-無(wú)線通信模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、KC017-2 2013 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告題 目 基于 nRF24L01無(wú)線通信模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)專 業(yè)通信工程姓 名許斌班 級(jí) 09 通信 Y1 指導(dǎo)教師 肖賢建起止日期 2013.3.12013.6.232013 年 3 月 15 日畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告（含課題的來(lái)源及現(xiàn)狀、設(shè)計(jì)要求、工作內(nèi)容、設(shè)計(jì)方案、技術(shù)路線、預(yù)期目標(biāo)、時(shí)間安排及參考文獻(xiàn)等內(nèi)容。）一課題來(lái)源及現(xiàn)狀近年來(lái)，由于傳感技術(shù)、嵌入式計(jì)算、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸及分布式信息處理等技術(shù)，能夠?qū)⒈O(jiān)測(cè)對(duì)象的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線方式發(fā)送，并以自組多跳的網(wǎng)絡(luò)方式傳送到用戶終端1 ，而使得無(wú)線多媒體傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是在科技應(yīng)用中，成為備受關(guān)注的、知識(shí)高度集成

2、的前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域。常見的無(wú)線通信技術(shù)包括 WiFi(IEEE 802 .11b)、Bluetooth(IEEE 802. 15.1)和ZigBee(IEEE 802.15.4)。它們工作于國(guó)際 ISM ( 工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué) ) 頻段 2.4002.4835GHz 。但由于應(yīng)用這些無(wú)線通信技術(shù)的無(wú)線芯片 (CC2420、CC2430、BK2411等)存在傳輸速率低、傳輸距離短、抗干擾能力差及協(xié)議復(fù)雜 媒體傳感網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和應(yīng)用。等原因，技術(shù)應(yīng)用出現(xiàn)較大瓶頸。這些因素制約無(wú)線多nRF24L01是 Nodic 公司新推出的工作于 2.4GHz頻段的射頻芯片：最大 0dBm的發(fā)射功率，低工作電壓，高速

3、率傳輸；可進(jìn)行高速信號(hào)處理；其 SPI 接口與單片機(jī)進(jìn)行通信，內(nèi)部有 FIFO可以與各種高低速微處理器接口，便于使用低成本單片機(jī)；由于鏈路層完全集成在模塊上，非常便于開發(fā)。本課題采用性價(jià)比較高的射頻芯片nRF24L01 為核心搭建無(wú)線通信硬件平臺(tái)。該平臺(tái)采用ATmega16L 作為微控制器，控制無(wú)線發(fā)送和接收；通過(guò)RS-232 串行口與用戶端PC 機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)通信。二設(shè)計(jì)要求掌握 nRF24L01性能、工作原理和引腳功能，熟知其在無(wú)線通信中的典型應(yīng)用，設(shè)計(jì) 出其與天線之間的單端匹配網(wǎng)絡(luò)及其時(shí)鐘電路部分；理解 nRF24L01和ATmega16之間是如何以 功能，設(shè)計(jì)出接口控制電路；SP

4、I 方式進(jìn)行通信的，根據(jù)這兩個(gè)芯片的管腳掌握 ATmega16的性能特征、工作原理和引腳功能，設(shè)計(jì)出復(fù)位電路、時(shí)鐘電路；根據(jù) nRF24L01和ATmega16工作電壓不同，設(shè)計(jì)出電壓轉(zhuǎn)換模塊電路；畫出硬件電路的原理圖和 PCB圖理解 nRF24L01的工作模式，畫出呈現(xiàn)流 程圖，編寫出無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)程序；基于已有的收發(fā)程序，編寫出實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)及點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的無(wú)線通信代碼；對(duì)無(wú)線通信協(xié)議進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定數(shù)據(jù)包的格式；能搭建好硬件系統(tǒng)，下載軟件，進(jìn)行功能性測(cè)試，對(duì)無(wú)線模塊功能進(jìn)行測(cè)試和調(diào) 試，驗(yàn)證其有效性；三工作內(nèi)容 知道課題研究的背景、目的及意義，了解多媒體無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的興起及發(fā)展、性能、關(guān)鍵技術(shù)、結(jié)構(gòu)

5、。針對(duì)實(shí)際應(yīng)用的要求，對(duì)無(wú)線通信模塊的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)方案，對(duì)無(wú)線通信 模塊所需的芯片進(jìn)行仔細(xì)比較和分析，選定性能優(yōu)越的芯片。理解無(wú)線通信模塊中所采用芯片的結(jié)構(gòu)、性能、工作原理等，然后分別對(duì)無(wú)線模塊和單片機(jī)模塊的各個(gè)硬件接口電路、圖。PCB版圖和天線進(jìn)行設(shè)計(jì)，畫出設(shè)計(jì)硬件電路的原理制作實(shí)際的通信模塊，對(duì)設(shè)計(jì)好的硬件電路部分進(jìn)行測(cè)試調(diào)試，驗(yàn)證是否達(dá)到預(yù)期功 能完成了無(wú)線通信模塊的軟件部分的設(shè)計(jì)。首先畫出程序的流程圖，依據(jù)設(shè)計(jì)的硬件電 路和設(shè)定的通信協(xié)議然后編寫代碼。主要是數(shù)據(jù)的收發(fā)程序以及在此基礎(chǔ)上的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的無(wú)線數(shù)據(jù)通信的程序。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試、調(diào)試分析并及時(shí)解決出現(xiàn)的問(wèn)題。首先對(duì)設(shè)

6、計(jì)的各個(gè)硬件模塊電路進(jìn) 行性能測(cè)試，若符合預(yù)期的設(shè)計(jì)功能，將所有模塊連接起來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)測(cè)試。結(jié)合串口調(diào)試工具，模擬數(shù)據(jù)收發(fā)，記錄所傳送和接收到的數(shù)據(jù)，驗(yàn)證系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)以及點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的無(wú)線數(shù)據(jù)通信。然后對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行思考研究并給出 了解決的方法?？偨Y(jié)了本課題設(shè)計(jì)中的主要研究成果和主要思想，并指出了設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中存在的不 足和吸取的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。最后對(duì)本模塊的功能進(jìn)行了展望，提出了努力和改進(jìn)的方向。四設(shè)計(jì)方案及技術(shù)路線電源天線SPI 接口無(wú)線收發(fā)芯片匹配網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘電路圖 1 無(wú)線通信模塊設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖復(fù)位電路 電源模塊單片機(jī)時(shí)鐘電路SPI接口圖 2 單片機(jī)外圍結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框圖I/O 口模式控

7、制PC串單片I/O 口SPI接口nRF24L01口無(wú)線收機(jī)系發(fā)模塊統(tǒng)狀態(tài)輸I/O 口出圖 3 無(wú)線節(jié)點(diǎn)模塊的硬件框圖ATmega16 單片機(jī)與 nRF24L01 以 SPI 方式進(jìn)行通信，它們連接的端口，可以分作三組，即：模式控制端口、SPI 端口、狀態(tài)輸出端口。單片機(jī)通過(guò) RS232 串口與 PC相連接。要發(fā)送的數(shù)據(jù)，通過(guò) PC輸入到微控制器；微控制器收到的數(shù)據(jù)也要傳輸?shù)?PC上。五預(yù)期目標(biāo)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的無(wú)線數(shù)據(jù)通信。利用軟件測(cè)試方法為：利用串口調(diào)試工具來(lái)顯示接收到的數(shù)據(jù)或者模擬無(wú)線收發(fā)芯片發(fā)送數(shù)據(jù)。串口調(diào)試工具發(fā)送的數(shù)據(jù)通過(guò) nRF24L01模塊發(fā)送出去，在接收端，可以在 發(fā)送數(shù)據(jù)一致。實(shí)現(xiàn)

8、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的無(wú)線數(shù)據(jù)通信。使用PC機(jī)上通過(guò)串口調(diào)試助手觀察接收的數(shù)據(jù)是否和3 個(gè)無(wú)線通信模塊實(shí)現(xiàn)相互通信，且每個(gè)無(wú)線數(shù)據(jù)通信模塊都通過(guò) RS-232 跟 PC相連接。主發(fā)送模塊在不同的時(shí)間段內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)，在從機(jī)節(jié)點(diǎn)上，可以通過(guò)串口調(diào)試工具，查看接收到的數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了接收到的數(shù)據(jù)與發(fā)送的數(shù)據(jù)是一致的，從而實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)到多點(diǎn)無(wú)線數(shù)據(jù)通信。六時(shí)間安排第 1周：下達(dá)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)，落實(shí)課題，明確工作內(nèi)容，部署畢業(yè)設(shè)計(jì)各項(xiàng)工作。第 2周：查閱與課題相關(guān)或針對(duì)性強(qiáng)的文獻(xiàn) 總述報(bào)告。510篇，閱讀并進(jìn)行歸納、總結(jié)，寫出文獻(xiàn)第 3周：根據(jù)任務(wù)，查閱與課題相關(guān)的外文專題論文或外文專著，閱讀并譯成中文，完成 外文翻譯報(bào)告。第

9、 4周：根據(jù)任務(wù)，查閱相關(guān)技術(shù)資料，確定課題初步的總體設(shè)計(jì)思路和方案，寫出開題 報(bào)告。第 56周：整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，模塊設(shè)計(jì) 第 711 周：搭建系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì) 第 12 14周：整體系統(tǒng)調(diào)試、測(cè)試、修改、根據(jù)個(gè)人能力和進(jìn)度添加新功能。第 15 17周：整理資料，撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文第 18周：制作答辯 PPT講稿，做好畢業(yè)答辯各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。七參考文獻(xiàn)【1】暉譚 . nRF 無(wú)線 SOC 單片機(jī)原理與高級(jí)應(yīng)用M . 北京航空航天大學(xué)出版社，2009， 4367 【2】曾勇，楊濤，馮月暉 . 基于 nRF24L01 的超低功耗無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) J . 電子技術(shù)應(yīng)用，2008,34(7) ：4548

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