无线温度采集模块设计与实现设计.doc

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1、 目 录引言11 总体方案设计11.1 任务要求11.2 方案论证21.2.1 温度测量传感器的选择方案21.2.2无线传输选择方案21.2.3控制器选择方案21.3 总体方案选择32 硬件电路的设计42.1 温度采集电路42.1.1 DS18B20简介42.1.2 DS18B20 的性能特点和管脚排列42.1.3 DS18B20 的控制方法52.1.4DS18B20的电路设计62.2 无线发射与接收电路72.2.1 nRF24L01简介82.2.2 nRF24L01的特性、管脚排列及内部逻辑结构82.2.3 nRF24L01工作模式102.2.4 nRF24L01配置过程122.2.5 nR

2、F24L01的电路设计132.3 显示电路132.3.1 字符型液晶显示模块132.3.2 字符型液晶显示模块引脚142.3.3 字符型液晶显示模块内部结构142.3.4 LCD1602液晶电路设计142.4 单片机系统接口电路152.4.1 AT89S51最小系统152.4.3单片机与PC 机之间电平转换硬件接口163 系统软件设计173.1 程序设计流程图173.2 DS18B20 温度采集程序的设计173.2.1 DS18B20 初始化程序设计173.2.2 DS18B20 读程序设计183.2.3 DS18B20 的写程序设计193.3 nRF24L01控制程序203.3.1 nRF2

3、4L01 SPI读操作程序设计203.3.2 nRF24L01 SPI写操作程序设计213.4 单片机串口通信设置及程序设计214 系统调试与数据测试244.1 系统调试244.1.1 元件焊接与整板测试244.1.2 系统硬件调试244.1.3 系统软件调试254.2 系统实验254.2.1测试环境及工具254.2.2 测试方法254.2.3测试结果分析265 结论26谢辞28参考文献29附录30摘 要随着信息领域各种技术的发展，在数据采集方面的技术也取得了长足的进步，采集数据的信息化是目前社会的发展主流方向。各种领域都用到了数据采集，在石油勘探、地震数据采集领域已经得到应用。本课题提出一种

4、基于单片机的nRF24L01短距离无线温度采集系统方案。该方案是利用AT89S51单片机为主控制器，采用数字温度传感器DS18B20采集温度数据，控制LCD1602液晶实时显示温度值，用工作于2.4G波段的无线收发芯片nRF24L01做无线传输，并由单片机把温度数据传至计算机进行存储、处理。该系统实现了温度的无线采集以及实时控制，系统结构简单，可靠性高，数据传输速度快，功能易扩展，适于多种应用领域。论文首先简单介绍了温度传感器及无线收发芯片的发展状况，结合系统方案的要求详细论证了实现温度数据采集与无线传输方案的设计思路及系统的总体架构，然后详尽地阐述了系统硬件平台的搭建，完成了各项功能相关的软

5、件设计以及系统的通信协议。关键词：单片机；温度采集；nRF24L01；串口通信AbstractAlong with the development of all kinds of technology of information area, Data collection technology has made good progress. Now data collection informationization Is the current social development mainstream direction. Data collection has been used in

6、 various fields such as Petroleum exploration and Seismic data acquisition fields.This paper puts forward system solutions of nRF2401 Short-range wireless temperature gathering which baseed on microcontroller. The system use AT89S51 to primarily controller, using digital temperature sensor DS18B20 t

7、o data collection and it can display temperature in LCD 1602.The system is completes wireless transmission by wireless transceiver chip that work in 2.4G band,and transmit temperature data to the computer to carry on the storage, processing by microcontroller. The system realizes the temperature wir

8、eless acquisition and real-time control. The structure of the system is simple and it is high reliability, the data transmission speed easy to expand, and suitable for various functional applications. It firstly introduces the temperature sensor and wireless transceiver chip developments in this pap

9、er. Combining with the system scheme requirements, it demonstrates the design ideas and system framework of temperature data acquisition and wireless transmission scheme,and expounded the hardware platform of the system, then accomplish all the software designing and system communication agreement r

10、elated all functions.Key Words: Microcontroller; Temperature gathering; nRF24L01; Serial communication 桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书 第 57 页 共 55 页引言 随着社会的进步和生产的需要，利用无线通信进行温度数据采集的方式已经渗透到社会生活生产的每一个角落，温度测量的准确度在影响生产效益的同时也在逐步得到社会的重视。在工业现场，由于生产环境恶劣，工作人员不能长时间停留在现场观察设备是否运行正常，就需要采集数据并传输数据到一个环境相对好的操控室内，工作人员可以在这里将

11、控制指令传输给现场执行模块进行各种操作。这样就会产生数据传输问题，由于厂房大、需要传输数据多，使用传统的有线数据传输方式就需要铺设很多很长的通讯线，浪费资源，占用空间，可操作性差，出现错误换线困难。而且，当数据采集点处于运动状态、所处的环境不允许或无法铺设电缆时，数据甚至无法传输，此时便需要利用无线传输的方式进行数据采集。在农业生产上，不论是温室大棚的温度监测，还是粮仓的管理，传统上都是采取分区取样的人工方法，工作量大，可靠性差。而且大棚和粮仓占地面积大，检测目标分散，测点较多，传统的方法已经不能满足当前农业发展的需要。当前的科技水平下，无线通信技术的发展使得温度采集测量精确，简便易行。在日常

12、生活中，随着人们生活水平的提高，居住条件也逐渐变得智能化。如今很多家庭都会安装室内温度采集控制系统，其原理就是利用无线通信技术采集室内温度数据，并根据室内温度情况进行遥控通风等操作，自动调节室内温度湿度，可以更好地改善人们的居住环境。以上只是简单列举几个现实的例子，在现实生活中，这种温度采集系统已经被成功应用于工农业、环境监测、军事国防、机器人控制等许多重要领域，而且类似于这种温度采集系统的无线通信网络已经被广泛的应用到民用和军事领域。因此，对于如何利用无线通信技术进行数据采集，尤其是如何提高无线数据采集的精度等课题的研究就变得非常的有意义。1 总体方案设计1.1 任务要求（1）掌握无线传输原

13、理（2）掌握温度传感器的工作原理（3）实现温度显示功能（4）实现与外部设备无线通信（5）设计无线温度采集模块的硬件电路（6）设计MCU与传感器的接口，实现温度采集功能1.2 方案论证1.2.1 温度测量传感器的选择方案方案一：采用热敏电阻，可满足40摄氏度至90摄氏度测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测1摄氏度的信号是不适用的。方案二：采用单片模拟量的温度传感器，比如AD590、LM35等。但这些芯片输出的都是模拟信号，必须经过A/D转换后才能送给计算机，这样就使得测温装置的结构较复杂。另外，这种测温装置的一根线上只能挂一个传感器，不能进行多点测量。即使能实现，也要用到复杂的

14、算法，一定程度上也增加了软件实现的难度。方案三：采用数字温度传感器DS18B20测量温度，输出信号全数字化。便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路，且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线性度较好。在0100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度。DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度传感器DS18B20和微控制器AT89S51构成的温度测量装置，它直接输出温度的数字信号，可直接与计算机连接。这样，测温系统的结构就比较简单，体积也不大，且由于AT89S51可以带多个DSB1820。因此可以非常容易实现多点测量，轻松的组建传感器网络。1.2.

15、2无线传输选择方案 方案一：采用GPRS无线通信。GPRS是一项高速数据处理的技术，它以分组交换技术为基础，用户通过GPRS可以在移动状态下使用各种高速数据业务，包括收发E-mail、Internet浏览等。GPRS与现有的GSM语音系统最根本的区别是：GSM是一种电路交换系统，而GPRS是一种分组交换系统。因此，GPRS特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据传输。无线通信GPRS技术传输距离长，通信可靠稳定，但设计复杂、成本昂贵。 方案二：nRF24L01是一款工业级内置硬件链路层协议的低成本无线收发器。该器件工作于2.4GHz全球开放ISM频段，内置频率合

16、成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，并融合增强型ShockBurst技术，其输出功率和通信频道可通过程序配置。拥有ShockBurst和Enhanced ShockBurst两种数据传输模式。可直接与单片机I/O连接，外接元件数目少。nRF24L01功耗低，以-6dBm的功率发射时，工作电流仅9mA；接收时，工作电流仅12.3mA，多种低功耗工作模式（掉电和空闲模式）更利于节能设计。1.2.3控制器选择方案方案一：采用AT89S51八位单片机实现。单片机软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制。而且体积小，硬件实现简单，安装方便。既可以单独控制多个DS18B2

17、0，还可以与PC机通信。运用主从分布式思想，由一台上位机（PC微型计算机），下位机（单片机）多点温度数据采集，组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统，实现远程控制。另外AT89S51在工业控制上也有着广泛的应用，编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。方案二：使用MSP430作控制器，德州仪器 (TI) 的超低功率16位RISC 混合信号处理器MSP430产品系列为电池供电测量应用提供了最终解决方案。作为混合信号和数字技术的领导者，TI创新生产的MSP430，使系统设计人员能够在保持独一无二的低功率的同时同步连接至模拟信号、传感器和数字组件。但在温度采集和实施控制这个重要的场合低功耗相对来

18、说显得就不是那么重要了，而应该考虑它的稳定性、准确性，同时对比AT89S51能够在性能和资源都可以到达一个最佳的状态，可以避免用MSP430的不必要的资源浪费。方案三：采用ARM处理器，ARM处理器是一个32位元精简指令集(RISC)处理器架构，其广泛地使用在许多嵌入式系统设计。具有体积小、低功耗、高性能；支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容8位/16位器件；大量使用寄存器，指令执行速度更快；大多数数据操作都在寄存器中完成；寻址方式灵活简单，执行效率高等突出优点。但技术要求较高，开发成本不菲。1.3 总体方案选择 通过比较，温度测量采用DS18B20温度传感器，无线

19、传输采用nRF24L01，控制器采用AT89S51单片机。系统框图如图1-1所示。nRF24L01发射模块AT89S51单片机一DS18B20温度传感器nRF24L01接收模块PC 机报警电路LCD1602液晶显示AT8951单片机二LCD1602液晶显示图1-1 系统框图本系统以单片机为核心，组成一个集温度采集、处理、显示、无线传输、存储为一身的温度采集系统。系统硬件电路由温度传感器、单片机、nRF24L01、RS-232 串口通信、计算机、蜂鸣器和LCD1602液晶组成。在单片机一的控制下，DS18B20温度传感器把检测到的温度数据传至单片机一进行判断、显示，并控制nRF24L01无线发射

20、模块把数据发射出去。无线接收模块收到数据后，把数据通过SPI通信传至单片机二，单片机二在对数据进行再判断与显示或者进行报警。最后单片机二再把有效的数据通过RS-232串口传至计算机，计算机对接收到的数据进行采集和存储。单片机主要是对温度传感器DS18B20 进行控制，读取温度传感器的温度值并显示，并把温度值通过串口通信送入计算机。nRF24L01主要对数据进行无线传输。本设计是以Atmel公司的AT89S51八位单片机作为控制核心，单片机软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制；而且支持在线下载，体积小，硬件实现简单，安装方便。2 硬件电路的设计本课题设计的外围电路主要包

21、括：温度采集电路、无线收发电路、显示电路以及串口电路等。下面将对各个模块进行说明。2.1 温度采集电路2.1.1 DS18B20简介DS18B20 是Dallas公司推出的一种数字化单总线器件，属于新一代适配微处理器的改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，它能够直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9-12 位的数字值读数方式。可以分别在93.75ms和750ms 内完成9 位和12 位的数字量，并且从DS18B20 读出的信息或写入DS18B20 的信息仅需要一根线（单线接口）读写。DS18B20“一线总线”数字化温度传感器支持“一线总线”接口，测量温度范围为55125

22、，在10 +85 范围内，精度为0.5。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，用符号扩展的16 位数字量方式串行输出，大大提高了系统的抗干扰性。因此，数字化单总线器件DS18B20 适合于恶劣环境的现场温度测量，如环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。它在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较都有了很大的改进，给用户带来了更方便和更令人满意的效果。可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备中。2.1.2 DS18B20 的性能特点和管脚排列（1）特点性能 独特的单线接口方式，与微处理器连接时仅需要一条数据线即可实现双向通讯； 在使用中不需要任何

23、外围元件，可用数据线供电，供电电压范围+3.0V5.5V； 测温范围55125。固有测温分辨率为0.5； 通过编程可实现912 位的数字读数方式，进行9 位的温度转换仅需93.75ms； 用户可自设定非易失性的报警上下限值； 支持多点组网功能，多个DS18B20 可以并联一根总线上，实现多点测温； 负压特性，即具有电源反接保护电路。当电源电压的极性反接时，能保护DS18B20不会因发热而烧毁，但此时芯片无法正常工作。（2）DS18B20 的管脚排列DS18B20 封装形式和管脚排列如图2-1所示。图2-1 DS18B20 管脚排列I/0 为数据输入输出端（即单线总线），它属于漏极开路输出，外接

24、上拉电阻后，常态下呈高电平。UDD 是可供选用的外部电源端，不用时接地，GND 为地，NC 空脚。2.1.3 DS18B20 的控制方法在硬件上DS18B20 与单片机有两种连接方法：一种是将DS18B20 的UDD 接外部电源，GND 接地，其I/O 与单片机的I/O 相连；另一种是用寄生电源供电，此时DS18B20 的UDD、GND 接地，其I/O 接单片机I/O。无论是内部寄生电源还是外部供电，DS18B20 的I/O口线要接5K左右的上拉电阻。DS18B20 有以下控制命令，见表2-1所示。表2-1 DS18B20控制指令指令代码功能读ROM33H读取DS18B20ROM中的编码（64

25、位地址）符合ROM55H发出命令后，接着发出64位ROM编码，访问单总线上与该编码相同的DS18B20，使之做出反应，为下一步读写作准备。搜索ROMF0H用于确定挂在同一总线上DS18B20的个数，和识别64位ROM地址，微操作各器件做准备。跳过ROMCCH忽略64位ROM地址，直接向DS18B20发送温度转换命令，适用于单片工作。警告命令ECH执行后当温度值超过限度值才做出反应转换命令44H启动DS18B20进行温度转换，转换时间最长为500毫秒，结果存入RAM中。读暂存器BEH读内部RA九字节内容写暂存器4EH发出向内部RAM第3、4字节写上下限温度命令，紧随该命令之后是传送两字节数据。C

26、PU 对DS18B20 的访问流程是：先对DS18B20 初始化，再进行ROM 操作命令，最后才能对存储器操作和对数据操作。DS18B20 每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协议。例如主机控制DS18B20 完成温度转换这一过程，根据DS18B20 的通讯协议，必须经历三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20 进行复位，复位成功后发送一条ROM 指令，最后发送RAM 指令，这样才能对DS18B20 进行预定的操作。2.1.4DS18B20的电路设计本系统DS18B20采用外部供电方式，VCC采用5V供电，电阻R2起上拉作用，数据输出口DQ连接单片机P24口，电路如图2-2所示。图2-2

27、单总线原理图对DS18B20的设计，需要注意以下问题：（1）对硬件结构简单的单线数字温度传感器DS18B20 进行操作，需要用较为复杂的程序完成。编制程序时必须严格按芯片数据手册提供的有关操作顺序进行，读、写时间片程序要严格按要求编写。尤其在使用DS18B20 的高测温分辨力时，对时序及电气特性参数要求更高。（2）有多个测温点时，应考虑系统能实现传感器出错自动指示，进行自动DS18B20 序列号和自动排序，以减少调试和维护工作量。（3）测温电缆线建议采用屏蔽4 芯双绞线，其中一对线接地线与信号线，另一组接VCC和地线，屏蔽层在源端单点接地。DS18B20 在三线制应用时，应将其三线焊接牢固；在

28、两线应用时，应将VCC与GND接在一起，焊接牢固。若VCC脱开未接，传感器只送85的温度值。（4）实际应用时，要注意单线的驱动能力，不能挂接过多的DS18B20，同时还应注意最远接线距离。另外还应根据实际情况选择其接线拓扑结构。2.2 无线发射与接收电路随着我国国际地位和科研水平的不断提高，无需导线连接的无线数据系统对用户有着极大的吸引力。无线数据系统采用了能在局域范围内无线传输信息的数字网络，在不改动原有设施的前提下，将有效的数据信息准确、快速和安全地传送给与会者。因此，无线数据系统设备的设计得到了国内外相关领域厂商的广泛关注。要了解无线数据传输，就得先了解无线传输技术。下面大概介绍一下几种

29、常见的无线传输技术：（1）U段无线传输技术超高频（UHF -Ultra High Frequency）则是指频率为3003000MHz的特高频无线电波，具有稳定性高、写距离远、讯速率较高的特点，但U段技术由于频段多、使用范围广，容易串频和被听，保密性较差。（2）红外线技术红外通讯技术的特点： 它是目前在世界范围内被广泛使用的一种无线连接技术，被众多的硬件和软件平台所支持； 通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线的数据收发； 主要是用来取代点对点的线缆连接； 具有不能穿透障碍物的特性，有效保障了会议信息的安全与保密； 安装方便快捷，成本低。当然我们还是需要注意一下红外线技术的一些局限性

30、。在进行系统安装时，设备距离红外信号收发器的距离通常比较短，大都在10米内，且应远离其它红外光源（如日光灯、等离子屏），以避免干扰。（3）WAP技术 WAP是Wireless Application Protocol（即无线应用协议）的缩写。无线应用协议也称为无线应用程序协议。目前应用广泛是在数字移动电话、Internet及其他个人数字助理机PDA、计算机应用之间进行通信的开放性全球标准。在工作方面，对于日理万机、经常与时间竞赛的商务人士，WAP更能为用户提供市场上最新的第一手信息，完全配合用户的业务和工作需要。在生活方面，无论用户身在何处，都可以通过WAP上网，进行各项线上银行服务；在娱乐方

31、面，WAP也为用户提供了崭新的消费模式，无论您走到那里，都可以随心所欲地与朋友甚至其他WAP用户一起上网、玩游戏，一起分享WAP的乐趣。BOSCH的DCN无线讨论系统采用的就是该无线技术。 通过倍受赞誉的无线介入点能够为方圆40米（164英尺）左右的空间提供稳固如一的强大连接。WAP既可部署在会议室中心以获得最佳的覆盖率，也可以移动到会议室中最适合的位置。尽管WAP有其强大的优势，但是也必须指出WAP在技术角度上的局限性，主要存在于三个方面： WAP设备和WAP承载网络； WAP设备受CPU、随机访问存储器（RAM）、只读存储器（ROM）和处理速度的限制； WAP承载网络是低功率的网络，一般在

32、办公环境中的带宽多为11M。WAP承载网络的固有特性是可靠性、稳定性不高。（4）2.4G频射技术 2.4G无线技术，其频段处于2.405GHz-2.485GHz之间。所以简称为2.4G无线技术。这个频段里是国际规定的免费频段，是不需要向国际相关组织缴纳任何费用的。这就为2.4G无线技术可发展性提供了必要的有利条件。而且2.4G无线技术不同于之前27MHz无线技术，它的工作方式是全双工模式传输，在抗干扰性能上要比27MHz有着绝对的优势。这个优势决定了它的超强抗干扰性以及最大可达10米的传输距离。此外2.4G无线技术还拥有理论上2M的数据传输速率，比蓝牙的1M理论传输速率提高了一倍。这就为以后的

33、应用层提高了可靠的保障。2.4G有着自己独到的优势所在。相比蓝牙它的产品制造成本更低，提供的数据传输速率更高。相比同样免费的27MHz无线技术它的抗干扰性、最大传输距离以及功耗都远远超出。2.2.1 nRF24L01简介nRF24L01是一款新型单片射频收发器件，工作于2.4 GHz2.5 GHz ISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低，在以-6 dBm的功率发射时，工作电流也只有9 mA；接收时，工作电流只有12.3 mA，多种低功率工作模式（掉电模式和空闲

34、模式）使节能设计更方便。2.2.2 nRF24L01的特性、管脚排列及内部逻辑结构（1）nRF24L01主要特性如下： GFSK调制，硬件集成OSI链路层； 具有自动应答和自动再发射功能； 片内自动生成报头和CRC校验码； 数据传输率为l Mb/s或2Mb/s； SPI速率为0 Mb/s10 Mb/s； 125个频道，与其他nRF24系列射频器件相兼容； QFN20引脚4 mm4 mm封装，供电电压为1.9 V3.6 V。（2）管脚分布见图2-3所示。图2-3 nRF24L01管脚分布各管脚的定义如表2-2所示（引脚名称、引脚功能、描述）：表2-2 nRF24L01 引脚功能引脚名称引脚功能描

35、述1CE数字输入RX或TX模式选择2CSN数字输入SPI片选信号3SCK数字输入SPI时钟4MOSI数字输入从SPI数据输入脚5MISO数字输出从SPI数据输出脚6IRQ数字输出可屏蔽中断脚7VDD电源电源（+3V）8VSS电源接地（0V）9XC2模拟输出晶体震荡器2 脚10XC1模拟输入晶体震荡器1 脚/外部时钟输入脚11VDD_PA电源输出给RF的功率放大器提供的+1.8V电源12ANT1天线天线接口113ANT2天线天线接口214VSS电源接地（0V）15VDD电源电源（+3V）16IREF模拟输入参考电流17VSS电源接地（0V）18VDD电源电源（+3V）19DVDD电源输出去耦电路

36、电源正极端20VSS电源接地（0V）（3） nRF24L01内部逻辑结构见图2-4所示。图2-4 nRF24L01内部逻辑结构2.2.3 nRF24L01工作模式nRF24L01有收发模式、空闲模式和关机模式工作模式，工作模式由PWR_UP register 、PRIM_RX register和CE决定，见表2-3所示。表2-3 nRF24L01工作模式模式PWR_UPPRIM_RXCEFIFO接收111发射101数据已在发射堆栈里发射1010当CE有下降沿跳变时，数据已经发射空闲2101发射堆栈空空闲10此时没有数据发射掉电0（1）收发模式收发模式有Enhanced ShockBurstTM

37、收发模式、ShockBurstTM收发模式和直接收发模式三种。 Enhanced ShockBurstTM收发模式，在Enhanced ShockBurstTM收发模式下，使用片内的先入先出堆栈区，数据低速从微控制器送入，但高速(1Mbps)发射，这样可以尽量节能。因此，使用低速的微控制器也能得到很高的射频数据发射速率。与射频协议相关的所有高速信号处理都在片内进行，这种做法有三大好处：尽量节能；低的系统费用(低速微处理器也能进行高速射频发射)；数据在空中停留时间短，抗干扰性高。Enhanced ShockBurstTM技术同时也减小了整个系统的平均工作电流。在Enhanced ShockBur

38、stTM收发模式下，nRF24L01自动处理字头和CRC校验码。Enhanced ShockBurstTM发射流程：A. 把接收机的地址和要发送的数据按时序送入nRF24L01；B. 配置CONFIG寄存器，使之进入发送模式；C. 微控制器把CE置高，激发nRF24L01进行Enhanced ShockBurstTM发射； D. nRF24L01的Enhanced ShockBurstTM发射(a) 给射频前端供电；(b)射频数据打包(加字头、CRC校验码)；(c) 高速发射数据包；(d)发射完成，nRF24L01进入空闲状态。Enhanced ShockBurstTM接收流程：A. 配置本机

39、地址和要接收的数据包大小；B. 配置CONFIG寄存器，使之进入接收模式，把CE置高；C. 130us后，nRF24L01进入监视状态，等待数据包的到来； D. 当接收到正确的数据包(正确的地址和CRC校验码)，nRF2401自动把字头、地址和CRC校验位移去；E. nRF24L01通过把STATUS寄存器的RX_DR置位(STATUS一般引起微控制器中断)通知微控制器；F. 微控制器把数据从NewMsg_RF2401 读出；G. 所有数据读取完毕后，可以清除STATUS寄存器。 ShockBurstTM收发模式，nRF24L01自动处理字头和CRC校验码。在接收数据时，自动把字头和CRC校验

40、码移去。在发送数据时，自动加上字头和CRC校验码，当发送过程完成后，数据准备好引脚通知微处理器数据发射完毕。ShockBurstTM发射流程：A. 当微控制器有数据要发送时，其把CE置高，使nRF24L01工作；B. 把接收机的地址和要发送的数据按时序送入nRF24L01；C. 微控制器把CE置低，激发nRF24L01进行ShockBurstTM发射；D. 给射频前端供电；射频数据打包(加字头、CRC校验码)，高速发射数据包，发射完成，nRF24L01进入空闲状态。ShockBurstTM接收流程：A. 配置本机地址和要接收的数据包大小；B. 进入接收状态，把CE置高；C. 200us后，nR

41、F24L01进入监视状态，等待数据包的到来；D. 当接收到正确的数据包(正确的地址和CRC校验码)，nRF24L01自动把字头、地址和CRC校验位移去；E. nRF24L01通过把DR1(这个引脚一般引起微控制器中断)置高通知微控制器；F. 微控制器把数据从nRF24L01移出；G. 所有数据移完，nRF24L01把DR1置低，此时如果CE为高，则等待下一个数据包，如果CE为低，开始其它工作流程。 直接发送模式：A. 当微控制器有数据要发送时，把CE置高；B. nRF2401射频前端被激活；C. 所有的射频协议必须在微控制器程序中进行处理 (包括字头、地址和CRC校验码) 。直接接收模式：A.

42、 一旦nRF24L01被配置为直接接收模式，DATA引脚将根据天线接收到的信号开始高低变化(由于噪声的存在)；B. CLK1引脚也开始工作；C. 一旦接收到有效的字头，CLK1引脚和DATA引脚将协调工作，把射频数据包以其被发射时的数据从DATA引脚送给微控制器；D. 这头必须是8位；E. DR引脚没用上，所有的地址和CRC校验必须在微控制器内部进行。（2）空闲模式nRF24L01的空闲模式是为了减小平均工作电流而设计，其最大的优点是实现节能的同时缩短芯片的起动时间。在空闲模式下，部分片内晶振仍在工作，此时的工作电流跟外部晶振的频率有关。（3）关机模式在关机模式下，为了得到最小的工作电流，一般

43、此时的工作电流为900nA左右。关机模式下，配置字的内容也会被保持在nRF24L01片内，这是该模式与断电状态最大的区别。2.2.4 nRF24L01配置过程nRF2401的所有配置工作都是通过SPI完成，共有30字节的配置字。我们推荐nRF24L01工作于Enhanced ShockBurstTM 收发模式。这种工作模式下，系统的程序编写会更加简单，并且稳定性也会更高。因此下文着重介绍把nRF24L01配置为Enhanced ShockBurstTM收发模式的器件配置方法。ShockBurstTM的配置字使nRF24L01能够处理射频协议，配置完成后，在nRF24L01工作的过程中，只需改变

44、其最低一个字节中的内容，以实现接收模式和发送模式之间切换。ShockBurstTM的配置字可以分为以下四个部分：数据宽度：声明射频数据包中数据占用的位数，这使得nRF24L01能够区分接收数据包中的数据和CRC校验码；地址宽度：声明射频数据包中地址占用的位数，这使得nRF24L01能够区分地址和数据；地址：接收数据的地址，有通道0到通道5的地址；CRC：使nRF24L01能够生成CRC校验码和解码。当使用nRF24L01片内的CRC技术时，要确保在配置字(CONFIG的EN_CRC)中CRC校验被使能，并且发送和接收使用相同的协议。2.2.5 nRF24L01的电路设计 本系统nRF24L01

45、采用AS1117（3.3V）提供3.3V稳压电源，从SPI 数据输出脚（MISO）连接单片机P11，SPI 时钟（SCK）连接P12，RX 或TX 模式选择（CE）连接P13，从SPI 数据输入脚（MISI）连接P14 ，SPI 片选信号（CSN）连接P32，可屏蔽中断脚（IRQ）连接P33，电路如图2-5所示。图2-5 nRF24L01接口电路2.3 显示电路2.3.1 字符型液晶显示模块图2-6 液晶面板 字符型液晶显示模块是一类专门用于显示字母，数字，符号等的点阵式液晶显示模块。在显示器件上的电极图型设计，它是由若干个5*7或5*11等点阵符位组成。每一个点阵字符位都可以显示一个字符。2.3.2 字符型液晶显示模块引脚VSS为地电源，VDD接5V正电源，VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。E端为使能端，当E端由高电平