1、苏州大学本科生毕业设计（论文）- i -基于 NRF24L01 的无线接收与发送系统目 录第 1 章 绪论 .1第 1.1 节 课题研究的背景 .1第 1.2 节 国内外研究现状 .1第 1.3 节 本课题的主要工作内容及论文结构安排 .1第 2 章 系统设计的方案与架构 .1第 2.1 节 系统的功能概述 .1第 2.2 节 系统的设计方案概述与架构 .1第 3 章 系统的硬件设计与实现 .2第 3.1 节 单片机电路的设计 .2第 3.2 节 NRF24L01 的电路设计 .5第 3.3 节 温度传感器模块设计 .7第 3.4 节 显示电路设计 .9第 3.5 节 开关与报警电路的设计 .
2、11第 4 章 系统软件 .12第 4.1 节 主控模块 .12第 4.2 节 NRF24L01 控制模块 .14第 4.3 节 温度采集模块 .17第 4.4 节 液晶显示模块设计 .18第 5 章 系统测试 .19第 5.2 节 测试结果分析 .23结论 .24参考文献 .25致谢 .26附录 .27附录 1：实物照片说明 .27附录 2：部分源程序 .30苏州大学本科生毕业设计（论文）- 1 -基于 NRF24L01 的无线接收与发送系统【摘要】：随着经济的发展，各式各样的数码设备在我们的生活中普及，但是大部分数码设备都是由电缆连接的，因此给我们带来了很多不便。不仅在生活方面，在各种勘察
3、实验中，各种仪器也是由电缆相连的，这也给测量带来了很多麻烦，所以无线通信是成了现阶段一个比较热门的研究方向。并且已经广泛应用于无线鼠标，安防系统，遥控装置，遥感勘测，玩具等各个领域。本文基于单片机设计实现了一款温度探测器。硬件电路包括单片机模块、NRF24L01模块、液晶显示模块、传感器（辅机）模块、（主机）开关与报警模块;软件基于 C 语言实现单片机模块的控制，无线数据传输控制、警报等控制。经系统测试表明，该温度探测器简单易用，价格低廉，适合应用于各个行业，具有推广价值。【关键词】 ：NRF24L01；单片机；无线苏州大学本科生毕业设计（论文）- 2 -Abstract:With econo
4、mic development, a wide range of digital devices in our lives in popularity, but most digital devices are connected by a cable, so give us a lot of inconvenience. Not only in terms of life, in a variety of survey experiments, various instruments are also connected by a cable, which also brought a lo
5、t of trouble to the measurement, the wireless communication is become a more popular research stage direction. And has been widely used in wireless mouse, security systems, remote control, remote sensing surveys in various fields, and toys.Based on single-chip design and implementation of a temperat
6、ure probe. Hardware circuit including SCM module, NRF24L01 modules, LCD modules, sensors (auxiliary) module (host) switch and alarm module; software is based on the C language control microcontroller module, wireless data transmission control, alarm and other controls. After system testing showed th
7、at the temperature probe is easy to use, inexpensive and suitable for various industries, has promotional value. Keywords: NRF24L01; microcontroller; wireless 苏州大学本科生毕业设计（论文）1第 1 章 绪论第 1.1 节 课题研究的背景随着微电子技术和因特网的飞速发展，越来越多的个人数字设备如电脑，手机等开始在我们的生活之中普及。这些设备中大部分都是凭借电缆相连，虽然电缆的普及给我们带来了许多的便利，但是同时电缆也给我们带来了更多的问题
8、。于是寻找方法代替电缆成了科技发掘的必然趋势，许多新技术也应运而生。蓝牙就是一个经典的技术，因其在短距离信号传输的稳定高效的特性而成为一种热门的技术，但是蓝牙芯片的昂贵的价格又导致了它不能真正的普及。NRF24L01 也是一款无线收发芯片，具有跟蓝牙相似的功能，但是它却有一个蓝牙无法企及的特点便宜，使其成为一种代替电缆的热门技术，已经应用于无线鼠标，无线键盘，汽车应用等各个领域。本课题就是研究 NRF24L01 的工作原理以及它的简单应用。第 1.2 节 国内外研究现状1.2.1. NRF24L01 的介绍NRF24L01 是由 NORDIC 出品的工作在 2.4GHz2.5GHz 的 ISM
9、 频段的单片无线收发器芯片。无线收发器包括：频率发生器、增强型“SchockBurst ”模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器和解调器。输出功率频道选择和协议的设置可以通过 SPI 接口进行设置。几乎可以连接到各种单片机芯片，并完成无线数据传送工作。 1.2.2. NRF24L01 的特点极低的电流消耗：当工作在发射模式下发射功率为 0dBm 时电流消耗为 11.3mA ，接收模式时为 12.3mA，掉电模式和待机模式下电流消耗更低。第 1.3 节 本课题的主要工作内容及论文结构安排本文介绍了一款基于 NRF24L01 的温度感应器。主控模块使用了 Atmel 公司的89C52 芯片，结
10、合外围模块液晶 LCD12864、蜂鸣器等电路，用 keil 软件编写 C 语言来编写主控模块程序。通过辅机测量温度并通过无线的方式，将信号传输至主机并显示温度，如若温度过高或者过低，则发出警报。本文的结构安排如下：(1) 介绍无线通信的研究意义以及课题的研究方向；(2) 介绍系统设计的方案与架构；(3) 介绍无线温度测量器的硬件电路的设计；(4) 介绍系统的软件设计；苏州大学本科生毕业设计（论文）2(5) 分析系统的调试以及结果分析；(6) 工作总结。苏州大学本科生毕业设计（论文）1第 2 章 系统设计的方案与架构第 2.1 节 系统的功能概述本系统要设计了一款能够测量温度，并将测量结果显示
11、在 LCD 显示屏上显示出来的基于单片机的温度监测器。系统的功能特点如下：(1) 主机控制辅机工作状态；(2) 主技能接收辅机测量的信号并在 LCD 显示屏上显示；(3) 当辅机传输的温度过高或者过低时发出蜂鸣；(4) 辅机测试温度并且通过无线的方式发送信号。开机后，液晶显示“无接收信号.” ，用户按下开关，按下开关后辅机启动并开始测量周围温度，辅机将测量得到的温度反馈给主机，并在主机的 LCD 显示屏上显示出来。如果温度过高或者过低，蜂鸣器都会发出蜂鸣。在此按下开关，则辅机停止工作。第 2.2 节 系统的设计方案概述与架构本系统 5 个单元组成：主机控制单元、从机控制单元、DS18B20 温
12、度采集单元、LCD12864 液晶显示单元、按钮控制单元、报警单元。总体框图如图 2-1 所示。DS18B20采集温度，通过 1-wire 单总线把数据传送给从机控制单元，从机控制单元控制 NRF24L01模块，将数据发送出去，主机控制单元控制 NRF24L01 模块接受数据，并控制液晶显示数据，当温度大于设定值时，主机模块中的蜂鸣器将报警。单片机 单片机N R F 2 4 L 0 1N R F 2 4 L 0 1电源模块电源模块温度采集模块报警模块按键控制模块液晶显示模块无线传输图 2-1 系统总体框图苏州大学本科生毕业设计（论文）2第 3 章 系统的硬件设计与实现第 3.1 节 单片机电路
13、的设计单片机最小系统电路如图 3-1 所示，由主控器 AT89C52、时钟电路和复位电路三部分组成。单片机 AT89C52 作为核心控制器控制着整个系统的工作，而时钟电路负责产生单片机工作所必需的时钟信号，复位电路使得单片机能够正常、有序、稳定地工作。P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL2 18XTAL1 19GND20P2.0/A8 21P2.1/A9 22P2.
14、2/A10 23P2.3/A11 24P2.4/A12 25P2.5/A13 26P2.6/A14 27P2.7/A15 28PSEN29ALE 30EA 31P0.7/AD7 32P0.6/AD6 33P0.5/AD5 34P0.4/AD4 35P0.3/AD3 36P0.2/AD2 37P0.1/AD1 38P0.0/AD0 39VCC40U1STC89C52Y111.0592MHzC2 30pC3 30p+5P00R210K+5 WRERSCECSNSCKMISOMOSIIRQBUZZLED1LED2Key1Key2Key3Key4+5S1R11KC110UF123456789J110K
15、VCCP01P02P03P04P05P06P07图 3-1 单片机最小系统3.1.1. 主控器 AT89C52 的介绍本系统采用 AT89C52 作为主控制器，AT89C52 是没过 ATMEL 公司生产的低电压，高性能 CMOS8 位单片机，片内含 8K byte 的可反复擦鞋的只读程序存储器（PEROM）和 256byte 的随机存取数据存储器（RAM） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准 MCS-51 指令系统及 8052 产品引脚兼容，片内置通用 8 位中央处理器（CPU）和 Flash 存储单元，功能强大， AT89C52 单片机适合于许多较为复杂控制
16、应用场合。AT89C52 的主要性能参数如下：(1) 与 MCS-51 产品指令和引脚完全兼容；(2) 8K 字节可重擦写 Flash 闪速存储器；(3) 1000 次擦写周期；苏州大学本科生毕业设计（论文）3(4) 全静态操作：0HZ24MHZ；(5) 三级加密程序存储器；(6) 256*8 字节内部 RAM；(7) 32 个可编程 I/O 口线；(8) 3 个 16 为定时/计数器；(9) 8 个中断源；(10) 可编程串行 UART 通道；(11) 低功耗空闲和掉电模式。AT89C52 的引脚图如图 3-2 所示。图 3-2 AT89C52 引脚图苏州大学本科生毕业设计（论文）4AT89
17、C52 各引脚介绍:引脚编号 引脚名称 功能说明1-8 P1 口 P1 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 IO 口，P1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“l”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）9 RST 复位输入，当振荡器工作时，RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。10-17 P3 口 P3 口是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 IO 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对 P3 口写入“
18、l”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻输出电流（IIL）。18、19 A0 晶振输入20 GND 电源地21-28 P2 口 P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 IO 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口 P2 写“l”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）29 PSEN 外部程序存储器的选通信号30 ALE 外部输出时钟31 EA 当 EA 保持低电平时，访问外部 ROM32-39 P0 口
19、 普通 I/0 口40 VCC 电源正 5V3.1.2. 晶振电路AT89C52 单片机芯片内部设有一个由反向放大器所构成的振荡器。引脚 XTAL1 和XTAL2 分别是此放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器。外接晶体谐振器以及电容 C1 和 C2 构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响震荡器频率的高低、震荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。此系统电路的晶体振荡器的值为 12MHz。反相放大器和内部时钟发生电路的输入端，18 脚(XTAL2)为振荡器反相放大器的输出端。在 XTAL1
20、 和 XTAL2 引脚上外接定时元器件，内部振荡电路就会产生自激振荡。本系统采用的定时元器件为石英晶体（晶振）和电容组成的并联谐振回路。晶振频率为12MHz，电容大小为 1530pF，电容的大小可以起到频率微调的作用，时钟电路如图 3-3所示。苏州大学本科生毕业设计（论文）530pFC12YMGNDXT图 3-3 晶振电路3.1.3. 复位电路复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。单片机的复位是由外部的复位电路来实现的。片内复位电路是复位引脚
21、RST 通过一个斯密特触发器与复位电路相连。单片机的复位操作使单片机进入初始化状态，其中包括使程序计数器 PC0000H，这表明程序从 0000H 地址单元开始执行。单片机冷启动后，片内 RAM 为随机值，运行中的复位操作不改变片内 RAM 区中的内容，21 个特殊功能寄存器复位后的状态为确定值。 值得指出的是，记住一些特殊功能寄存器复位后的主要状态，对于了解单片机的初态，减少应用程序中的初始化部分是十分必要的。复位电路图如图 3-4 所示。R 21 0 K+ 5S 1R 11 KC 11 0 U F图 3-4 复位电路第 3.2 节 NRF24L01 的电路设计NRF24L01 是由 NORDIC 出品的工作在 2.4GHz2.5GHz 的 ISM 频段的单片无线收发器芯片。无线收发器包括：频率发生器、增强型“SchockBurst ”模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器和解调器。输出功率频道选择和协议的设置可以通过 SPI 接口进行设置。几乎可以连接到各种单片机芯片，并完成无线数据传送工作。
