基于单片机及nRF2401的无线通信模块.docx

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1、摘要本文设计了一种以AT89S52单片机为控制核心的无线通信控制模块，详细说明了该系统的根本原理、主要电路、硬件框架以及软件框架。整个系统采用模块化设计，主要包括单片机与下位机之间的无线通信控制电路，以及无线通信模块与PC上位机之间基于串行接口RS-232标准的串行通信接口电路和USB高速通信接口电路。该通信控制系统通过PC上位机的RS-232串行通信和USB高速通信，从而通过无线通信控制模块形成与下位机的联系，控制下位机运动控制器，并且将通信接收的数据保存到扩展的存储器内。本模块的通信方法简便，除了可以进行远程实时控制外，还可广泛的应用于工业监控和数据采集系统。本系统具有性能可靠、抗干扰能力

2、强、功耗低、性价比高等优点，在无线通信领域具有重要的应用价值和良好的开展前景。关键字：无线通信控制；AT89S52；nRF2401;串行通信AbstractThispaperintroducesadesignAT89S52singlechipcontrolwiththecoreofwirelesscommunicationcontrolmoduledesignsystem,detailedinstructionsonthesystemofbasicPrinCipie,hardwareframe,maincircuitandsoftwareframe.Thewholesystemusesmodu

3、lardesign,includingbetweenmicrocontrollerandlowerlevelcomputerwirelesscommunicationcontrolcircuit,andwirelesscommunicationmodulewithPCbasedonserialinterfacebetweentheRS-232standardserialcommunicationinterfacecircuitandUSBhigh-speedcommunicationinterfacecircuit.Thiscommunicationcontrolsystemthroughth

4、ePC,sRS-232serialcommunicationandUSBhigh-speedcommunications,thusthroughwirelesscommunicationcontrolmoduleformationandlowerlevelcomputerconnection,control,andamachinemotioncontrollerwillreceivedatastoragetocommunicationwithinthememoryexpansion.Thismodulecommunicationmethodissimple,remotingreal-timec

5、ontroloutside,stillcanbewidelyusedinindustrialsupervisorycontrolanddataacquisitionsystem.Thissystemhasreliableperformance,stronganti-jammingcapability,lowpowerconsumption,highperfbrmance-to-priceadvantagesinwirelesscommunicationdomain,hasimportantapplicationvalueandgooddevelopmentprospect.Keywordszw

6、irelesscommunicationcontrol;AT89S52;nRF2401;serialcomm-unication目录1概述11. 1单片机控制的无线数据传输的意义11. 2无线通信系统的现状及开展11.3 本设计的内容及设计指标21.4 设计的根底知识32系统设计方案42. 1设计方案选择和论证4无线通信方式的比较和选择4微控制器的比较和选择5无线收发芯片的比较和选择62.1.4串行通信方式比较和选择72. 2系统组成和功能概述83系统硬件设计103. 1RS-232串行通信接口电路设计103.2 USB通信接口电路设计11设计思路Il3. 2.2USB转接芯片的选择11硬件电

7、路设计12硬件驱动程序安装123.3 nRF2401射频模块电路设计13芯片靖掏13引脚说明13主要特点14工作模式14器件配置15应用电路163.4 外部数据存储器扩展电路设计163. 5单片机最小系统电路设计17电源电路18时钟电路设计18复位电路的设计18下载线接口电路设计194. 6各功能模块的整合及实现194系统软件设计205. 1主程序模块204. 2串行通信模块21串行口的初始化21串行口数据的收发224.3nRF2401的无线通信模块234 .3.1nRF2401的初始化235 .3.211RF24O1数据的ShockBurstTM收发244. 4外部数据存储器的扩展模块255

8、. 5串行口调试软件简介255系统性能改善275.1 提高系统可靠性措施276. 2降低功耗的措施276总结与展望287. 1总结288. 2展望29参考文献30致谢32外文文献33中文翻译411概述.单片机控制的无线数据传输的意义在社会高速开展的今天，随着电子技术日新月异的开展，数据通信被广泛的应用到各个领域中。通信可以分为有线通信和无线通信，采用传统的有线监控系统除了通信设备之间的物理线路连接，还需要供电电路的支持。而采用无线技术后，系统精简了通信和供电线路的铺设，方便了系统的维护和扩展，对生产管理水平具有重要的意义。采用无线通信技术可以有效的解决采用有线通信所存在的问题，而且具有本钱更低

9、、不需要布线、可以任意增加或减少测量节点、维护方便等优点。当数据采集点处于非固定位置或运动状态时，数据采集系统必须与主机别离，同时还需利用电池供电。因此，由无线收发电路或模块所组成的数据采集及传输系统是有效的解决方式。现在很多的无线通信控制系统不受体积、功耗、本钱的限制，并且短距离的无线数据传输技术已经较为成熟，功能简单，携带方便，在应用时将系统作为一个模块可方便地移植，以便构建更为复杂的无线通信网络，可很好的应用于各种无线产品中以及应用于小型无线网络、无线抄表、小区传呼、工业数据采集系统、平安防火系统等领域近十几年来，随着移动通信技术飞速开展，越来越多的信息采集和远程控制系统采用了无线数据传

10、送技术，它与有线数传相比主要有布线本钱低、安装简便、便于移动的优点，而且随着互联网技术的迅猛开展和快速普及，越来越多的基于单片机为微控制器的的测控设备或智能仪器仪表都需要通过互联网上进行数据交换或传输数据。1. 2无线通信系统的现状及开展了解和比较国内外的无线通信控制系统设计技术的现状，分析其优缺点，对于我们的研究无疑是非常必要的。从七十年代，国内外人们就开始了无线通信系统的研究。在整个八十年代，伴随着以太局域网的迅猛开展，以具有不用架线、灵活性强等优点的无线通信网络以己之长补有线所短，也赢得了特定市场的认可，但也正是因为当时的无线网是作为有线以太网的一种补充，遵循了IEEE802.3标准，使

11、直接架构于802.3上的无线网产品存在着易受其他微波噪声干扰，性能不稳定，传输速率低且不易升级等弱点，不同厂商的产品相互也不兼容，这一切都限制了无线通信网络的进一步应用。随着电子技术的开展，基于射频技术的无线收发芯片的集成度、性能都大幅度提高，芯片的种类和数量比较多，性能也各有特色。目前，世界各大芯片制造商研制开发出了各种新型射频芯片，使短距离无线通信装置的设计开发趋于容易、便捷、周期短、本钱低。此类芯片收发合一，工作频率一般为国际通用的ISM频段，无需申请许可证，采用低发射功率、高接收灵敏度的设计，使用时对周围干扰很小，调制方式大多为ASK,FSK,传输速率为几K到几百Kbit/s,传输距离

12、受环境影响，一般在几十米到数百米2。无线通信是当前开展最快的技术之一，已渗透到社会的各个角落，有着广阔的市场和业务需要。短距离无线传输具有抗干扰性能强、可靠性高、平安性好、受地理条件限制少、安装灵活等优点，在许多领域有着广泛的应用前景。低功耗、微型化是用户对当前无线通信产品尤其是便携产品的实际需求，短距离无线通信逐渐引起关注.1.3本设计的内容及设计指标本设计需要完成的模块功能及设计指标：1 .通过RS-232串行接口或USB接口实现PC机与单片机T89S52的串行通信。2 .通过nRF2401芯片与单片机AT89S52的IO口连接实现两者的数据传输。3 .通过对nRF2401进行配置实现两个

13、单片机之间的无线数据传输。4 .将下位机接收到的数据存储到扩展的外部数据存储器中。本设计的特点：系统由单片机AT89S52控制无线数字传输芯片11RF24O1,通过无线方式进行数据双向远程传输,两端采用半双工方式通信，该系统具有本钱低，功耗低，软件设计简单以及通信可靠等优点。1. 4设计的根底知识做好本次设计需要多个方面的只是有全面的了解和掌握。不仅需要硬件电路方面的设计，对于软件编程局部也要有良好的根底。还需要对单片机的应用有深刻的理解和牢固的掌握，例如PC与单片机的串行通信，单片机的外部数据存储器的扩展等。本设计是基于nRF2401射频芯片的无线通信系统，还需要对该芯片有深入的了解。掌握其

14、各个引脚的作用及各种工作方式和原理.同时还要能筋运用Protel系列软件进行电路图及PCB板的绘制和布线以及使用Proteus等仿真软件进行系统仿真。软件局部的编程也需要能够熟练使用KEILC51软件。2系统设计方案2.1设计方案选择和论证无线通信技术迅速开展，有多种通讯方案可供选择，这里从实用，经济和实现等方面进行综合的考虑分析，选出适宜的设计方案。无线通信方式的比较和选择目前常用的短距离无线通信主要有:蓝牙(Bluetooth),红外数据传输(IrDA)无线局域网(Wi-Fi)以及一些无线收发芯片等。蓝牙：BIUetoOth是一种无线数据与语音通信的开放性全球标准，其实质是为固定设备或移动

15、设备之间的通信环境建立通用的近距无线接口，但由于芯片大小和价格难以下调，使得许多用户不愿意花大价钱来购置这种无线设备。IrDA：IrDA是一种利用红外线进行点对点通信的技术，是第一个实现无线个人局域网(PAN)的技术，但它对于点对多点的通信显得无能为力，且红外技术只能在视线可以到达的范围内定向传输，中间不能有任何阻挡，同时要求通信设备的位置相对固定，这样就无法应用于移动设备。Wi-Fi：Wi-Fi是以太网的一种无线扩展，主要目的是提供WLAN接人，但由于其硬件实现需要很大的容纳空间，且往往在商用计算机系统中实现，这就限制了其在工业领域，尤其是在某些不依赖通用计算机的特殊工业场合的应用。本设计采

16、用射频芯片11RF2401作为无线收发芯片，内置多种功能模块，功耗非常低，节能设计更方便，可以克服以上通信方式的映点，适用于多种无线通信场合，如无线数据传输系统、无线鼠标、遥控开锁、遥控玩具等3。微控制器的比较和选择八位单片机由于内部构造简单，体积小，本钱低廉，在一些较简单的控制器中应用很广。即便到了本世纪，在单片机应用中，仍占有相当的份额。应用最广泛的八位单片机首推InteI的51系列，由于产品硬件结构合理，指令系统标准，加之生产历史悠久，有先入为主的优势。世界有许多著名的芯片公司都购置了51芯片的核心专利技术，并在其根底上进行性能上的扩充，使得芯片得到进一步的完善，形成了一个庞大的体系，直到现在仍在