-无线通信模块设计与实现

1、KC017-2 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 2013.3.12013.6.232013 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1 ，而使得无线多媒体传感网络系统是在科技应用中，成为备受关注的、知识高度集成

2、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 媒体传感网络的发展和应用。等原因，技术应用出现较大瓶颈。这些因素制约无线多nRF24L01是 Nodic 公司新推出的工作于 2.4GHz频段的射频芯片：最大 0dBm的发射功率，低工作电压，高速

3、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nRF24L01 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之间是如何以 功能，设计出接口控制电路；SP

4、I 方式进行通信的，根据这两个芯片的管脚掌握 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 PCB图理解 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，了解多媒体无线传感网络的兴起及发展、性能、关键技术、结构

5、。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、图。PCB版图和天线进行设计，画出设计硬件电路的原理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

6、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电源天线SPI 接口无线收发芯片匹配网络时钟电路图 1 无线通信模块设计结构框图复位电路 电源模块单片机时钟电路SPI接口图 2 单片机外围结构设计框图I/O 口模式控

7、制PC串单片I/O 口SPI接口nRF24L01口无线收机系发模块统状态输I/O 口出图 3 无线节点模块的硬件框图ATmega16 单片机与 nRF24L01 以 SPI 方式进行通信，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 nRF24L01模块发送出去，在接收端，可以在 发送数据一致。实现

8、点对多点的无线数据通信。使用PC机上通过串口调试助手观察接收的数据是否和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 总述报告。510篇，阅读并进行归纳、总结，写出文献第 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

9、 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 12 14周：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 15 17周：整理资料，撰写毕业设计论文第 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(7) ：4548

10、【3】Semiconductor N . nRF2401 ：2. 4 ghz rftransceiver with embedded 8051 comp-atible microcontroller and 9 input10 bit adc，2008 ，(8)：162164 【4】AkyildizIF，Weillian Su ，Sankarasubramanliam Y ， etal. ASurvey on SensorNetworks Communications Magazine. IEEE ，2000， 40(8)： 102114 【5】李晓东，卫建华. nRF24xx 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