基于nRF24L01的2.4GHz無線通信系統(tǒng)設計

　　隨著科技的發(fā)展進步，互聯(lián)網(wǎng)技術的高速發(fā)展，人們對無線通信質量的需求不斷提高。老一代無線傳輸技術以無法滿足現(xiàn)今需求。于是新一代無線傳輸孕育而生；2.4G無線傳輸技術就是其中之一。

　　所謂的2.4G無線傳輸技術，其頻段處于2.405GHz-2.485GHz（科學、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)）之間。所以簡稱為2.4G無線技術。這個頻段里是國際規(guī)定的免費頻段，是不需要向國際相關組織繳納任何費用的。這就為2.4G無線技術可發(fā)展性提供了必要的有利條件。而且2.4G無線技術不同于之前的27MHz無線技術，它的工作方式是全雙工模式傳輸，在抗干擾性能上要比27MHz有著絕對的優(yōu)勢。這個優(yōu)勢決定了它的超強抗干擾性以及最大可達10米的傳輸距離。此外2.4G無線技術還擁有理論上2M的數(shù)據(jù)傳輸速率，比藍牙的1M理論傳輸速率提高了一倍。這就為以后的應用層提高了可靠的保障。綜合2.4G、藍牙以及27MHz這三種常用的無線傳輸技術，2.4G有著自己獨到的優(yōu)勢所在。相比藍牙它的產(chǎn)品制造成本更低，提供的數(shù)據(jù)傳輸速率更高。相比同樣免費的27MHz無線技術它的抗干擾性、最大傳輸距離以及功耗都遠遠超出。

　　實現(xiàn)方案及硬件選型

　　系統(tǒng)實現(xiàn)方案

　　系統(tǒng)的目的是在單片機的控制下實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸 ，硬件電路結構如圖 1 所示

　　該系統(tǒng)主要以單片機為控制處理核心 ，由它完成對數(shù)據(jù)的采集處理以及控制數(shù)據(jù)的無線傳輸 ;電源電路提供系統(tǒng)所需各種電壓 ;復位電路提供單片機所需的復位信號 ;晶振電路提供單片機的時鐘信號 ;指示電路用來指示無線傳輸模塊的工作狀態(tài) ;鍵盤電路用來發(fā)送各種類型的指令和數(shù)據(jù) ;顯示電路用來顯示系統(tǒng)接收到的指令和數(shù)據(jù)。

　　硬件選型

　　設計采用低成本、性能好的 NORDIC 公司生產(chǎn)的 nRF24L01 芯片來完成。nRF24L01 是單片射頻收發(fā)芯片 ，工作在全球開放的 2. 4 GHz 頻段 ，有多達125 個頻道可供選擇 ;可通過 SPI 寫入數(shù)據(jù) ，并且有自動應答和自動再發(fā)射功能 ;芯片功耗非常低 ，以- 6 dBm的功率發(fā)射時 ，工作電流只有 9 mA ，接收時工作電流只有 12. 3 mA ;多種低功率工作模式使節(jié)能設計更方便 ，并且市場上有不少以它為核心的模塊 ，便于購買。PTR6000 就是以 nRF24L01 為核心的無線收發(fā)模塊 ，它可以通過軟件設定地址 ，同時設置6 路接收通道地址 ，特別方便點對多點無線通信。其內部全面的寄存器配置 ，能夠更全面地對無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)募毠?jié)進行控制。所以本次的無線數(shù)傳模塊選用了 PTR6000 ，它的硬件接口如圖 2 所示。

　　在待機或掉電模式下 ，單片機通過 SPI 接口配置 PTR6000 的工作參數(shù) ;在發(fā)射/ 接收模式下 ，單片機通過 SPI 接口發(fā)送和接收數(shù)據(jù) ;中斷輸出接口IRQAM可提供如下 3 種中斷輸出 ：發(fā)送完成中斷TX DR、接收完成中斷 RX DR、最大發(fā)送次數(shù)到MAX RT。

　　由于 PTR6000 的工作電壓為 1. 9～3. 6 V ，AVR系列單片機也工作在低電壓 ，并且具有 SPI 接口 ，正好滿足了這一點要求 ;考慮到顯示部分使用串行方式 ，所使用的 I/ O 口不是很多 ，ATmega8L 足以滿足要求 ，為了降低設計成本 ，控制芯片選擇 ATmega8L。