和湿度等物理量进行自动检测，同时将测量结果实时传输给控制节点，控制节点可根据设定的参量控制终端节点执行适当操作，并在显示屏上显示出当前环境的温度、湿度等测量值。

本设计所实现的简易智能家具系统还有很大的发展空间，还可以增加一些其他的功能，如：烟雾报警、声控开关等，具有很好的实用价值和前景。

1　STC89C52和NRF24L01芯片简介

STC89C52RC是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K字节系统可编程Flash存储器。具有 32 位I/O 口线，3 个16 位定时器/计数器，4个外部中断。

nRF24L01是一款工作在2.4～2.5 GHz的单片无线收发器芯片，芯片内置晶体振荡器、功率放大器、频率合成器以及调制器等功能模块，工作电压为1.9～3.6 V，有多达125个频道可供选择，输出功率和通信信道可以通过软件进行配置。

nRF24L01采用SPI总线接口与外部微控制器通信，最高可达10 Mb/s，数据发送传输最快可达2 Mb/s。

NRF24L01采用SPI总线接口与单片机通信，可以实现点对点或1对6的无线通信。数据发送传输速度可以达到 2Mbps。

2　监测节点设计原理

本设计的三个监测节点分别监测周围环境的温度、光照、湿度的变化，因此需要温度传感器、湿度传感器和光敏电阻来分别感知周围环境温度、湿度和光照的变化。传感器输出的是模拟量，由于STC89C52没有自带的AD转换功能，因此必须外置AD转换芯片。AD转换芯片将传感器输出的模拟量转换成数字量，然后单片机读取AD转换后的数字量进行后续操作。本次设计选择的AD转换芯片是ADC0832。基于STC89C52控制的ADC0832的转换程序十分简单，应用起来非常方便。

3　执行终端设计原理

本系统的两个执行终端分别为风扇和LED灯。风扇可以根据环境的湿度来调节转速，LED灯可以根据光照的强度来调节亮度。二者的调节原理都是根据PWM来调节，通过调节STC89C52输出PWM的频率和占空比可以实现风扇转速和灯泡亮度的调节。

4　控制显示节点设计原理

控制显示节点是由STC89C52控制OLED12864显示屏来实现的。该显示屏厚度可以小于1毫米，并且重量轻，制造工艺简单，成本低，发光效率高，能耗低；OLED没有视角范围的限制，可视角一般可以达到160度，OLED还可以弯曲，应用范围极广。控制

模块的主要功能是负责整个网络的通信，并且把接收的终端节点信息显示到OLED显示屏上，并发送相应的信息给终端节点，控制风扇转速和LED的亮度。OLED12864显示屏采用SPI通信协议，STC89C52可以模拟SPI，因此也可以实现正常显示。

5　NRF24L01实现无线组网原理

NRF24L01拥有一个发送通道和六个接收通道，可以接收六路不同的数据，可以用于多机通信，针对本系统可以实现主控节点和监测节点以及执行终端的通信。只有收发地址相互匹配的两个NRF24L01模块才能实现通信。如果给主机的六个接收通道分别设置不同的接收地址，那么主机就可以根据不同的地址来与相应的从机实现通信。

NRF24L01共有六个接收通道，其中通道0和通道1的地址的地址都是40位，通道2、3、4、5的高32位地址必须与通道1相同，低8位可以自由设置。这些地址原则上可以任意设置，但是要保证主从机的地址匹配。

由于主机需要根据不同的通道地址对相应的从机进行识别，所以所有主从机应处于同一个频道。而且需要使能所有的接收通道即NRF24L01_Write_Reg（WRITE_REG+EN_RXADDR，0x3F）和使能所有接收通道的自动应答。自动应答功能时发送方在发送数据给接收方，如果接收方成功收到数据，就立刻以原地址向发送方发送收到信号，而发送方在发送一次数据之后，就立刻转为接收模式.如果在有效时间内收到应答信号，则STATUS寄存器的第5位TX_DS置1，IRQ引脚产生低电平中断（置0）。自动应答是NRF24L01功能中自带的，开启此功能后，当发送货或接收完数据后，NRF模块中的硬件会自动做出反应，不用再编写额外的应答程序。

自动应答功能是接收方以接收到的数据的发送地址为目的地址，发送给发送方一个应答信号，表示数据已经成接收，可以进行下一步操作。而对于发送方来说，在发送端，数据通道0被用来接收确认信息，因此发送端的数据通道0的地址必须等于发送地址，这样才能收到应答信息。当需要访问不同的从机时只需要将发送地址和通道零的接收地址更改为从机地址即可。该组网方法可以实现一个主机与多个从机的通信，十分符合本系统需要实现的无线通信功能。

6　结语

本系统通过利用NRF24L01的组网功能，将控制节点、监测节点和执行节点通过无线传输的方式联系起来，组成一个整体的协调的系统，达到监测和控制的目的，成为一个简易的智能家居的系统，此种组网方式控制简单，操作方便灵活，可以推广应用。

参考文献

［1］ 朱桂峰.基于nRF24L01的无线传感局域网络的研究与设计［D］. 保定：河北大学，2011.

［2］ 海创.无线收发模块NRF24L01开发包资料［J］.海创电子科技.2010

Design of a simple smart home system based on wireless transmission module NRF24L01

Wang Ling，Sun Dongdong
（Shandong University of Science and Technology，266590）

Abstract：This paper introduces a STC company's 51 series microcontroller as the controller using NRF24L01 wireless communication module to set up a simple wireless smart home system design.The system consists of a control display module，a monitoring terminal and an executive terminal.System of each monitoring point temperature，light illumination intensity，humidity and other physical quantities were automatically detected.At the same time，the measurement results of real-time transmission to control the display node，control and display nodes according to the set parameter control terminal nodes to execute the corresponding operation.The experimental results show that the designed system achieves the predetermined functions.The system has the characteristics of low power consumption，low cost，easy networking and maintenance，good expansibility and so on.It has good practical value and market prospect.

Keywords：STC89C52RC； NRF24L01；OLED；sensor；wireless transmission