毕业设计之基于NRF24L01的IMU数据无线传输系统设计

1、设 计 题 目目：基于NRF244L01的IIMU数据无无线传输系统统设计 2011年年 1月 18日毕 业 设 计计 开 题 报 告1结合毕业设设计情况，根根据所查阅的的文献资料，撰撰写20000字左右的文文献综述：文 献 综 述述1.1数据无线线传输系统设设计的研究背背景数据是指用来描描述客观事物物的数字、字字母、符号等等等1，随着科技技的进步，人人类社会已经经进入了数字字化信息化的的时代，因而而数据传输的的质量和速度度都提出了更更高的要求。针对目前信息化的的状况，原有有的有线传输输系统虽完成成了数字化与与网络化，但但复杂的布线线、高昂的维维护成本使的的网络节点的的分布范围受受到了很大的的

2、限制，这在在很大程度上上阻碍了数据据传输信息化化的深入与普普及。因此，对对于无线数据据传输的需求求日益迫切。 无线数据传输就就是指利用无无线电波作为为数据传输的的媒介，将本本地计算机或或其他设备的的数据信息调调制到载波频频率上发射，从从而和远程终终端之间实现现通讯的技术术6。它涉及到到计算机技术术、信息技术术、以及网络络技术等多个个学科领域。通通过无线传输输系统，人们们可以获取远远端设备的运运行情况以及及各种参数指指标，通过对对采集到的数数据的分析从而实实现远程管理理、远程控制制等功能。近十几年来，随随着移动通信信技术飞速发发展，越来越越多的信息采采集和远程控控制系统采用用了无线数据据传送技术

3、。与与有线数据传输相比，无线数数据传输布线线成本低、安安装简便、便便于移动的优优点，使其在在遥控遥测、门门禁系统、无无线抄表、小小区传呼、工工业数据采集集、无线遥控控系统、无线线鼠标等领域域都得到了广广泛的应用，而而且它在高科科技领域的应应用也正在迅猛发发展，比如卫卫星、导弹、无无人侦察机等等的数据采集集，遥控机器器人等的控制制，以及一些些监控设备等等。此外，在现代军军事通讯领域域方面，无线线传输技术也也有重要的战战略地位。在在未来高科技技战斗中，由于军军事卫星通讯讯手段在未来来战争中容易易被摧毁且难难以紧急恢复复，所以人们可可以利用无线线短波、超短短波等方式实实现数据是无无线传输，因因而取得

4、战争争中的主动权权8。民用用方面，在一一些线路架设设比较困难的的地方，或者者有天然的阻阻隔的地理条条件较复杂较较恶劣的地方方数据的无线线传输便显示示出了巨大威威力。无线传传输还便于通通讯设备移动动，具有明显显的灵活性。1.2数据无线线传输的发展展现状及前景景进入二十一世纪纪，无线数据据通讯技术在在我国蓬勃发发展，也得到到了信息产业业部以及各行行各业的高度度重视，因为为任何有线数数据传输网络络只能是网状状覆盖，而无无线数据传输输网可达到真真正的面覆盖。目前前主要的短距距离无线数据据传输技术主主要有蓝牙、ZZigbeee、IEEEE802.111x、微功功率短距离无无线通讯技术术10，与已具备备相

5、当规模的的无线长距离离通讯网络（比比如蜂窝移动动通讯网、卫卫星数据通讯讯）相比，短短距离无线通通讯系统在基基本结构、服服务范围、应应用层次以及及通讯业务（数数据、话音）上上，均有很大大不同。下面面分别介绍这这几种无线传传输技术。蓝牙技术（Blluetoooth）主要要面对网络中中的各种数据据和语言设备备，通过无线线方式将它们们连接起来，从从而方便快速速的实现数据据传输，它使使用2.4GGHZ的ISSM频段，最最大传输率11Mbit/s ；IEEEE8022.11x的的技术标准是是无线局域网网的国际标准准，也是用22.4GHZZ的ISM频频段，协议主主要在OSII的物理层和和数据链路层层，虽然传

6、输输速度快，但但此类设备比比较昂贵，技技术复杂；ZZigbeee是一种新型型的短距离、低低速度、低功功耗无线网络络技术，是一一种介于无线线标记技术和和蓝牙之间的的技术，基于于IEEE无无线个人区域域网标准，数数据传输速率率通常为100kb/s到到250kbb/s，有效效覆盖范围110到75米米，由于其协协议简单、成成本低、网络络容量大等优优点，使其在在无线传感网网络中得到广广泛的应用。在未来，短距离离无线数据传传输将向着更更高传输速率率、更高传输输精确度的方向发发展，而且传传输设备的成成本也会进一一步降低，传传输协议也会会进一步简单单，从而是短短距离无线通通讯走入我们们的生活，给给我带来更多多

7、方便。1.3本课题研研究的意义 本次次课题研究的的内容是通过过C80511F020单单片机控制无无线数据传输输芯片NRFF24L011，以此来实实现数据的无无线传输，无无论是在国防防军事方面，还还是民用通讯讯方面都有很很重要的研究究意义。 惯性性测试单元（IIMU）具有有的特点是实实时性，因为为零偏会随着着时间的变化化而变化，必必须随时进行行跟踪 。当当系统装入弹弹体后，必须须通过无线数数据发送模块块将系统实时时的零偏、标标度因数等参参数随时发送送到地面，这这样可以得到到实时的数据据，进行实时时解算，得到到解算的参数数，从而可以以对导弹的飞飞行姿态等各各种参数进行行实时的调整整。所以，本本课题

8、通过单单片机控制，将将IMU采集集到的数据实实现短距离的的无线传输，在在测试领域具具有重要的意意义。 毕 业 设 计 开 题题 报 告2本课题要研研究或解决的的问题和拟采采用的研究手手段（途径）：2.1本课题研研究的问题 学习CC8051FF020单片机机工作原理，用C语言编写单片机程序，控制单片机采集IMU的输出，并将其转换为数字数据，传输给无线射频模发射块（NRF24L01无线传输芯片）。用同样的原理设计无线接收模块，将无线发射的数据接收，并通过串口传送数据给上位机。2.2方案介绍绍2.2.1方案案的整体设计计思路通过单片机(CC8051FF020)将将IMU单元元输出的六路路模拟数据采采

9、集，再利用用单片机内部部的AD转换换部分将模拟拟信号转换成成数字信号，然然后通过SPPI总线将数数据传输给无无线发送芯片片(NRF224L01) ,无线发送送芯片将数据据发送出去。同同样，接收端端单片机(CC8051FF020)通通过SPI总总线控制接收收端芯片，将将无线传输过过来的数据接接收，并将数数据传送给上上位机，从而而实现了对IIMU数据的的采集、转换换、无线传输输、以及存储储。 系统整整体流程图如如图1所示： 图1. 整整体设计流程程图2.2.2 数据采集模模块单片机C80551F0200内部有实现数据转转换所需要的的ADC和DDAC，其中中ADC有两两个，一个是是9通道12位位分辨

10、率的逐逐次逼近寄存存器型ADCC，另一个是是8通道8位位分辨率的逐逐次逼近寄存存器型ADCC，转换方式式、速率等都都可通过程序序设置。从IMU采集到到的6路传感感器数据是模模拟信号，通通过端口Aiin0 Ain7被被采集到单片片机内部，通通过内部的AAD转换电路路将模拟信号号转换成8位位精确度的数数字信号，并并将数据存储储到数据字寄寄存器中，等等待进一步将将其传送到无无线数据发送送芯片内部。 2.2.3数据据传送输模块块单片机C80551F0200有三个串行行口，其中SSMbus是是兼容于I22C串行扩展展总线，还有有SPI串行行扩展接口，以以及两个增强强型UARTT串口，它们们可同时与外外界

11、进行串行行数据的传输输。本次课题题研究采用是是的是SPII串行外设接接口，它是一一个4线（MMOSI、MMISO、SSCK、NSSS）、全双双工串行总线线，支持在同同一总线上将将多个从器件件连接到一个个主器件上，可以通过程序设计工作方式。通过编写程序，将转换完成的数字信号通过SPI串行外设接口传送到无线数据发送芯片NRF24L01中。2.2.4数据据发送模块 无线射射频芯片NRRF24L001工作于22.4GHZZ的ISM频频段，具有高高达2Mbpps的传输速速度，内置CCRC校验和和出错重传机机制，在2MMbps的速速度下，接收收电流仅为112.3mAA ，发送电电流仅为111.3mA ，功

12、耗很低低。发送端单片机CC8051FF020可以以通过编写语言程序对对无线射频芯芯片NRF224L01的的参数进行设设置，将其设设置为发送模模式，然后等等待外部中断断的输入，当当中断输入，则则控制芯片将将数据发射接接收模式，如如果在有效应应答时间内收收到应答信号号，则认为数数据成功发送送到接收端，如如果没收到则则重新发送数数据，若自动动重发计数器器ARC_RRT溢出，则IRQ引引脚产生中断断，通过写状状态寄存器来来复位。若收收到应答信号号，则认为数数据成功发送送到接收端，则则继续发送TTX FIFFO寄存器中中的下一包数数据。2.2.5数据据接收模块接收端单片机CC8051FF020可以以通过

13、输入语言程序对对无线射频芯芯片NRF224L01的的参数就行设设置，设为接接收模式以接接受检验信号号。接收到检检验信号后，NNRF24LL01的自动动应答功能会会发送应答信信号给发送端端已确认收到到信号，接着着NRF244L01通过过IRQ 中中断通知接收收端单片机，单单片机进行数数据接收并将将其传送给上上位机。接收端的单片机机在接收到中中断的同时，要要同发射端芯芯片进行时间间上的协同，以以此来保证发发送和接收的的配合。最后后清除NRFF24L011的状态寄存存器，再次为为下一次数据据的接收做好好准备。2.3 软件设设计模块2.3.1发射射部分程序设设计先编写初始化程程序，设置单单片机的初始始状态，再写写AD转换程程序，将模拟拟信号转换为为数字信号。然然后，编写时时序，从寄存存器中读出数数据，发送