宋增明 梁乃生 孫玉梅

摘 要：本次設(shè)計(jì)以加速度傳感器為例，基于NRF24L01模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，用LCD12864為顯示器完成數(shù)據(jù)的顯示，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的測量傳輸、顯示與比對。該系統(tǒng)具有低成本、低功耗、通信性能可靠等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：增強(qiáng)型單片機(jī)；MMA7361；NRF24L01；無線數(shù)據(jù)傳輸

前言

無線數(shù)據(jù)傳輸適用于布線繁雜和不允許使用布線等場合，尤其是在高速移動以及有毒害氣體的環(huán)境中，無線傳輸系統(tǒng)就顯得尤為重要。那么制作一個(gè)成本低、效率高且節(jié)能的抗干擾性強(qiáng)的系統(tǒng)，在現(xiàn)代生產(chǎn)、生活中具有重要的意義?？梢詮V泛用于遙控遙測，門禁系統(tǒng)，無線抄表，小區(qū)傳喚以及工業(yè)數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域。

當(dāng)前的無線短距離傳輸技術(shù)，主要是應(yīng)用IEEE802.11技術(shù)，就是使用2.4GHz的ISM頻段，采用直序列擴(kuò)頻技術(shù)來進(jìn)行的調(diào)制解調(diào)，傳輸速度可以達(dá)到108MBit/s，但設(shè)備及其昂貴且維修困難；藍(lán)牙技術(shù)則主要應(yīng)用跳頻解調(diào)技術(shù)，其有效傳送距離在10米以內(nèi)；當(dāng)今的Zigbee技術(shù)，主要工作在2.4GHz，868MHz和915MHz等頻段上，傳輸距離較低，傳輸速度較小。

本系統(tǒng)是以增強(qiáng)型單片機(jī)為核心控制芯片，在研究現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了基于NRF24L01模塊的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向遠(yuǎn)程傳輸，該系統(tǒng)具有成本低，功耗較低，通信可靠等優(yōu)點(diǎn)。

1 系統(tǒng)方案的比較

方案一：采用通用的51單片機(jī)作為主控制器，完成數(shù)據(jù)處理，顯示器使用LCD1602，傳感器使用MMA7361。由于51單片機(jī)的ROM和RAM都非常小，考慮到本系統(tǒng)將需要大量的數(shù)據(jù)處理及顯示，需要占用大量的ROM資源，用51單片機(jī)去實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)將需外擴(kuò)RAM和ROM，實(shí)現(xiàn)起來相當(dāng)麻煩，硬件電路將變得復(fù)雜。且本系統(tǒng)需要用到A/D轉(zhuǎn)換器，使用51單片機(jī)就需要另外擴(kuò)展一片A/D芯片，電路設(shè)計(jì)變得更加復(fù)雜，從而引發(fā)故障率高、成本高?；谡麄€(gè)系統(tǒng)超低功耗和運(yùn)算速度的要求，51單片機(jī)顯然不能滿足。

方案二：采用MC9S12XS128飛思卡爾單片機(jī)作為主控制器芯片，它具有豐富的資源，且RAM、ROM空間大，片子內(nèi)部含有AD轉(zhuǎn)換器，超強(qiáng)抗干擾性，但是使用復(fù)雜，關(guān)鍵是價(jià)格昂貴，資源浪費(fèi)率大，并且軟件程序的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜。

方案三：采用STC12C5A60S2單片機(jī)作為主控制器， STC12C5A60S2性能高于51系列單片機(jī)，它的內(nèi)部集成有A/D轉(zhuǎn)換器，運(yùn)行速度快，且有足夠的內(nèi)部存儲空間，程序設(shè)計(jì)簡單。綜合以上分析，本系統(tǒng)采用方案三作為本次設(shè)計(jì)的核心控制芯片。

2 系統(tǒng)硬件方案設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的主要模塊包括兩個(gè)手持設(shè)備，設(shè)備1為采集發(fā)射器，設(shè)備2為信號接收顯示裝置。其中設(shè)備1由4大部分組成：核心控制模塊、數(shù)據(jù)檢測模塊、無線發(fā)射模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊；其設(shè)備2由4大部分組成：核心控制模塊、數(shù)據(jù)檢測模塊、無線接收模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊。

本系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)檢測模塊采用了三軸加速度傳感器MMA7361，核心控制模塊采用STC12c5A單片機(jī)，它帶有AD轉(zhuǎn)換功能，采集數(shù)據(jù)的經(jīng)處理后由NRF24L01模塊進(jìn)行發(fā)送顯示器LCD1602，并經(jīng)顯示器LCD1602顯示；接收端采用另一片STC12c5A單片機(jī)，以及另一片NRF24L01作為信號接收，數(shù)據(jù)經(jīng)由單片機(jī)處理后，經(jīng)由彩屏LCD12864進(jìn)行顯示。

3 軟件設(shè)計(jì)（見圖1、圖2）

4 實(shí)驗(yàn)測試

這樣采用半雙工通信方式完成了數(shù)據(jù)的發(fā)與收的工作，并通過兩端顯示信息對比，確定傳輸信息的準(zhǔn)確性，通過改變手持發(fā)射設(shè)備1的方向位置，改變數(shù)據(jù)，對比顯示結(jié)果，實(shí)驗(yàn)表明本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)短距離的無線數(shù)據(jù)可靠、穩(wěn)定傳輸。

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