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1、nRF2401在家居防盗中的应用【内容摘要】 在监控系统中,数据从采集设备到处理终端,监测控制指令从处理终端到采集设备,均需经过传输过程这一重要环节。当数据采集点处于运动状态,或者所处的环境不允许铺设电缆,采集设备必须与终端设备分离,此时只能通过无线方式进行数据传输。本文介绍的无线数据传输系统, 主要由AT89C51单片机和无线数字传输芯片nRF2401组成。本系统通过无线方式进行数据传输,两端采用半双工方式通信,两端数据传输模块完全通用。该系统成本低廉,可方便地嵌入到智能家居系统中。【关键词】 nRF2401芯片；线数据传输；家居防盗The nRF2401 is used in the ho
2、me of anti-theft AbstractIn the monitoring system, not only data from collection equipment to the handle terminal but also monitor control commands from the handle terminal to collection equipment needs an important part of transmission process. When the data collection points in motion, or the envi
3、ronment does not allow to laying the cables, collection equipment and terminal equipment must be separated, at this time there is only way of wireless to transmit the data. In this paper, a system for the wireless data transmission is introduced, which mainly consists of a microcontroller of AT89C51
4、 and nRF2401 which is a chip for wireless digital transmission. This system transmits the data through wireless. Both ends of this system use the way of half-duplex mode to communicate and its modules for data transmission at both ends are completely universal. The cost of this system is low and it
5、can be easily embedded in the smart home system.Key words: nRF2401 chip；ireless data transmission；home burglar33目 录摘 要IAbstractII第一章 引言1第二章 系统设计原理及所用芯片功能介绍22.1 家居防盗系统组成及其工作原理22.2 NRF2401介绍32.2.1 nRF2401芯片工作原理32.2.2 芯片结构、引脚说明32.2.4 nRF2401状态字72.2.5应用电路92.2.6 nRF2401的天线介绍92.3 红外探测装置原理102.4硬件电路设计112.4.
6、1监控电路112.4.2报警电路122.4.3本系中单片机复位电路设计142.4.4本系统时钟电路设计152.5 PCB板设计152.5.1 监控部分的PCB制图162.5.2 nRF2401模块的PCB制图172.5.3报警部分的PCB制图182.5.4 PCB板的焊接和调试182.5.5 设计PCB图总结18第三章 软件设计213.1 NRF2401数据收发程序流程213.2 NRF2401初始化及数据收发程序22结论29参考文献（References）30致谢31第一章 引言随着社会的发展, 人民生活水平的不断提高,电子信息技术和计算机网络技术的发展，信息化、智能化技术渗透于人们生活的各
7、个领域。安全问题也成为工业生产、人民生活关心的焦点问题之一。实现家居信息化、网络化是当前智能家居系统发展的新趋势。防盗报警系统作为智能家居系统的一个重要组成部分，其性能的好坏直接关系到整个智能家居系统的优劣。把无线网络技术应用到家居报警系统中，通过各种传感器实时采集家居的环境信息，通过无线的方式将信息传输给家居控制中心， 能够弥补有线设备的缺陷， 具有价廉、可靠性高、等优点。本人根据无线网络技术和智能家居的特点，设计了一种基于无线网络技术的家居无线防盗报警系统。本系统利用红外技术、电子技术、无先数据传输等设计实现。系统装置在安全防护区域安放有效防止了人为误动作或误进入；该无线防盗报警系统可以对
8、整个家居的安全环境进行实时监控。监控内容是室内防盗。一旦有上外来人员入侵，该报警系统就会发出相应的报警信息，可以使户主在得到报警信息后，立即采取有效的应急措施，对事故进行紧急处理。在监控系统中,数据从采集设备到处理终端,监测控制指令从处理终端到采集设备,均需经过传输过程这一重要环节。当数据采集点处于运动状态,或者所处的环境不允许铺设电缆,采集设备必须与终端设备分离,此时只能通过无线方式进行数据传输。本文介绍的无线数据传输系统,应用ATMEL 公司的AT89C51单片机控制NORDIC 公司的无线数字传输芯片nRF2401 ,通过无线方式进行数据双向远程传输,两端采用半双工方式通信,两端数据传输
9、模块完全通用。该系统使用灵活、成本低廉,可方便地嵌入到无线监测系统中。nRF2401 是单片射频收发芯片，工作于2.42.5GHz ISM 频段，芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信频道可通过程序进行配置。芯片能耗非常低，以-5dBm 的功率发射时，工作电流只有10.5mA，接收时工作电流只有18mA，多种低功率工作模式，节能设计更方便。其DuoCeiverTM 技术使nRF2401 可以使用同一天线，同时接收两个不同频道的数据。nRF2401 适用于多种无线通信的场合，如无线数据传输系统、无线鼠标、遥控开锁、遥控玩具等。利用NRF2401设计的防盗报警
10、系统具有以下特点：用AT89C51单片机控制，体积小，成本低；用红外线收发管进行检测，安装隐蔽，不易被发现；探测信号采用脉冲信号，节能且抗干扰；当有人试图闯入室内时，能自动进行声光报警。第二章 系统设计原理及所用芯片功能介绍2.1 家居防盗系统组成及其工作原理我做的家居防盗系统分为监控端和报警端两个部分。如图2.1监控端由红外探测，控制器和无线数据发送模块组成。红外探测部分将采集的数据传送到控制器,控制器驱动无线数据发送模块将数据送出。控制器选用ATMEL 公司的AT89C51单片机。无线数据发送部分选用挪威Nordic公司的nRF2401芯片,大小为5 mm 5 mm。红外探头AT89C51
11、NRF2401 图2.1 红外监控端如图2.2报警端由555定时器U4，扬声器BY，普通红色发光二极管VDL1等组成声光报警部分，控制器和无线数据接收模块组成。其中555定时器接成了一个低频多谐振荡器。Nrf2401将接受到的数据传给单片机,单片机的一个引脚与555定时器控制电压输入端相连，受其引脚输出的高低电平间隔1S的脉冲信号控制发出声音报警信号。同时，单片机引脚输出的高低电平间隔1S的脉冲信号经电阻加到红色发光二极管VD13上，VD13将闪烁发光。达到声光同时报警的效果。NRF2401AT89C51声光报警 图2.2 报警端2.2 NRF2401介绍2.2.1 nRF2401 芯片工作原
12、理nRF2401是挪威Nordic公司推出的单片无线收发芯片,工作于2.42.5GHz ISM 频段，工作电压为1. 9 V3. 6 V ,工作温度为- 40 + 85 ,有多达125 个频道可供选择,最高通信速率1 Mbit/ s ,工作参数全部通过芯片状态字配置。nRF2401 提供掉电状态,在没有数据通信时可降低芯片功耗。具有突发传递和直接传递两种工作模式。突发传递模式应用在片缓冲器, 以低速率向nRF2401 写入待发数据,以高速率无线传输,尽量降低功耗。直接传递模式与传统RF 器件工作模式一致。芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信频道可通过程序
13、进行配置。芯片能耗非常低，以-5dBm 的功率发射时，工作电流只有10.5mA，接收时工作电流只有18mA，多种低功率工作模式，节能设计更方便。其DuoCeiverTM 技术使nRF2401 可以使用同一天线，同时接收两个不同频道的数据。nRF2401 适用于多种无线通信的场合。2.2.2 芯片结构、引脚说明2.2.2.1 芯片结构nRF2401 内置地址解码器、先入先出堆栈区、解调处理器、时钟处理器、GFSK 滤波器、低噪声放大器、频率合成器，功率放大器等功能模块，需要很少的外围元件，因此使用起来非常方便。QFN24 引脚封装，外形尺寸只有55mm。nRF2401 的功能模块如图2.3所示。
14、 图2.3 NRF2401功能模块2.2.2.2 引脚说明表1：nRF2401 引脚2.2.3工作模式nRF2401 有工作模式有四种：收发模式、配置模式、空闲模式和关机模式。nRF2401 的工作模式由PWR_UP 、CE、TX_EN 和CS 三个引脚决定，详见表2。表2：nRF2401 工作模式2.2.3.1收发模式nRF2401 的收发模式有ShockBurstTM 收发模式和直接收发模式两种，收发模式由器件配置字决定，具体配置将在器件配置部分详细介绍。ShockBurstTM 收发模式ShockBurstTM 收发模式下，使用片内的先入先出堆栈区，数据低速从微控制器送入，但高速(1Mb
15、ps)发射，这样可以尽量节能，因此，使用低速的微控制器也能得到很高的射频数据发射速率。与射频协议相关的所有高速信号处理都在片内进行，这种做法有三大好处：尽量节能；低的系统费用(低速微处理器也能进行高速射频发射)；数据在空中停留时间短，抗干扰性高。nRF2401 的ShockBurstTM 技术同时也减小了整个系统的平均工作电流。在ShockBurstTM 收发模式下，nRF2401 自动处理字头和CRC 校验码。在接收数据时，自动把字头和CRC 校验码移去。在发送数据时，自动加上字头和CRC 校验码，当发送过程完成后，数据准备好引脚通知微处理器数据发射完毕。ShockBurstTM 发射流程接口引脚为CE，CLK1，DATAA. 当微控制器有数据要发送时，其把CE 置高，使nRF2401 工作；B. 把接收机的地址和要发送的数据按时序送入nRF2401；C. 微控制器把CE 置低，激发nRF2401 进行ShockBurstTM 发射；D. nRF2401 的ShockBurstTM 发射给射频前端供电；射频数据打包(加字
