基于nRF24L01的无线温度采集系统设计.pdf

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1、1引言温度采集系统所采集的温度通常通过RS485CAN总线通信方式传输至上位机a但这种方式维护较困难a不利于工业现场生产;而无线通信GPRS技术传输距离长a通信可靠稳定a但设计复杂成本昂贵 这里采用工业级内置硬件链路层协议的低成本单芯片nRF24L01型无线收发器件实现系统间的无线通信a完成无线信号的接收显示及报警功能O2nRF24Lo1简介nRF24L0l是一款工业级内置硬件链路层协议的低成本无线收发器O 该器件工作于2.4 GHZ全球开放ISM频段a内置频率合成器功率放大器晶体振荡器调制器等功能模块a并融合增强型ShockBurst技术a其输出功率和通信频道可通过程序配置O 拥有Shock

2、Burst和Enhanced ShockBurst两种数据传输模式O 可直接与单片机I/O连接a 外接元件数目少OnRF24L0l功耗低a以-6 dBm的功率发射时a工作电流仅9 mA;接收时a工作电流仅12.3 mAa多种低功率工作模式1(掉电和空闲模式)更利于节能设计 3系统硬件设计系统硬件设计主要由采集发送和接收显示两部分组成2 图1为采集发送电路原理图a 该电路主要由温度传感器DS18B20单片机STC12LE5408和nRF24L01组成3 STC12LE5408是增强型8051单片机a 速度快a 集成度高a电压范围宽(2.23.8 V)a和MCS!51系列单片机指令系统完全兼容 其

3、内部还有8 KB Fiash程序存储器a5l2字节RAM2 KB EEPROM4路PWM以及硬件看门狗(WDT)等资源a性价比高4 DSl8B20是DALLAS公 司 生 产 的 单 总 线 数 字l!Wire温度传感器5a可把温度信号直接转换成串行数字信号供单片机处理a 采用l!Wire接口aDSl8B20的数据端DO可通 过4.7 k!的 上 拉 电 阻 接STCl2LE5408 nRF24L0l的CEaCSNaSCKaMOSIaMISOaIRO引 脚 则 可 接STCl2LE5408的任意端口a但需在编程时注意a这里接至Pl端口 由于nRF24L0l具有接收数据功能a 所以接收显示电路由

4、单片机STCl2LE5408nRF24L0l和显示电路组成 所采集的数据也通过串口发送至PC机进行处理 4系统软件设计4.1nRF24Lo1的软件设置由于STCl2LE5408无标准的SPI总线接口a需采用软件模拟实现SPI总线 因此应严格按照SPI的时序要求编写a否则导致对nRF24L0l的操作失败 nRF24L0l的各种命令字都只有一个字节a分为读寄存器写寄存器读数据接收缓冲区 写发送数据缓冲区等 在输入任意命令字的同时aMISO输出STATUS寄存器的内容 对nRF24L0l的读写程序代码基子 nRF24Lo1 的无戏温庭泉票系呢夜针王 振l1 胡 清l1 黄 杰2(l.广东工业大学 信

5、包工程学院1广东 广州5l000692.湖南铁道职业技术学院 信包工程系1湖南 株洲4l200l 摘要:介绍一种由nRF24L0l型无线数据传榆器和高精度的单总线数字温度传感器DSl8B20组成的无线数据传榆系统9详细阐述该系统的硬件和软件设计要点9给出基于STCl2LE5408设计的nRF24L0l硬件接口电路和程序代码9并讨论该系统在无线温度采集系统中的应用0关键词:nRF24L0l9 无线数据传榆9STCl2LE54089DSl8B20中图分类号:TP274文献标识码:A文章编号:l674-6236(2009)12-0024-03Design of wireless temperatur

6、e collection system based on nRF24Lo1WANG Zhenl1HU Oingl1HUANG Jie2(l.School of Information EngineeringaGuangdong Uniuersity of TechnologyaGuangzhou 5l0006aChina;2.Department ofInformation EngineeringaHu nan Railway Professional Technology CollegeaZhuzhou 4l200laChina)Abstract:The wireiess data tran

7、smission system which is composed of wireiess data transmission device nRF24L0l andhigh!precision l!Wire bus digitai temperature sensor DSl8B201is introduced in this paper.The hardware and software ofthe system design are expiained in detaii.The interface circuit and program code of nRF24L0l based o

8、n STCl2LE5408are introduced concreteiy.Finaiiy1the appiication of this system in wireiess temperature coiiection system is discussedKey words:nRF24L0l9wireiess data transmission9STCl2LE54089DSl8B20收稿日期:2009-07-l4稿件编号:200907046作者简介:王 振 l984-1男1河南新乡人1硕士研究生0 研究方向 智能传感与控制02009年l2月Dec.2009第l7卷第l2期Voi.l7N

9、o.l2电子设计工程Eiectronic Design Engineering#24#王 振,等 基于nRF24LOl的无线温度采集系统设计图l采集发送电路如下!uint SPI_RW uint uchal)uint bit_ctl;fol bit_ctl=O;bit_ctlS;bit_ctl+)MOSI=uchal&OXSO);uchal=uchal l);SCK=l;uchal=MISO;!SCK=O;letuln uchal);!nRF24LOl的Shockbulst和Enhanced Shockbulst两种数据模式的区别是!后者比前者多一个确认数据传输的信号保证数据传输的可靠性#按E

10、nhanced Shockbulst模式初始化重新发送等待时间为25O!s重新发送次数为iO次地址是RX_ADR_WIDTH输出功率为O dbm速度为l Mb/s#nRF24LOl处于POWER_ UP状态#函数中WRITE_REG为写命令基地址OX2O#其相关程序如下!void init_NRF24LOl_send void)inelDeiay_us lOO);CE=O;CSN=l;SCK=O;SPI_Wlite_buf WRITE_REG+TX_ADDR,TX_ADDRES!S,TX_ADR_WIDTH);SPI_Wlite_buf WRITE_REG+RX_ADDR_PO,RX_ADDR

11、!ESS,RX_ADR_WIDTH);SPI_RW_Reg WRITE_REG+EN_AA,OXOl);SPI_RW_Reg WRITE_REG+EN_RXADDR,OXOl);SPI_RW_Reg WRITE_REG+RF_CH,O);SPI_RW_Reg WRITE_REG+RX_PW_PO,RX_PLOAD_WIDTH);SPI_RW_Reg WRITE_REG+RF_SETUP,OXO7);在 接 收 端 将nRF24LOl配 置 为 接 收 模 式 地 址 是RX_AW负载数据宽度是TX_PL_W使能接收完数据中断CRC校验位为2字节nRF24LOl处于POWER_UP状态其相关程序

12、代码如下!void init_NRF24LOl_leceive void)inelDeiay_us lOO);CE=O;CSN=l;SCK=O;SPI_Wlite_buf WRITE_REG+TX_ADDR,TX_ADDRESS,TX_ADR_WIDTH);SPI_Wlite_buf WRITE_REG+RX_ADDR_PO,RX_ADDRESS,RX_ADR_WIDTH);SPI_RW_Reg WRITE_REG+EN_AA,OXOl);SPI_RW_Reg WRITE_REG+EN_RXADDR,OXOl)SPI_RW_Reg WRITE_REG+RF_CH,O)SPI_RW_Reg WR

13、ITE_REG+RX_PW_PO,RX_PLOAD _WIDTH);SPI_RW_Reg(WRITE_REG+RF_SETUP,OXO7);!#数据采集发送子程序数据采集发送部分上电后首先配置nRF24LOl的相关寄存器使其工作在发射状态然后复位DSlSb2O向DSlSb2O发送温度转换命令读取已转换的温度值然后由nRF24LOl发送其流程如图2所示#25!电子设计工程#!$全年 l2 期!读者可到当地邮局订阅!本刊亦可破订零购#国内刊号!CN61-1477/TN国际刊号!ISSN 1674-6236在线投稿系统:http:/(广告)地址!西安市劳动南路210号5-1-3信箱邮政编码!7100

14、82祝四猩福!祝四圆间!祝四到霎r啬!邮发代号$52-l42订价$6.00 元/期年价$72.00 元/年!这里需注意DSl8B20是单总线器件!其硬件接口比较简单!这是以相对复杂的软件编程为代价的DSl8B20与单片机的接口协议也是通过严格的时序来实现的虽然增加软件开销!但由于STCl2LE5408运行速度快!可以满足系统要求 另外!对DSl8B20操作的程序必须按照初始化!ROM操作命令!存储器操作命令!执行/数据的先后顺序进行 如果总线上只挂l个DSl8B20!初始化后可执行跳过ROM命令!再发送温度转换命令 温度转换完成后!将温度值暂存在发送缓冲区tx_buf中!然后通过nRF24L0

15、l发送!其相关程序代码如下#void nRF24L0l_TxPacket unsigned char*tx_buf CE=0 SPI_Write_Buf WRITE_REG+RX_ADDR_P0 TX_ADDR!ESS TX_ADR_WIDT SPI_Write_Buf WR_TX_PLOAD tx_buf TX_PLOAD_WI!DT SPI_RW_Reg WRITE_REG+CONFIG 0 x0e CE=l inerDeiay_us l0 4.3数据接收显示子程序nRF24L0l在数据接收显示中为接收状态 当nRF24L0l模块配置为接收模式后!当接收到数据中断时!从接收FIFO读取数据

16、然后将其存储到接收缓冲区rx_buf中其相关程序代码如下#unsigned char nRF24L0l_RxPacket unsigned char*rx_buf unsigned char revaie=0 sta=SPI_Read STATUS if RX_DR CE=0 SPI_Read_Buf RD_RX_PLOAD rx_buf TX_PLOAD_WIDT revaie=l SPI_RW_Reg WRITE_REG+STATUS sta return revaie 5结束语本文介绍了nRF24L0l和STCl2LE5408组成的无线温度采集系统 采用高度集成的nRF24L0l器件!大

17、大简化了系统硬件和软件设计!减小了体积!提高了系统工作的可靠性6采用新一代增强型805l单片机STCl2LE5408降低了系统成本!缩短了开发时间 实践证明该系统设计简单!成本低廉!通信可靠!运行稳定!性能可靠!具有较高的实用价值参考文献:l Nordic半导体公司.nRF24L0l用户手册DB/OL.http:/www.nord 庆 王代华 张志杰.基于nRF24L0l的无线数据传榆系统J.现代电子技术 2008 3l 7 68-82.3丁永红 孙运强.基于nRF240l的无线数传系统设计J.国外电子测量技术 2008 27 4 45-47.4杜开初 杜剑飞.基于STCl2C5408AD的记

18、忆示波器J.电子设计工程 2007 l5 7 54-56.5夏布礼 丁克勤.基于USB串叫叫点温度采集系统的设计J.电子设计工程 2009 l7 3 40-42.6黄智伟.射频电路设计M.北京:电子工业出版社 2006.图2数据采集发送子程序流程 电子设计工程!#9牟第l2期$26$基于nRF24L01的无线温度采集系统设计基于nRF24L01的无线温度采集系统设计作者：王振，胡清，黄杰，WANG Zhen，HU Qing，HUANG Jie作者单位：王振,胡清,WANG Zhen,HU Qing(广东工业大学信息工程学院,广东,广州,510006)，黄杰,HUANGJie(湖南铁道职业技术学

19、院信息工程系,湖南,株洲,412001)刊名：电子设计工程英文刊名：ELECTRONIC DESIGN ENGINEERING年，卷(期)：2009,17(12)被引用次数：3次 参考文献(6条)参考文献(6条)1.丁永红;孙运强 基于nRF2401的无线数传系统设计期刊论文-国外电子测量技术 2008(04)2.英庆;王代华;张志杰 基于nRF24L01的无线数据传输系统期刊论文-现代电子技术 2008(07)3.Nordic半导体公司 nRF24L01用户手册4.黄智伟 射频电路设计 20065.夏布礼;丁克勤 基于USB串口多点温度采集系统的设计期刊论文-电子设计工程 2009(03)6

20、.杜开初;杜剑飞 基于STC12C5408AD的记忆示波器期刊论文-电子设计工程 2007(07)本文读者也读过(10条)本文读者也读过(10条)1.朱玉颖.蔡占辉.ZHU Yu-ying.CAI Zhan-hui 基于nRF24L01的远程温度检测系统设计期刊论文-自动化技术与应用2010,29(5)2.潘勇.管学奎.赵瑞.Pan Yong.Guan Xuekui.Zhao Rui 基于NRF24L01的智能无线温度测量系统设计期刊论文-电子测量技术2010,33(2)3.刘志平.赵国良.LIU Zhi-ping.ZHAO Guo-liang 基于nRF24L01的近距离无线数据传输期刊论文

21、-应用科技2008,35(3)4.时志云.盖建平.王代华.张志杰.SHI Zhi-yun.GAI Jian-ping.WANG Dai-hua.ZHANG Zhi-jie 新型高速无线射频器件nRF24L01及其应用期刊论文-国外电子元器件2007(8)5.张琛.耿标.杨敏杰 基于nRF24L01的PC机无线数据传输设计期刊论文-科技与生活2010(11)6.荚庆.王代华.张志杰.JIA Qing.WANG Daihua.ZHANG Zhijie 基于nRF24L01的无线数据传输系统期刊论文-现代电子技术2008,31(7)7.周新淳 基于NRF24L01&C8051F021的无线数据采集系

22、统设计期刊论文-科技信息2010(28)8.刘靖.陈在平.李其林.LIU Jing.CHEN Zai-ping.LI Qi-lin 基于nRF24L01的无线数字传输系统期刊论文-天津理工大学学报2007,23(3)9.张庆国.童赛美.ZHANG Qingguo.TONG Saimei 基于nRF24L01的点对点高速无线数据传输系统设计期刊论文-电脑编程技巧与维护2009(18)10.宋晓伟.孟国营.叶洋.程晓涵.赵令令 基于nRF24L01的无线温度监测系统期刊论文-煤炭工程2010(11)引证文献(6条)引证文献(6条)1.王玲.王中训.王恒 基于MSP430单片机的多路无线温度检测系统

23、期刊论文-现代电子技术 2011(1)2.杨伟.温阳东 低功耗无线温度监测节点设计期刊论文-合肥工业大学学报（自然科学版）2011(2)3.郭方营.黎英 工厂变电站后备电源在线监测系统的设计期刊论文-科学技术与工程 2011(28)4.李闪.黄小莉.胡兵.刘希军 基于nRF24L01的无线智能温度监测系统期刊论文-仪表技术与传感器 2011(12)5.秦相林.张海兵.张盈盈 基于STC12C5A60S2的无线温度采集系统设计期刊论文-哈尔滨商业大学学报（自然科学版）2011(6)6.周新淳 基于NRF24L01&C8051F021的无线数据采集系统设计期刊论文-科技信息 2010(28)本文链接：http:/