基于NRF24L01实现机器人编组通信的设计

丁瑞昕

【摘要】针对局域网内部的多点无线通信技术，进行了一个探索性设计，外部电路接线简单，软件系统的控制增强了系统的实用性。通过软件编程完成了各种功能，无需修改硬件电路，方便测试，同时成本也不会很高。数据的无线收发利用NRF24L01射频模块来实现，此芯片为专用的2.4G无线通信模块，性能比较好。数据将通信模块所收到的数据以及各个分机的工作状况，利用12864液晶屏进行显示，可以直观地看到各个数据的实时更新和各个机器人是否正常工作。同时，各个分机也带有各自的显示系统，可以准确地看到当前由那部机器担当主机。设计经过验证具有良好的使用性能，传输速率比较快，能将信息准确地传输。

【关键词】无线通信系统 通信协议 液晶显示

一、本设计的主要内容

无线通信有三种系统模型：模拟通信系统、数字通信系统、模拟信号的数字传输系统，其中模拟信号的数字传输系统在人们的生活中应用最广，最典型的应用就是移动通信系统，是人们之间的沟通联系快捷方便，本次的设计是数字信号的多点无线智能传输，即对该系统模型进行探索式设计，主要目的是通过对该类型的无线通信系统理论研究深刻的理解现代通信模式，培养自己学习、发现问题及解决问题的能力。

本次设计的主要内容：利用单片机实现多个机器人之间通信的通信协议模拟，同时利用NRF24L01实现协议的验证。利用巡检的方式去查找各个机器人的工作情况，同时让其回传自己所采集到的相关数据，最后由主机进行统一的处理并进行显示，各个机器人要判断主机由那部机器担任，并进行显示。如果说默认的主机出现故障，其他的分机应该做出判断，并有秩序的组织一个主机继续数据的汇总及显示，同时间断的对默认主机是否正常工作进行检测，一旦默认主机开机正常工作，自己应尽快推到分机的位置，有默认的主机进行数据的收集与汇总。其中担任主机的优先级要事先进行设定。

二、模块结构及其外部电路

模块结构及其外部电路如图1所示：三、系统软件实现流程图

1.号机正常工作流程图（图2）

2.号机未能正常工作由二号机担任主机流程图（图3）

1号机未能正常工作由二号机担任主机流程图（图3）。

四、通信协议的设置

本系统实现的是多点通信，故通信协议有两种方式：一种是主机采取巡检的方式，向各个分机索要相关数据，另一种则是由各个分机有数据要传给主机数据时，向主机发送一个发送数据的请求，等到主机响应之后，向主机发送数据，并在结束时发送数据结束标志。

第一种方案：在通信的时候可以保证数据传输的准确性，尽管有多个分机在通信，但主机可以保证在具体的某一时刻，只有一个机器在传输数据，这样就可以避免其他主机发送的数据对其造成干扰，但是这样采取巡检的方式，在主机比较多的情况下，就会造成数据传输的短暂延时，适用于分机比较少的小系统。

第二种方案：在通信的时候可以保证数据传输的实时性，在通信过程中，某个分机的数据有更新时，可以马上向主机发送更新数据的请求，这样就可以实现数据的实时更新。但是这样通信的弊端在于，有多个分机同时发送数据时，会造成通信干扰，从而干扰数据的准确性，适用于分机比较多的系统。

综上所述，本系统采用第一种通信方案，即采取主机巡检的方式。

五、结论

本次设计所进行的主要工作是多点无线智能通信系统的设计，实现一个主机多个分机顺利通信的同时，保证在默认主机出现未知故障的时候，有递补主机，来完成各个分机的数据收集和汇总的过程。本设计解决了实验室状态下多台机器人工作时的数据交互性，实现了分机较多状态下实时数据的更新和主机共享，便于及时排除工作状态中的故障，影响联机工作机器人的动作准确性和时效性

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