-nRFL无线通信模块设计与实现

1、KC017-2 4丹字俛/ 2013 届毕业设计开题报告 题目基于 nRF24L01 无线通信模块设计与实现 专业通信工程 姓名许斌 班级 09 通信 Y1 指导教师 肖贤建 起止日期 2013.3.12013.6.23 2013 年 3 月 15 日毕业设计开题报告 (含课题的来源及现状、设计要求、工作内容、设计方案、技术路线、预期 目标、时间安排及参考文献等内容。) 一课题来源及现状 近年来，由于传感技术、嵌入式计算、现代网络、无线数据传输及分布式信息处理等 技术，能够将监测对象的数据通过无线方式发送，并以自组多跳的网络方式传送到用户终端 ，而使得无线多媒体传感网络系统是在科技应用中，成为

2、备受关注的、知识高度集成的前 沿热点研究领域。常见的无线通信技术包括 WiFi(IEEE 802 .11b) 、Bluetooth(IEEE 802. 15.1) 和ZigBee(IEEE 802.15.4)。它们工作于国际ISM (工业、科学和医学 )频段2.4002.4835GHz。 但由于应用这些无线通信技术的无线芯片 (CC2420、CC2430 BK2411等)存在传输速率低、 传 输距离短、抗干扰能力差及协议复杂 等原因，技术应用出现较大瓶颈。这些因素制约无线多 媒体传感网络的发展和应用。 nRF24L01是Nodic公司新推出的工作于 2.4GHz频段的射频芯片：最大 0dBmt

3、勺发射功率， 低工作电压，高速率传输；可进行高速信号处理；其 SPI接口与单片机进行通信，内部有 FIFO 可以与各种高低速微处理器接口，便于使用低成本单片机；由于链路层完全集成在模块上， 非常便于开发。 本课题采用性价比较高的射频芯片 n RF24L01为核心搭建无线通信硬件平台。该平台采用 ATmega16L作为微控制器，控制无线发送和接收；通过 RS-232串行口与用户端 PC机相连， 实现无线数据通信。 二设计要求 掌握nRF24L01性能、工作原理和引脚功能，熟知其在无线通信中的典型应用，设计 出其与天线之间的单端匹配网络及其时钟电路部分； 理解nRF24L01和ATmega16之间

4、是如何以SPI方式进行通信的，根据这两个芯片的管脚 功能，设计出接口控制电路； 掌握ATmega16的性能特征、工作原理和引脚功能，设计出复位电路、时钟电路； 根据nRF24L01和ATmega16工作电压不同，设计出电压转换模块电路； 画出硬件电路的原理图和 PCBB 理解nRF24L01的工作模式，画出呈现流 程图，编写出无线数据收发程序； 基于已有的收发程序，编写出实现点对点及点对多点的无线通信代码； 对无线通信协议进行设计，确定数据包的格式； 能搭建好硬件系统，下载软件，进行功能性测试，对无线模块功能进行测试和调 试，验证其有效性； 三工作内容 知道课题研究的背景、目的及意义，了解多媒

5、体无线传感网络的兴起及发展、性能、 关键技术、结构。 针对实际应用的要求，对无线通信模块的结构进行设计。根据设计方案，对无线通信 模块所需的芯片进行仔细比较和分析，选定性能优越的芯片。 理解无线通信模块中所采用芯片的结构、性能、工作原理等，然后分别对无线模块和 单片机模块的各个硬件接口电路、 PCB版图和天线进行设计，画出设计硬件电路的原理 图。 制作实际的通信模块，对设计好的硬件电路部分进行测试调试，验证是否达到预期功 能 完成了无线通信模块的软件部分的设计。首先画出程序的流程图，依据设计的硬件电 路和设定的通信协议然后编写代码。主要是数据的收发程序以及在此基础上的点对点 和点对多点的无线数

6、据通信的程序。 进行实验测试、调试分析并及时解决出现的问题。首先对设计的各个硬件模块电路进 行性能测试，若符合预期的设计功能，将所有模块连接起来进行系统联调测试。结合 串口调试工具，模拟数据收发，记录所传送和接收到的数据，验证系统能否实现点对 点以及点对多点的无线数据通信。然后对实验过程中存在的问题进行思考研究并给出 了解决的方法。 总结了本课题设计中的主要研究成果和主要思想，并指出了设计实现过程中存在的不 足和吸取的经验教训。最后对本模块的功能进行了展望，提出了努力和改进的方向。 四设计方案及技术路线 图2单片机外围结构设计框图 图3无线节点模块的硬件框图 nRF24L01以SPI方式进行通

7、信，它们连接的端口，可以分作三组, 即：模式控制端口、 SPI端口、状态输出端口。单片机通过 RS232串口与PC相连接。要发送 的数据，通过PC输入到微控制器；微控制器收到的数据也要传输到 PC上。 五预期目标 实现点对点的无线数据通信。利用软件测试方法为：利用串口调试工具来显示接收 到的数据或者模拟无线收发芯片发送数据。串口调试工具发送的数据通过 n RF24L01 模块发送出去，在接收端，可以在 PC机上通过串口调试助手观察接收的数据是否和 发送数据一致。 实现点对多点的无线数据通信。使用 3个无线通信模块实现相互通信，且每个无线数 据通信模块都通过 RS-232跟PC相连接。主发送模块

8、在不同的时间段内发送数据，在 从机节点上，可以通过串口调试工具，查看接收到的数据，验证了接收到的数据与发 送的数据是一致的，从而实现了点到多点无线数据通信。 六时间安排 第1周：下达毕业设计任务，落实课题，明确工作内容，部署毕业设计各项工作。 第2周：查阅与课题相关或针对性强的文献 510篇，阅读并进行归纳、总结，写出文献 总述报告。 第3周：根据任务，查阅与课题相关的外文专题论文或外文专著，阅读并译成中文，完成 外文翻译报告。 第4周：根据任务，查阅相关技术资料，确定课题初步的总体设计思路和方案，写出开题 报告。 第56周：整体结构设计，模块设计 第711周：搭建系统，实现设计 第1214周

9、：整体系统调试、测试、修改、根据个人能力和进度添加新功能。 第1517周：整理资料，撰写毕业设计论文 I/O 口 串 I/O 口 单片 口 机系 统 I/O 口 状态输 出 nRF24L 01 无线收 发模块 ATmega16单片机与 模式控 制 SPI 接口 第18周：制作答辩PPT讲稿，做好毕业答辩各项准备工作。 七参考文献 【1】 晖谭.nRF无线SOC单片机原理与高级应用 M.北京航空航天大学出版社， 2009， 4367 【2】 曾勇，杨涛，冯月晖.基于nRF24L01的超低功耗无线传感器网络节点设计 J.电 子技术应用，2008,34：4548 【3】 Semiconductor

10、N . nRF2401 : 2. 4 ghz ftransceiver with embedded 8051 comp-atibl e microcontroller and 9 input10 bit adc ， 2008， (8): 162164 【4】 AkyildizIF ， Weillian Su ， Sankarasubramanliam Y ， etal. ASurvey on SensorNetwor ks Com mun icatio ns Magazi ne .IEEE， 2000， 40(8): 102114 【5】 李晓东，卫建华.n RF24xx频道避撞及频率捷变技术的实现 J.西安工程科技学院 学报，2007,21 (2) : 226-229 【6】 喻金钱，喻斌.短距离无线通信详解：基于单片机控制 M.北京：北京航空航天大 学出版社，2009，125246 【7】 李文仲，段朝玉.短距离无线数据通信