曲鎮(zhèn)幫 田江偉 鄭琳

【摘要】本文介紹基于NRF24L01的超聲波無(wú)線(xiàn)測(cè)距系統(tǒng)，通過(guò)HC-SR04超聲波測(cè)距模塊和NRF24L01無(wú)線(xiàn)傳輸模塊將采集端采集到的距離數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送給STM32單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)超聲波遠(yuǎn)距離的遙測(cè)。STM32單片機(jī)主機(jī)接收顯示報(bào)警部分負(fù)責(zé)接收超聲波檢測(cè)的距離并在OLED12864顯示屏上顯示。

【關(guān)鍵詞】NRF24L01;超聲波數(shù)據(jù)采集;OLED12864顯示

一、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)主要分為兩大部分，即兩塊無(wú)線(xiàn)收發(fā)系統(tǒng)部分，無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸接收系統(tǒng)模塊電路和無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸發(fā)送系統(tǒng)模塊電路，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

（一）HC-SR04超聲波測(cè)距電路設(shè)計(jì)

超聲波測(cè)距模塊選用的是HC-SR04模塊，測(cè)距精度最高達(dá)到3mm。此模塊包含控制電路、超聲波發(fā)生器與接收器。超聲波測(cè)距模塊采用IO口TRIG觸發(fā)測(cè)距，至少給10us的高電平信號(hào)。模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40khz的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回。有信號(hào)返回，通過(guò)IO口ECHO輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。

（二）NRF24L01無(wú)線(xiàn)收發(fā)電路設(shè)計(jì)

NRF24L01工作于2.4 GHz～2.5 GHz ISM頻段。NRF24L01內(nèi)置很多功能模塊，包括晶體振蕩器、功率放大器、頻率合成器、調(diào)制器等模塊，通過(guò)程序進(jìn)行配置輸出功率和通信頻道。NRF24L01是高斯頻移鍵控調(diào)制，硬件集成OSI鏈路層，它有自動(dòng)應(yīng)答、自動(dòng)再發(fā)射功能，片內(nèi)自動(dòng)生成報(bào)頭和CRC校驗(yàn)碼，SPI速率為0 Mb/s～10 Mb/s，與其他NRF24系列射頻器件相兼容，供電電壓為1.9 伏～3.6 伏，傳輸距離小于5米。

（三）OLED數(shù)據(jù)顯示電路設(shè)計(jì)

OLED12864是128×64行點(diǎn)陣的OLED單色、字符、圖形顯示模塊，其接口電路和操作指令簡(jiǎn)單，具有8位并行數(shù)據(jù)接口，讀寫(xiě)時(shí)序適配6800系列時(shí)序，可直接與8位微處理器相連。其中2管腳與單片機(jī)PB6鏈接，控制OLED12864 12C總線(xiàn)的SCL功能。1管腳與單片機(jī)PB7鏈接，控制OLED12864 12C總線(xiàn)的SDA功能。

二系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

（一）無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)

首先對(duì)發(fā)送和接收部分分別進(jìn)行系統(tǒng)初始化，然后發(fā)送部分的超聲波模塊檢測(cè)距離，經(jīng)過(guò)初始化后接收部分開(kāi)始接受發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)并進(jìn)入判斷程序當(dāng)接收到數(shù)據(jù)未到達(dá)報(bào)警值時(shí)，程序直接進(jìn)入OLED顯示模塊顯示出來(lái);當(dāng)接收到的數(shù)據(jù)達(dá)到報(bào)警值時(shí)，會(huì)產(chǎn)生聲光報(bào)警，并在OLED顯示模塊上顯示出來(lái)。

無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)主程序流程圖如圖2所示。

（二）HC-SR04超聲波測(cè)距電路子程序設(shè)計(jì)

HC-SR04超聲波測(cè)距電路在工作之前會(huì)對(duì)串口1進(jìn)行初始化，對(duì)SPI接口初始化，顯示器初始化。初始化后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將數(shù)據(jù)通過(guò)NRF24L01芯片、STM32單片機(jī)發(fā)送到無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸接收系統(tǒng)。

（三）無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸收發(fā)系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì)

發(fā)送端：首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，設(shè)置為發(fā)送模式，超聲波傳感器開(kāi)始工作對(duì)距離進(jìn)行測(cè)量，然后將結(jié)果送至顯示器與無(wú)線(xiàn)收發(fā)電路進(jìn)行顯示與數(shù)據(jù)發(fā)送，在顯示屏上顯示HC-SR04距離檢測(cè)傳感器測(cè)的數(shù)據(jù)值。檢測(cè)到數(shù)據(jù)后，通過(guò)NRF24L01模塊將數(shù)據(jù)信息發(fā)送給接收模塊，在顯示屏上顯示當(dāng)前檢測(cè)出的距離。

接收端：無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸接收系統(tǒng)與無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸發(fā)送系統(tǒng)相類(lèi)似，系統(tǒng)在工作之前要進(jìn)行初始化，按照程序設(shè)計(jì)開(kāi)始讀取接收到的數(shù)據(jù)，判定后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與顯示，在顯示屏上顯示HC-SR04超聲波檢測(cè)傳感器測(cè)的距離值。檢測(cè)到數(shù)據(jù)后，在OLED顯示屏上顯示當(dāng)前檢測(cè)出的距離，通過(guò)接收端讀取NRF24L01寄存器。并通過(guò)OLED顯示模塊進(jìn)行顯示，顯示完畢后返回NRF24L01。如果超出設(shè)定的距離，報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警。如果接收不到數(shù)據(jù)則繼續(xù)檢測(cè)。

（四）OLED數(shù)據(jù)顯示電路子程序設(shè)計(jì)

OLED數(shù)據(jù)顯示電路在工作之前會(huì)進(jìn)行系統(tǒng)初始化。初始化后等待無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸發(fā)送系統(tǒng)采集端采集到的數(shù)據(jù)，接收到數(shù)據(jù)后進(jìn)入判斷程序，當(dāng)無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸發(fā)送系統(tǒng)采集端發(fā)送的數(shù)據(jù)在測(cè)量范圍內(nèi)時(shí)，OLED模塊上顯示數(shù)據(jù)并有聲光報(bào)警，程序流程結(jié)束;當(dāng)無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸發(fā)送系統(tǒng)采集端發(fā)送的數(shù)據(jù)不在2cm-400cm范圍內(nèi)時(shí)，OLED模塊上沒(méi)有顯示數(shù)據(jù)，程序繼續(xù)進(jìn)入判斷部分。

三、結(jié)論

本設(shè)計(jì)的研究工作已經(jīng)基本達(dá)到預(yù)期的要求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了包括超聲波檢測(cè)、NRF24L01無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)饶K，操作方便和容易修改?？蓪?shí)現(xiàn)在室內(nèi)、室外測(cè)量距離，不僅方便易操作，成本低廉而且能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。

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作者簡(jiǎn)介：

曲鎮(zhèn)幫、田江偉，男，沈陽(yáng)工學(xué)院。鄭琳（通訊作者），女，漢族，遼寧人，沈陽(yáng)工學(xué)院，教師，講師，碩士學(xué)位。