關鍵字：nRF24L01 無線溫度采集
1 引言
溫度采集系統(tǒng)所采集的溫度通常通過RS485,、CAN總線通信方式傳輸至上位機，但這種方式維護較困難,，不利于工業(yè)現場生產,；而無線通信GPRS技術傳輸距離長，通信可靠穩(wěn)定,，但設計復雜,、成本昂貴。這里采用工業(yè)級內置硬件鏈路層協(xié)議的低成本單芯片nRF24L01型無線收發(fā)器件實現系統(tǒng)間的無線通信,，完成無線信號的接收,、顯示及報警功能。
2 nRF24L01簡介
nRF24L01是一款工業(yè)級內置硬件鏈路層協(xié)議的低成本無線收發(fā)器,。該器件工作于2．4 GHz全球開放ISM頻段,，內置頻率合成器、功率放大器,、晶體振蕩器,、調制器等功能模塊，并融合增強型ShockBurst技術,，其輸出功率和通信頻道可通過程序配置,。擁有ShockBurst和Enhanced ShockBurst兩種數據傳輸模式?？芍苯优c單片機I／O連接,，外接元件數目少。nRF24L01功耗低,，以-6 dBm的功率發(fā)射時,，工作電流僅9 mA；接收時,，工作電流僅12．3 mA,，多種低功率工作模式(掉電和空閑模式)更利于節(jié)能設計。
3 系統(tǒng)硬件設計
系統(tǒng)硬件設計主要由采集發(fā)送和接收顯示兩部分組成,。圖1為采集發(fā)送電路原理圖,，該電路主要由溫度傳感器DS18B20、單片機STC12LE5408和nRF24L01組成。
STC12LE5408是增強型8051單片機,，速度快,，集成度高，電壓范圍寬(2．2～3．8 V),，和MCS-51系列單片機指令系統(tǒng)完全兼容,。其內部還有8 KB Flash程序存儲器，512字節(jié)RAM,、2 KB EEPROM,、4路PWM以及硬件看門狗(WDT)等資源．性價比高。
DSl8B20是DALLAS公司生產的單總線數字1-Wire溫度傳感器,，可把溫度信號直接轉換成串行數字信號供單片機處理,，采用1-Wire接口。DSl8B20的數據端DQ可通過4．7 kΩ的上拉電阻接STC12LE5408,。nRF24L01的CE,，CSN，SCK,，MOSI，MISO,，IRQ引腳則可接STC12LE5408的任意端口,，但需在編程時注意，這里接至P1端口,。由于nRF24L01具有接收數據功能,，所以接收顯示電路由單片機STC12LE5408、nRF24L01和顯示電路組成,。所采集的數據也通過串口發(fā)送至PC機進行處理,。
4 系統(tǒng)軟件設計
4．1 nRF24L01的軟件設置
由于STC12LE5408無標準的SPI總線接口，需采用軟件模擬實現SPI總線,。因此應嚴格按照SPI的時序要求編寫,，否則導致對nRF24L01的操作失敗。nRF24L01的各種命令字都只有一個字節(jié),，分為讀寄存器,、寫寄存器、讀數據接收緩沖區(qū),、寫發(fā)送數據緩沖區(qū)等,。在輸入任意命令字的同時，MISO輸出STATUS寄存器的內容,。對RF24L01的讀寫程序代碼如下：
nRF24L01的ShockBurst和Enhanced ShockBurst兩種數據模式的區(qū)別是：后者比前者多一個確認數據傳輸的信號,，保證數據傳輸的可靠性。按Enhanced ShockBurst模式初始化，重新發(fā)送等待時間為250μs,，重新發(fā)送次數為10次,，地址是RX_ADR_WIDTH，輸出功率為0 dBm,，速度為1 Mb／s,。nRF24L01處于POWER_UP狀態(tài)。函數中WRITE_REG為寫命令基地址0x20,。其相關程序如下：
在接收端將nRF24L01配置為接收模式,，地址是RX_AW，負載數據寬度是TX_PL_W,，使能接收完數據中斷,，CRC校驗位為2字節(jié)，nRF24L01處于POWER_UP狀態(tài),，其相關程序代碼如下：
4．2 數據采集發(fā)送子程序
數據采集發(fā)送部分上電后首先配置nRF24L01的相關寄存器．使其工作在發(fā)射狀態(tài),，然后復位DSl8B20，向DSl8B20發(fā)送溫度轉換命令,，讀取已轉換的溫度值,，然后由nRF24L01發(fā)送．其流程如圖2所示。
關鍵字：nRF24L01 無線溫度采集
這里需注意DS18B20是單總線器件．其硬件接口比較簡單,，這是以相對復雜的軟件編程為代價的,。DS18B20與單片機的接口協(xié)議也是通過嚴格的時序來實現的。雖然增加軟件開銷,，但由于STC12LE5408運行速度快,，可以滿足系統(tǒng)要求。另外,，對DS18B20操作的程序必須按照初始化,，ROM操作命令，存儲器操作命令,，執(zhí)行／數據的先后順序進行,。如果總線上只掛1個DS18B20，初始化后可執(zhí)行跳過ROM命令,，再發(fā)送溫度轉換命令,。溫度轉換完成后，將溫度值暫存在發(fā)送緩沖區(qū)tx_buf中,，然后通過nRF24L01發(fā)送,，其相關程序代碼如下：
4．3 數據接收顯示子程序
nRF24L01在數據接收顯示中為接收狀態(tài)。當nRF24L01模塊配置為接收模式后,，當接收到數據中斷時,，從接收FIFO讀取數據。然后將其存儲到接收緩沖區(qū)rX_bur中。其相關程序代碼如下：
5 結束語
本文介紹了nRF24L01和STC12LE5408組成的無線溫度采集系統(tǒng),。采用高度集成的nRF24L01器件,。大大簡化了系統(tǒng)硬件和軟件設計，減小了體積,，提高了系統(tǒng)工作的可靠性,。采用新一代增強型8051單片機STC12LE5408降低了系統(tǒng)成本，縮短了開發(fā)時間,。實踐證明該系統(tǒng)設計簡單,，成本低廉，通信可靠,，運行穩(wěn)定,，性能可靠，具有較高的實用價值,。