基于nRF24L01和PIC16F877無線數(shù)據(jù)傳輸

1、基于nrf24l01和pic16f877無線數(shù)據(jù)傳輸在工業(yè)控制現(xiàn)場, 經(jīng)常需要采集大量的現(xiàn)場數(shù)據(jù), 如溫度、濕度、氣壓等, 并將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C舉行處理，由主機按照處理的結果, 將控制信號傳輸給現(xiàn)場執(zhí)行模塊舉行各種操作?？梢钥闯鰯?shù)據(jù)從采集設備處處理終端,監(jiān)測控制命令從處理終端到采集設備,均需經(jīng)過傳輸過程這一重要環(huán)節(jié)。當數(shù)據(jù)采集點處于運動狀態(tài),或者所處的環(huán)境不允許鋪設電纜,采集設備必需與終端設備分別,此時只能通過無線方式舉行數(shù)據(jù)傳輸。基于此，本文設計了一個無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),它應用公司的16f877控制nordic公司的無線數(shù)字傳輸芯片nrf24l01 ,通過無線方式舉行數(shù)據(jù)雙向傳輸。試驗結果證

2、實：該系統(tǒng)用法靈便、成本低廉,可便利地嵌入到無線監(jiān)測系統(tǒng)中。1.系統(tǒng)總體結構設計圖1為系統(tǒng)設計總體框圖。此無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)主控制芯片采納microchip公司的pic16f877微處理器，它負責控制無線芯片l01，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。為了舉行多通道的數(shù)據(jù)采集，這里采納10片a/d舉行分時采樣，它們的工作時序則由來控制，每路采集的數(shù)據(jù)經(jīng)單片機處理后無線放射，至于何時采樣，則由單片機發(fā)的trigger信號打算。 在與計算機的通訊方面，系統(tǒng)采納芯片通過usb口將無線接收數(shù)據(jù)送入計算機，并存儲在一個二進制文件內(nèi)，當傳輸完畢后，運行vb讀數(shù)軟件，可將采集的信號讀出以供分析。2.系統(tǒng)硬件設計2.1 數(shù)據(jù)采

3、集部分數(shù)據(jù)采集部分主要由、低通濾波、a/d以及cpld組成，則主要為各個芯片提供合適工作，并為cpld提供1mhz主時鐘輸入。此系統(tǒng)采納10片ad7492，可舉行10路模擬信號的采樣。cpld主要控制10片a/d的采樣和讀數(shù)時序，采樣率由cpld內(nèi)部分頻器和無線傳輸率大小打算。為了協(xié)作無線傳輸模塊的工作，這里采納觸發(fā)采樣。即在cpld內(nèi)部設計d觸發(fā)器，并用vcc銜接d輸入端，trigger信號作為時鐘輸入，2所示。系統(tǒng)上電后，cpld便檢測其引腳trigger端，當浮現(xiàn)升高沿時， d觸發(fā)器輸出高電平，打開與非門，convast就會輸出1khz信號，a/d采樣開頭。2.2 無線傳輸部分數(shù)據(jù)傳輸主

4、要利用pic16f877單片機對無線芯片l01的控制實現(xiàn)的。nrf24l01是單片射頻收發(fā)芯片，工作于2.42.5ghzism頻段，工作電壓為1.9v3.6v，工作溫度為- 40+ 85,有多達125個頻道可供挑選,最高通信速率2mbit/s ,具有自動應答和重發(fā)功能，其工作參數(shù)所有通過芯片狀態(tài)字配置，而這些配置字是由pic16f877通過spi拜訪l01的。l01主要技術為：工作模式 ：ce，csn，sck，mosi，miso，irq這6個管腳為該芯片的控制引腳。微處理器通過對這6個引腳的控制就可以打算該芯片的工作模式。當pwr_up、prim_rx和ce為“111”時，l01處于接收模式;

5、為“101”時處于放射模式;為“1x0”時處于空閑模式1;為“0xx”時處于掉電模式。增加型shockburst技術：l01融進了增加型shockburst技術，該項技術使得雙向通信協(xié)議變得容易。在一個典型的雙向通信中，接收方在收到放射方的數(shù)據(jù)時，將會向放射方回傳一個應答信號，若接收方未收到該數(shù)據(jù)，放射方在等待一定延遲時光后將自動重發(fā)此包數(shù)據(jù)(在自動重發(fā)功能開啟的狀況下)，這都不需要cpu的參加。數(shù)據(jù)通道：當l01處于接收狀態(tài)時，它可以接收來自6個不同通道的數(shù)據(jù)。每個通道都有一個屬于自己的通道地址，但分享同一頻道。也就是說，一個配置為接收模式的l01可以和6個配置為放射模式下的l01舉行通信，

6、接收機可以按照它們的通道地址舉行區(qū)別。通道0有一個40位的地址，通道15則分享高32位地址，只是低8位不同。每個通道都能開啟自動重放射和自動應答功能。處于接收狀態(tài)下的l01在回傳應答信號時，將利用該接收通道的地址作為放射應答信號的放射地址。在放射設備中，通道0常用于接收應答信號。放射數(shù)據(jù)的地址必需和接收通道0的地址全都 ，這樣才干有效地接收應答信號。數(shù)據(jù)包描述：“1字節(jié)字頭 + 35字節(jié)地址 + 9bit標記位 + 12字節(jié)crc”。 當l01要發(fā)送數(shù)據(jù)時，微控制器要先把地址和有效數(shù)據(jù)寫入l01緩存區(qū)，然后由l01自動產(chǎn)生字頭和crc校驗碼，之后再放射出去。2.3 usb接口設計系統(tǒng)采納usb

7、芯片ft245，由單片機控制讀寫操作。ft245提供了一些狀態(tài)標記位(rxf，txe)供單片機查詢，以便讓單片機發(fā)讀寫脈沖執(zhí)行讀寫操作，控制十分容易。3.軟件設計要設計好系統(tǒng)的軟件，必需清晰其工作原理：首先給放射機上電，配置其l01為prx，使其進入接收模式等待主機的握手命令，此時采集裝置并未開頭工作。然后將接收機通過usb接口銜接計算機，運行vb程序，點擊開頭實驗按鈕，握手命令(h33)便通過接收機的l01 (上電配置為ptx)放射出去，放射機在接收到握手命令后，還要做出推斷，若不是h33，則繼續(xù)等待握手命令;若是，表示雙方建立銜接勝利，此時放射機的l01便配置為ptx，同時單片機向采集裝置

8、發(fā)送一脈寬為3.6us的高電平脈沖以激活a/d，使其開頭采樣，采樣率為1khz。因為每路傳感器信號都要被a/d采樣，并轉換為12bit數(shù)字量(認為是2 byte)，那么10通道則為20 byte，經(jīng)過單片機處理后再送入l01打包放射。350us之后，接收機收到該數(shù)據(jù)，并通過單片機和usb芯片實時寫入計算機緩存區(qū)內(nèi)，這樣雙方數(shù)據(jù)傳輸10000次，每次20byte，傳輸完畢后數(shù)據(jù)曲線會在vb界面上實時顯示?；谝陨戏治?，該系統(tǒng)軟件分為兩部分:單片機控制程序和計算機界面程序。前者主要完成以nrf24l01為核心的多通道信號的采集和無線傳輸，后者則完成信號的顯示，以供討論人員分析。本文只介紹控制程序，

9、它采納模塊化程序設計辦法, 分為放射機程序和接收機程序兩部分。其流程圖3所示。因為采集系統(tǒng)以1khz舉行采樣，即每1ms送20byte數(shù)據(jù)，因此無線部分舉行一次傳輸需1ms。若接收機執(zhí)行接收子程序不夠1ms，則必需通過延遲補夠，以和放射同步。另外，在接收機程序中特設置800us定時器中斷，以防接收機因接收不到數(shù)據(jù)而長時光等待，影響數(shù)據(jù)的傳輸效率。4.問題分析本系統(tǒng)在運行時浮現(xiàn)了一些問題，使其不能正常工作，現(xiàn)解釋如下： l01在收發(fā)轉換時浮現(xiàn)問題;緣由：配置字并未寫入l01內(nèi)。 數(shù)據(jù)傳輸時發(fā)覺其低八位為零，但高四位有數(shù);緣由：開啟了單片機的psp功能，導致d口不能用了。 數(shù)據(jù)傳輸波形圖嚴峻失真;緣由：無線模塊在收發(fā)同步上存在問題，數(shù)據(jù)包之間沒有一一對應。5.試驗結果本系統(tǒng)需舉行10000次數(shù)據(jù)傳輸，每次傳輸20字節(jié)。傳輸數(shù)據(jù)時務必保證放射機和接收機的同步性，否則數(shù)據(jù)包之間將會浮現(xiàn)錯位，得到的數(shù)據(jù)曲線會嚴峻失真，影響分析，所以同步問題在無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)占重要地位?，F(xiàn)附上本系統(tǒng)在同步良好狀況下的無線數(shù)據(jù)傳輸波形圖，見圖4。圖中的10條曲線是傳感器信號被