-無線通信模塊設(shè)計與實現(xiàn)

1、KC017-2 2013 屆畢業(yè)設(shè)計開題報告題 目 基于 nRF24L01無線通信模塊設(shè)計與實現(xiàn)專 業(yè)通信工程姓 名許斌班 級 09 通信 Y1 指導(dǎo)教師 肖賢建起止日期 2013.3.12013.6.232013 年 3 月 15 日畢業(yè)設(shè)計開題報告（含課題的來源及現(xiàn)狀、設(shè)計要求、工作內(nèi)容、設(shè)計方案、技術(shù)路線、預(yù)期目標、時間安排及參考文獻等內(nèi)容。）一課題來源及現(xiàn)狀近年來，由于傳感技術(shù)、嵌入式計算、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)、無線數(shù)據(jù)傳輸及分布式信息處理等技術(shù)，能夠?qū)⒈O(jiān)測對象的數(shù)據(jù)通過無線方式發(fā)送，并以自組多跳的網(wǎng)絡(luò)方式傳送到用戶終端1 ，而使得無線多媒體傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是在科技應(yīng)用中，成為備受關(guān)注的、知識高度集成

2、的前沿熱點研究領(lǐng)域。常見的無線通信技術(shù)包括 WiFi(IEEE 802 .11b)、Bluetooth(IEEE 802. 15.1)和ZigBee(IEEE 802.15.4)。它們工作于國際 ISM ( 工業(yè)、科學和醫(yī)學 ) 頻段 2.4002.4835GHz 。但由于應(yīng)用這些無線通信技術(shù)的無線芯片 (CC2420、CC2430、BK2411等)存在傳輸速率低、傳輸距離短、抗干擾能力差及協(xié)議復(fù)雜 媒體傳感網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和應(yīng)用。等原因，技術(shù)應(yīng)用出現(xiàn)較大瓶頸。這些因素制約無線多nRF24L01是 Nodic 公司新推出的工作于 2.4GHz頻段的射頻芯片：最大 0dBm的發(fā)射功率，低工作電壓，高速

3、率傳輸；可進行高速信號處理；其 SPI 接口與單片機進行通信，內(nèi)部有 FIFO可以與各種高低速微處理器接口，便于使用低成本單片機；由于鏈路層完全集成在模塊上，非常便于開發(fā)。本課題采用性價比較高的射頻芯片nRF24L01 為核心搭建無線通信硬件平臺。該平臺采用ATmega16L 作為微控制器，控制無線發(fā)送和接收；通過RS-232 串行口與用戶端PC 機相連，實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)通信。二設(shè)計要求掌握 nRF24L01性能、工作原理和引腳功能，熟知其在無線通信中的典型應(yīng)用，設(shè)計 出其與天線之間的單端匹配網(wǎng)絡(luò)及其時鐘電路部分；理解 nRF24L01和ATmega16之間是如何以 功能，設(shè)計出接口控制電路；SP

4、I 方式進行通信的，根據(jù)這兩個芯片的管腳掌握 ATmega16的性能特征、工作原理和引腳功能，設(shè)計出復(fù)位電路、時鐘電路；根據(jù) nRF24L01和ATmega16工作電壓不同，設(shè)計出電壓轉(zhuǎn)換模塊電路；畫出硬件電路的原理圖和 PCB圖理解 nRF24L01的工作模式，畫出呈現(xiàn)流 程圖，編寫出無線數(shù)據(jù)收發(fā)程序；基于已有的收發(fā)程序，編寫出實現(xiàn)點對點及點對多點的無線通信代碼；對無線通信協(xié)議進行設(shè)計，確定數(shù)據(jù)包的格式；能搭建好硬件系統(tǒng)，下載軟件，進行功能性測試，對無線模塊功能進行測試和調(diào) 試，驗證其有效性；三工作內(nèi)容 知道課題研究的背景、目的及意義，了解多媒體無線傳感網(wǎng)絡(luò)的興起及發(fā)展、性能、關(guān)鍵技術(shù)、結(jié)構(gòu)

5、。針對實際應(yīng)用的要求，對無線通信模塊的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。根據(jù)設(shè)計方案，對無線通信 模塊所需的芯片進行仔細比較和分析，選定性能優(yōu)越的芯片。理解無線通信模塊中所采用芯片的結(jié)構(gòu)、性能、工作原理等，然后分別對無線模塊和單片機模塊的各個硬件接口電路、圖。PCB版圖和天線進行設(shè)計，畫出設(shè)計硬件電路的原理制作實際的通信模塊，對設(shè)計好的硬件電路部分進行測試調(diào)試，驗證是否達到預(yù)期功 能完成了無線通信模塊的軟件部分的設(shè)計。首先畫出程序的流程圖，依據(jù)設(shè)計的硬件電 路和設(shè)定的通信協(xié)議然后編寫代碼。主要是數(shù)據(jù)的收發(fā)程序以及在此基礎(chǔ)上的點對點和點對多點的無線數(shù)據(jù)通信的程序。進行實驗測試、調(diào)試分析并及時解決出現(xiàn)的問題。首先對設(shè)

6、計的各個硬件模塊電路進 行性能測試，若符合預(yù)期的設(shè)計功能，將所有模塊連接起來進行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)測試。結(jié)合串口調(diào)試工具，模擬數(shù)據(jù)收發(fā)，記錄所傳送和接收到的數(shù)據(jù)，驗證系統(tǒng)能否實現(xiàn)點對點以及點對多點的無線數(shù)據(jù)通信。然后對實驗過程中存在的問題進行思考研究并給出 了解決的方法?？偨Y(jié)了本課題設(shè)計中的主要研究成果和主要思想，并指出了設(shè)計實現(xiàn)過程中存在的不 足和吸取的經(jīng)驗教訓(xùn)。最后對本模塊的功能進行了展望，提出了努力和改進的方向。四設(shè)計方案及技術(shù)路線電源天線SPI 接口無線收發(fā)芯片匹配網(wǎng)絡(luò)時鐘電路圖 1 無線通信模塊設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖復(fù)位電路 電源模塊單片機時鐘電路SPI接口圖 2 單片機外圍結(jié)構(gòu)設(shè)計框圖I/O 口模式控

7、制PC串單片I/O 口SPI接口nRF24L01口無線收機系發(fā)模塊統(tǒng)狀態(tài)輸I/O 口出圖 3 無線節(jié)點模塊的硬件框圖ATmega16 單片機與 nRF24L01 以 SPI 方式進行通信，它們連接的端口，可以分作三組，即：模式控制端口、SPI 端口、狀態(tài)輸出端口。單片機通過 RS232 串口與 PC相連接。要發(fā)送的數(shù)據(jù)，通過 PC輸入到微控制器；微控制器收到的數(shù)據(jù)也要傳輸?shù)?PC上。五預(yù)期目標實現(xiàn)點對點的無線數(shù)據(jù)通信。利用軟件測試方法為：利用串口調(diào)試工具來顯示接收到的數(shù)據(jù)或者模擬無線收發(fā)芯片發(fā)送數(shù)據(jù)。串口調(diào)試工具發(fā)送的數(shù)據(jù)通過 nRF24L01模塊發(fā)送出去，在接收端，可以在 發(fā)送數(shù)據(jù)一致。實現(xiàn)

8、點對多點的無線數(shù)據(jù)通信。使用PC機上通過串口調(diào)試助手觀察接收的數(shù)據(jù)是否和3 個無線通信模塊實現(xiàn)相互通信，且每個無線數(shù)據(jù)通信模塊都通過 RS-232 跟 PC相連接。主發(fā)送模塊在不同的時間段內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)，在從機節(jié)點上，可以通過串口調(diào)試工具，查看接收到的數(shù)據(jù)，驗證了接收到的數(shù)據(jù)與發(fā)送的數(shù)據(jù)是一致的，從而實現(xiàn)了點到多點無線數(shù)據(jù)通信。六時間安排第 1周：下達畢業(yè)設(shè)計任務(wù)，落實課題，明確工作內(nèi)容，部署畢業(yè)設(shè)計各項工作。第 2周：查閱與課題相關(guān)或針對性強的文獻 總述報告。510篇，閱讀并進行歸納、總結(jié)，寫出文獻第 3周：根據(jù)任務(wù)，查閱與課題相關(guān)的外文專題論文或外文專著，閱讀并譯成中文，完成 外文翻譯報告。第

9、 4周：根據(jù)任務(wù)，查閱相關(guān)技術(shù)資料，確定課題初步的總體設(shè)計思路和方案，寫出開題 報告。第 56周：整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，模塊設(shè)計 第 711 周：搭建系統(tǒng)，實現(xiàn)設(shè)計 第 12 14周：整體系統(tǒng)調(diào)試、測試、修改、根據(jù)個人能力和進度添加新功能。第 15 17周：整理資料，撰寫畢業(yè)設(shè)計論文第 18周：制作答辯 PPT講稿，做好畢業(yè)答辯各項準備工作。七參考文獻【1】暉譚 . nRF 無線 SOC 單片機原理與高級應(yīng)用M . 北京航空航天大學出版社，2009， 4367 【2】曾勇，楊濤，馮月暉 . 基于 nRF24L01 的超低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計 J . 電子技術(shù)應(yīng)用，2008,34(7) ：4548

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