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1、 自控仪器箱无线收发接口的设计自控仪器箱无线收发接口的设计摘要: 本文主要介绍了在自控仪器箱上选用了低功耗无线数据传输接口的分析和设计。在分析对比常用有线技术的优缺点基础上，介绍了一种基于单片机和nRF24L01射频芯片高速无线数据传输系统。详细讲解了系统的硬软件设计，并给出了相关硬件电路原理图及单片机软件流程图和部分关键代码。系统选用了低功耗的MSP430系列单片机作为控制器，无线数据传输模块采用了同耗的射频通信芯片NRF24O1。利用NRF2401提供的通信模式进行数据通信。以MSP430FG4618单片机为核心,设计了一个进行数据采集,无线数据收发模块NRF24L01进行数据传输的系统。
2、给出了硬件构成、软件设计及部分程序。该模块电路简单，使用方便，有采样精度高，可靠稳定、功耗低等优点，能较好地实现数据的串行采集和无线传输同时系统程序部分充分利用MsP43O系列单片机提供的低功耗模式以降低系统的总功耗，此外本文就各模块芯片的通信协议以及对应的程序也进行了具体的分析。关键词：无线数据传输，MSP430，NRF24L01The design of wireless data communication on the Control instrument boxAbstract :The main purpose of this paper is to introduce the a
3、nalysis and design of wireless data communication on the Control instrument boxIn analyzing the undation of contrasting the in common use wireless technical merit and shortcoming，introduced one kind to deliver system towards ordering a high-speed wireless data according to the ordering of the machin
4、e and the nRF24L01 radio frequency chipExplained in detail the hard software design of system in detail，and give a related hardware electric circuit principle diagram and single slice of machine software flow chart and parts of key codes.This system is composed of the 1ow_power MCU of MSP430NRF2401
5、used for RF communicationThe software is the mode of communication provided by the NRF2401，which is chosen to complete the communications in the system This paper presents a mew module based on MSP430FG4618 is applied for data collection and wireless receive。and transmission chip NRF24L01 is applied
6、 for data transmission, meanwhile this paper provides the hardware structure，software design and some proceduresThis module has the advantages of easy circuit， convenience to use,high sample accuracy,reliability and low powerAt the same time，the sleeping modes provided by the MCU are fully utilized
7、to reduce the systems power consumption In addition，the communication protocol and the program of the chips are a1so analyzedKeywords ：Wireless data communication ，MSP430，NRF24L01第 I 页 共 II 页目 录第 1 章 绪 论 11.1 研究背景、目的及意义 .11.1.1 研究背景.11.1.2 研究目的.11.1.3 研究意义.21.2 本论文的研究内容 .2第 2 章 无线数据传输技术 42.1 无线通信技术发
8、展的历史 .42.2 国内无线通信技术的发展 .62.3 国外无线通信技术的发展 .62.4 无线通信技术的发展趋势 .7第 3 章 系统器件选择.93.1 系统设计总体方案 .93.2 硬件的选择与说明 113.2.1 MSP430FG4618 介绍.123.2.2 NRF24L01 介绍.143.2.3 无线数据收发模块介绍17第 4 章 硬件电路设计 .204.1 主控制器电路 204.2 无线收发模块电路 214.3 电源电压转换电路 21第 5 章 软件设计 .225.1 主程序模块 .225.2 各模块程序流程设计 .245.2.1 无线通信测试程序 .245.2.2 数据处理流程
9、 .255.2.3 收发数据程序 .29第 II 页 共 II 页 5.2.4 A/D 转换流程31第 6 章 总结和体会 .33附 录 .34参 考 文 献 39致 谢 .41第 1 页 共 41 页第第 1 1 章章 绪绪 论论1.11.1 研究背景、目的及意义研究背景、目的及意义1.1.1 研究背景当今的各种智能化控制系统，比如智能化小区内部的无线抄表系统、门禁系统、防盗报警系统和安全防火系统等，工业数据采集系统，水文气象控制系统，机器人控制系统、数字图象传输系统等等，都离不开数据信息的传输1。可以说，数据信息传输系统是各种智能化控制系统的重要组成部分。而数据传送的方式大部分采用有线的数
10、据传送方式，例如并行传送、串行传送、CAN 总线和Lonworks总线等等。在有线数据传输方式当中，数据的传输载体是双绞线、同轴电缆或光纤。其实，数据传输还可以有无线传输方式，即通过空气或真空实现数据传送。相比于传统的有线数据传输方式，无线传输方式可以不考虑传输线缆的安装问题，从而节省大量线缆，并且降低施工难度和系统成本，是一个很有发展潜力的研究课题2。而近年来，自控仪器箱的通信接口多为232串行接口或并行接口，在USB接口技术已经很成熟的今天，232串行接口的传输速率已经远远不能满足我们对传输速率的要求。无线数据收发接口在自控仪器箱上的应用，体现出其功能模块完善，设计制作精细，可扩展32位数
11、据传输操作的功能，能够满足我们的需要。目前，随着无线通信技术的迅速发展，各种各样的无线网络已经进入了我们的日常生活与实验学习，线通信系统相比，无线通信系统有建网快速、移动方便、省去布线烦恼等优点，因此当系统的抗干扰性达到要求并且建设成本可以接受时，无线通信技术为人们的首选3。短距离射频通信技术成为一种热门技术，并已广泛应用于实际中。射频芯片nRF2401，在单片机Msp430的控制下，实现了短距离的无线数据通信。当今的各种智能化控制系统均离不开数据信息的传输。其中，无线数据传输是区别于传统有线传输的新型传输方式，系统不需要传输线缆、成本低廉、施工简单，将单片机和微机配上相应的无线通信接口电路，
12、就可以实现单片机之间或单片机与微型计算机之间的无线数据传输4。1.1.2 研究目的本文所设计的基于USB无线收发接口的电路能够克服有线通信的缺陷，提高数据传输速率，保障数据传输的可靠性。同时可通过软件配置接收和发送地址，实现数据的第 2 页 共 41 页 无线通信。在一些特殊的应用场合中，单片机之间的远程通信不能采用有线的数据传输，而是需要采用无线数据传输的方式。人们在日常生产、生活和学习中，对于采集的数据传输大多数采用有线方式，但是在实验室或不便于铺设线缆的地区进行数据传输时，采用有线方式就受到了限制，所以本课题的主要研究目的就是在实验室实现自控仪器箱的无线数据传输，进而实现数据的快速、高效
13、传输。1.1.3 研究意义研究自控仪器箱上的无线收发模块，不仅可以满足数据的传输速度，还能大大提高实验室的工作效率和工作质量，在大量减少布线、节省空间的同时，又可以加快数据传输速度，方便实验者进行操作，使得实验者不仅可以获取同步演示实验数据，还能同时观察实验结果。在自控仪器箱上基于无线USB的通讯方式，相对于现在大多数数据传输系统所用的有线通讯方式而言，具有通用性强、组合安装灵活、受地域限制小等优点5。随着无线技术和USB技术的发展，这种通讯方式将展现出越来越大的优势，对未来自控仪器箱在实验室的广泛应用具有良好的推动作用，对实验室的整体实验水平和研究水平的提高都具有重要意义，而且为数控设备端的
14、通讯开拓一片新的天地，这就是本课题研究的意义。1.21.2 本论文的研究内容本论文的研究内容本文利用单片机Msp430FG4618和射频芯片nRF24L01给出了一种近距离无线数据传输系统的具体设计方案，通过自控仪器箱上单片机Msp430FG4618的控制和射频芯片nRF24L01的接收发射数据工作，最终达到计算机与自控仪器箱的数据传输。论文共分五章，根据论文各章节的顺序，具体研究内容安排如下：第一章 绪论，介绍课题研究的背景、目的和意义。 第二章 综述了无线数据通信的方法，并着重介绍了各种无线数据通信的优点、原理。指出无线数据通信模块在军用、民用、实验室等领域有着越来越广泛的应用。第三章 首
15、先介绍了自控仪器箱无线数据传输系统的总体介绍，然后逐个对系统中各部件进行介绍，对其工作原理、性能、应用领域等都做了详尽的描述。第四章 根据自控仪器箱实验对数据传输的要求，对硬件电路设计、数据参数、等进行叙述。 第五章 对程序流程图及主要程序进行介绍。第 3 页 共 41 页 第六章 总结和体会，总结论文的主要工作和创新点，并对下一步工作做出展望，为今后进一步研究指明了方向。第第 2 2 章章 无线数据传输技术无线数据传输技术2.12.1 无线通信技术发展的历史无线通信技术发展的历史早在 1897 年，马可尼使用 800KHZ 中波信号进行了从英国至北美纽芬兰的世界上第一次横跨大西洋的线无电报通信试验，开创了人类无线通信的新纪元。在无线通信第 4 页 共 41 页 初期，受技术条件的限制，人们大量使用长波及中波进行通信。20 世纪 20 年代初人们发现的短波通信，直到 20 世纪 60 年代卫星通信兴起前，它一直是远程国际通信的重要手段，并且目前对应急通信和军用通信依然有一定实用价值6。20 世纪 40 年代到 50 年代产生了传输频带较宽、性能较稳定的微波通信，成为长距离大容量地面干线无线传输的重要手段。模拟调频传输容量高达 2700 路，亦可同时传输高
