单片机的低功耗无线射频技术研究(附件)【字数：11090】
摘 要摘 要随着无线数据传输技术日益朝着低功耗、高速率的方向发展，它现在已经被应用到许多新的领域。同时又为了满足人们对于能源消耗速度的需求，低功耗技术的发展就显得格外重要了。但因为射频技术领域并没有非常成熟，所以发展的过程中还存在一些局限性。本文介绍的是基于单片机的低功耗无线射频技术研究，并根据无线射频技术和单片机原理完成一套无线收发系统的设计。射频是无绳电话，雷达，GPS，广播和电视节目等无线通信技术使用的一种通信模式。设计该系统时，考虑到低功耗、稳定性和难易程度最后选择了STC89C52RC单片机和nRF24L01低功耗无线射频芯片。该系统一共分为两部分，第一部分将nRF24L01射频芯片置为发送状态，通过STC89C52RC自带的独立按键控制数据的发送。第二部分将nRF24L01置为接收状态，等到接收到发送端发来的数据之后在电子屏上显示。最后通过测试证实，该系统能够正确地通过无线射频芯片传输数据，有很强的抗干扰能力，符合设计的需求。关键词单片机；无线；射频；低功耗
目录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.2 无线通信系统的现状和分析 2
1.3 几种主流的短距离无线通信技术 3
1.3.1 蓝牙(BLUETOOTH)技术 3
1.3.2 紫蜂(ZIGBEE)技术 4
1.3.3 射频识别(RFID)技术 4
1.4 无线射频技术国内外研究现状 4
1.5 本文内容与结构 6
第二章 硬件设计 7
2.1 硬件的选择 7
2.2 单片机控制部分 8
2.2.1 单片机STC89C52RC的介绍 8
2.3无线射频部分 10
2.3.1无线射频收发芯片NRF24L01的简介 10
2.3.2无线射频收发芯片NRF24L01的引脚和工作原理 11
2.4 SPI通信 13
2.5稳压电路部分 13
2.6电子显示部分 14
第三章 软件设计 16
3.1主程序流程图 16
3.2 NRF24L01初始化 17 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
3.3 收发子程序流程图 17
3.3.1 发送部分 18
3.3.2 接收部分 20
3.4 液晶显示屏显示程序 22
3.5软件开发环境 23
第四章 测试结果及分析 24
4.1 实现过程 24
4.2 硬件电路测试 24
4.3 系统测试 26
4.3.1 测试方法 26
4.3.2 功能测试及分析 27
4.3.3 最小功耗的计算 27
结 论 28
致 谢 29
参考文献 30
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
随着短距离、低功耗无线数据传输技术的发展，无线数据传输也成为了发展的主流部分。与有线通信相比，无线通信不需要连接线缆，简单方便，所以无线通信在现代通信领域占据着主导地位。
在我们日常的生活领域，我们经常需要一个系统来传输数据以进行信息的传递，同时对距离因素也没有非常高的限制，通常100到200米就能满足需求。这样的数据传输通信系统我们称它为短距离传输通信。在短距离通信中，通过熟练地使用有线通信技术将其应用与我们的日常生活中，给我们带来了巨大的便利。但是有线网络有很多限制因素，例如有线网络的使用需要铺设复杂的明线，线缆很快就会产生老化。相比有线网络，无线网络就没有这些致命的缺点，而且也能完成有线网络的功能。由于电子技术、通信技术的飞速发展，无线通信技术已愈加步入成熟阶段，几乎已经在我们的掌握之中。无线通信技术的最大目标就是要覆盖全世界，实现真正意义上的完全覆盖。如今人们经常需要通过无线通信去实现两端数据传输的功能，即点对点的数据传输系统。这种传输系统通过一个主机来控制无线模块进行数据的发送或者接收来自另一个主机发送的数据并对它进行处理得到有用的信息。而无线模块接收到数据之后会将它反馈给主机进行数据采集。这个系统的工作方式是半双工双向通信。也就是说，两端都可以发送或者接收数据，但不能同时进行。只能当各自完成自己的功能之后再切换收发模式。这两个系统在进行通信的过程中还要相互协调，避免产生冲突。为了满足这种需求，本文基于NRF24L01设计了一种点对点的无线通信系统，这个系统主要的要求是低功耗，并且能够正确地收发数据。该系统由单片机、无线收发模块、液晶显示部分组成，成本较低，功能健全。
提到无线产品的时候往往会让人想到它的一些局限性。比如说，在使用某些无线产品时，它传输给接收者的信息产生了错误或者偏差；还有一些无线产品在参数的显示或状态信息的提示时发生了错误。这种情况下如果在系统中加一块液晶显示屏加以提示，用户就可以根据液晶显示屏的提示来确认信息的状态，这样同时还降低了成本。正如我们所知的，设计低功耗无线收发系统的前提是要建立双向无线通信并且选基于微功耗的单片射频芯片NRF24L01无线数据传输模块来设计，然后采用89C52单片机进行数据处理，最后芯片也优先考虑成本低的。
本次设计主要是利用单片机控制无线收发电路，再加上液晶显示制成一套完整的数据收发系统。鉴于目前市场上的某些需求，设计的主要宗旨是成本最小化，低功耗，集成度高，体积小，传输时间短，系统精简，接收距离适中。
1.2 无线通信系统的现状和分析
在信息技术和移动通信技术的飞速发展中，我们的日常生活也受到了许多影响。人们越来越青睐于轻便小巧、操作简单、功能齐全的移动通信设备，这也使得无线通信技术迅速地发展。在21世纪初，随着科技和技术的飞速发展，无线通信技术已经慢慢取代了有线通信技术的地位，开始成为所有科技领域中最为活跃的领域之一。无线通信技术刚开始支持话音业务，但随着人们不断地创新和开拓，如今无线通信技术已经可以支持数据、图像、视频等多媒体业务的高速通信，它的发展可以说得上是日新月异。在各个领域中都逐步使用到了无线通信技术，它的发展也不仅仅是自身的创新那么简单，更像是一种趋势。无线通信技术有许多优点，例如不需连接线缆、成本低，对空间大小有没有要求，建设起来要简单得多，这意味着无线通信技术将会有很好的发展前景。无线通信技术的发展开始于1920年，大致可以分为五个阶段。第一阶段是无线通信技术发展的初始阶段。这时候的无线通信技术工作的频率很低，几乎不足30MHz，并且它只能适用于专用网络。第二阶段是从1945年到1960年，这段时期出现了公共移动通信。他的出现实现了小规模的公共移动网络，是一项比较大的技术的革新，缺陷是话路转接还是只能由人工服务来完成。第三阶段是1965年到1970年，这个时候系统可以自主选择频道，还能够连入公共电话网络，实现了智能自动化。第四阶段是从70年代到80年代，在这段时期，无线通信的发展进入全盛时期。美国贝尔实验室于1978年建成了全世界第一套蜂窝移动通信网，大大提高了蜂窝移动通信的容量，开辟了蜂窝移动通信时代。最后一个阶段始于80年代中期，在这期间，数字移动通信系统已经步入成熟阶段，同时数字蜂窝移动通信技术的发展也获得了明显的成绩。相比于以前的数字移动通信技术，它的优点是提高了频谱的利用率并且增大了系统的容量，也可以完成语音的提供和数据的传输。至今为止，移动通信技术发展十分迅速，同时也获得了不错的成绩。2G移动通信已经实现了语音的远距离通信，3G移动通信为人们提供一个高速传输的无线通信环境，而且现在人们日常中使用4G网络的人也越来越多。在有些特殊的场合，例如移动通信网络无法覆盖的地区，人们也同样离不开无线通信技术。人们越来越离不开低功耗、短距离、低成本、轻便易携的无线通信。由于短距离无线通信技术是无线通信技术的一个至关重要的核心部分，人们都很看好他的发展前景。[1]
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第一章 绪论 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.2 无线通信系统的现状和分析 2
1.3 几种主流的短距离无线通信技术 3
1.3.1 蓝牙(BLUETOOTH)技术 3
1.3.2 紫蜂(ZIGBEE)技术 4
1.3.3 射频识别(RFID)技术 4
1.4 无线射频技术国内外研究现状 4
1.5 本文内容与结构 6
第二章 硬件设计 7
2.1 硬件的选择 7
2.2 单片机控制部分 8
2.2.1 单片机STC89C52RC的介绍 8
2.3无线射频部分 10
2.3.1无线射频收发芯片NRF24L01的简介 10
2.3.2无线射频收发芯片NRF24L01的引脚和工作原理 11
2.4 SPI通信 13
2.5稳压电路部分 13
2.6电子显示部分 14
第三章 软件设计 16
3.1主程序流程图 16
3.2 NRF24L01初始化 17 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
3.3 收发子程序流程图 17
3.3.1 发送部分 18
3.3.2 接收部分 20
3.4 液晶显示屏显示程序 22
3.5软件开发环境 23
第四章 测试结果及分析 24
4.1 实现过程 24
4.2 硬件电路测试 24
4.3 系统测试 26
4.3.1 测试方法 26
4.3.2 功能测试及分析 27
4.3.3 最小功耗的计算 27
结 论 28
致 谢 29
参考文献 30
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
随着短距离、低功耗无线数据传输技术的发展，无线数据传输也成为了发展的主流部分。与有线通信相比，无线通信不需要连接线缆，简单方便，所以无线通信在现代通信领域占据着主导地位。
在我们日常的生活领域，我们经常需要一个系统来传输数据以进行信息的传递，同时对距离因素也没有非常高的限制，通常100到200米就能满足需求。这样的数据传输通信系统我们称它为短距离传输通信。在短距离通信中，通过熟练地使用有线通信技术将其应用与我们的日常生活中，给我们带来了巨大的便利。但是有线网络有很多限制因素，例如有线网络的使用需要铺设复杂的明线，线缆很快就会产生老化。相比有线网络，无线网络就没有这些致命的缺点，而且也能完成有线网络的功能。由于电子技术、通信技术的飞速发展，无线通信技术已愈加步入成熟阶段，几乎已经在我们的掌握之中。无线通信技术的最大目标就是要覆盖全世界，实现真正意义上的完全覆盖。如今人们经常需要通过无线通信去实现两端数据传输的功能，即点对点的数据传输系统。这种传输系统通过一个主机来控制无线模块进行数据的发送或者接收来自另一个主机发送的数据并对它进行处理得到有用的信息。而无线模块接收到数据之后会将它反馈给主机进行数据采集。这个系统的工作方式是半双工双向通信。也就是说，两端都可以发送或者接收数据，但不能同时进行。只能当各自完成自己的功能之后再切换收发模式。这两个系统在进行通信的过程中还要相互协调，避免产生冲突。为了满足这种需求，本文基于NRF24L01设计了一种点对点的无线通信系统，这个系统主要的要求是低功耗，并且能够正确地收发数据。该系统由单片机、无线收发模块、液晶显示部分组成，成本较低，功能健全。
提到无线产品的时候往往会让人想到它的一些局限性。比如说，在使用某些无线产品时，它传输给接收者的信息产生了错误或者偏差；还有一些无线产品在参数的显示或状态信息的提示时发生了错误。这种情况下如果在系统中加一块液晶显示屏加以提示，用户就可以根据液晶显示屏的提示来确认信息的状态，这样同时还降低了成本。正如我们所知的，设计低功耗无线收发系统的前提是要建立双向无线通信并且选基于微功耗的单片射频芯片NRF24L01无线数据传输模块来设计，然后采用89C52单片机进行数据处理，最后芯片也优先考虑成本低的。
本次设计主要是利用单片机控制无线收发电路，再加上液晶显示制成一套完整的数据收发系统。鉴于目前市场上的某些需求，设计的主要宗旨是成本最小化，低功耗，集成度高，体积小，传输时间短，系统精简，接收距离适中。
1.2 无线通信系统的现状和分析
在信息技术和移动通信技术的飞速发展中，我们的日常生活也受到了许多影响。人们越来越青睐于轻便小巧、操作简单、功能齐全的移动通信设备，这也使得无线通信技术迅速地发展。在21世纪初，随着科技和技术的飞速发展，无线通信技术已经慢慢取代了有线通信技术的地位，开始成为所有科技领域中最为活跃的领域之一。无线通信技术刚开始支持话音业务，但随着人们不断地创新和开拓，如今无线通信技术已经可以支持数据、图像、视频等多媒体业务的高速通信，它的发展可以说得上是日新月异。在各个领域中都逐步使用到了无线通信技术，它的发展也不仅仅是自身的创新那么简单，更像是一种趋势。无线通信技术有许多优点，例如不需连接线缆、成本低，对空间大小有没有要求，建设起来要简单得多，这意味着无线通信技术将会有很好的发展前景。无线通信技术的发展开始于1920年，大致可以分为五个阶段。第一阶段是无线通信技术发展的初始阶段。这时候的无线通信技术工作的频率很低，几乎不足30MHz，并且它只能适用于专用网络。第二阶段是从1945年到1960年，这段时期出现了公共移动通信。他的出现实现了小规模的公共移动网络，是一项比较大的技术的革新，缺陷是话路转接还是只能由人工服务来完成。第三阶段是1965年到1970年，这个时候系统可以自主选择频道，还能够连入公共电话网络，实现了智能自动化。第四阶段是从70年代到80年代，在这段时期，无线通信的发展进入全盛时期。美国贝尔实验室于1978年建成了全世界第一套蜂窝移动通信网，大大提高了蜂窝移动通信的容量，开辟了蜂窝移动通信时代。最后一个阶段始于80年代中期，在这期间，数字移动通信系统已经步入成熟阶段，同时数字蜂窝移动通信技术的发展也获得了明显的成绩。相比于以前的数字移动通信技术，它的优点是提高了频谱的利用率并且增大了系统的容量，也可以完成语音的提供和数据的传输。至今为止，移动通信技术发展十分迅速，同时也获得了不错的成绩。2G移动通信已经实现了语音的远距离通信，3G移动通信为人们提供一个高速传输的无线通信环境，而且现在人们日常中使用4G网络的人也越来越多。在有些特殊的场合，例如移动通信网络无法覆盖的地区，人们也同样离不开无线通信技术。人们越来越离不开低功耗、短距离、低成本、轻便易携的无线通信。由于短距离无线通信技术是无线通信技术的一个至关重要的核心部分，人们都很看好他的发展前景。[1]
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