許新曦

摘要：在噪音較大的場合中，現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，在各個(gè)崗位上的工作人員往往需要及時(shí)有效的溝通。通過手機(jī)、無線對講機(jī)等設(shè)備在噪音大的場合中受干擾程度大，本文針對此需求設(shè)計(jì)了一種基于PIC單片機(jī)和NRF24L01無線模塊的無線應(yīng)答裝置，硬件設(shè)計(jì)包含開關(guān)電源模塊，DC-DC電源模塊，PIC16F1936單片機(jī)系統(tǒng)，NRF24L01無線發(fā)射接收模塊，在不同的使用地點(diǎn)布置一臺無線系統(tǒng)，任何一個(gè)對應(yīng)的指令按鈕被按下后，各個(gè)對應(yīng)的命令指示器均亮，任何一個(gè)地點(diǎn)都可對此命令進(jìn)行消除操作，實(shí)現(xiàn)了信息的傳遞，無線配置節(jié)省了布線，靈活移動(dòng)，便于維護(hù)。

關(guān)鍵詞：無線 ?單片機(jī) ?穩(wěn)壓電源

硬件電路設(shè)計(jì)：

系統(tǒng)可在不同位置布置多臺設(shè)備，每臺設(shè)備由PIC單片機(jī)控制NRF24L01執(zhí)行運(yùn)作，設(shè)置4個(gè)按鍵用于發(fā)送指令，同時(shí)四個(gè)指示燈用于指示命令的類型，類型可由使用者自行定制統(tǒng)一，當(dāng)任何一臺設(shè)備按下按鈕，相對應(yīng)的指示燈亮起，同時(shí)通過單片機(jī)的處理通過NRF24L01發(fā)送相對應(yīng)的指令給每個(gè)設(shè)備，各個(gè)設(shè)備接收到指令后對其解碼，識別指令后將遠(yuǎn)傳過來的指令進(jìn)行亮燈，每臺設(shè)備可以判斷各個(gè)設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)，任何一臺設(shè)備均可以消除相對應(yīng)的指示指令，實(shí)現(xiàn)信號同步。

1、穩(wěn)壓電源

7805三端穩(wěn)壓 IC內(nèi)部控制電路是一種具有過壓、超流、過熱等保護(hù)作用的控制電路，這樣就使它在工作時(shí)性能非常穩(wěn)定。該器件都是具備良好的高溫和導(dǎo)體系數(shù)，所以該產(chǎn)品在工業(yè)中的應(yīng)用也是非常普遍。它們就是運(yùn)用自動(dòng)化的本地調(diào)制方法去消掉噪音的影響?？梢蕴峁┙o系統(tǒng)穩(wěn)定的電源，增強(qiáng)了無線傳輸過程中信號的抗干擾程度。

220v 交流電源經(jīng)過四個(gè) in4007 二極管進(jìn)行整流后再經(jīng)過電解電容濾波后生成直流電源，其中輸出電壓取樣電阻連接到 2n2222a 基極，隨著輸出電壓波動(dòng)的變化，三極管的發(fā)射極和集電極之間的壓降幅度受基極所控制，當(dāng)輸入電壓波動(dòng)幅度增大時(shí)，基極的電位減小，發(fā)射極、集電極壓降幅度增大，輸出電壓變化減小，完成了調(diào)整。 通過TL431G可以對鋰電池進(jìn)行充電，系統(tǒng)可以配個(gè)7.4V的鋰電池，防止無外部電源供電情況下保持正常通信。

2、CPU主控電路，CPU采用PIC單片機(jī)，PIC 8位單片機(jī)的指令很少、晶振可以配置4MHZ，PIC系列單片機(jī)具有雙總線和兩級指令流水結(jié)構(gòu)，而且集成了多種通信接口，與NRF24L01通信使用SPI接口設(shè)計(jì)，編程簡便，只需要對單片機(jī)進(jìn)行簡單的配置和程序編輯就可實(shí)現(xiàn)控制。PIC16F1936的RB端口可以配置為中斷功能，當(dāng)無線模塊有數(shù)據(jù)需要接收時(shí)產(chǎn)生中斷，單片機(jī)立即進(jìn)行中斷處理，中斷程序中采用設(shè)定標(biāo)志位后立即離開，隨后立即釋放，不會占用CPU資源進(jìn)行中斷長時(shí)間處理數(shù)據(jù)，根據(jù)標(biāo)志位在程序在主程序循環(huán)中進(jìn)行處理。RC5和RC4可復(fù)用引腳，配置為SPI的輸入與輸出。L300為磁珠，可以提高供電電源的抗干擾作用。

3、NRF24L01無線通訊模塊設(shè)計(jì)，可以在2.4G到2.5G頻道上進(jìn)行通訊。通信速度快，輸出功率頻道選擇和協(xié)議的設(shè)置可以通過SPI 接口進(jìn)行設(shè)置。幾乎可以連接到各種單片機(jī)芯片，并完成無線數(shù)據(jù)傳輸，功耗很低。模塊可以設(shè)置為接收模式或者發(fā)送模式，可以由主控單片機(jī)根據(jù)需要設(shè)置為發(fā)送或者接收，擁有一個(gè)發(fā)送通道，六個(gè)接收通道，發(fā)送端配置的地址需要與接收端的地址相同，在硬件初始化中需要對模塊進(jìn)行地址的固化，在設(shè)置PCB的時(shí)候可以使用PCB的銅板部分作為天線的設(shè)計(jì)。

軟件設(shè)計(jì)：

系統(tǒng)上電后對單片機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)部模塊和接口進(jìn)行初始化后，對按鍵狀態(tài)進(jìn)行掃描，設(shè)定一臺主機(jī)，主機(jī)對每臺設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)檢查，輪詢發(fā)送檢查狀態(tài)指令進(jìn)行校驗(yàn)，保證每臺設(shè)備狀態(tài)的統(tǒng)一性，如果有設(shè)備狀態(tài)不同，產(chǎn)生報(bào)警信號，確保了傳遞信息的正確性。每臺設(shè)備掃描按鍵事件，當(dāng)有事件產(chǎn)生發(fā)送相對應(yīng)的指令給主機(jī)，由主機(jī)發(fā)送相應(yīng)的狀態(tài)給每個(gè)子機(jī)，子機(jī)接收信號后進(jìn)行處理，程序流程如下：

子站程序流程為上電后對PIC系統(tǒng)進(jìn)行初始化和對中斷的配置，端口根據(jù)具體情況進(jìn)行配置，接著對NRF24L01進(jìn)行初始化，包括接收模式和發(fā)射模式的配置，NRF24L01有中斷產(chǎn)生后對緩沖區(qū)內(nèi)容進(jìn)去讀取保存，解碼緩沖區(qū)內(nèi)容并進(jìn)行指令判斷。通過端口掃描的方式對按鍵事件進(jìn)行掃描，如果有按鈕觸發(fā)進(jìn)行狀態(tài)改變并發(fā)送給主機(jī)。

主站程序流程也是上電后初始化，判斷是否有按鍵事件觸發(fā)，有事件觸發(fā)將指令編碼通過寫入NRF24L01緩沖區(qū)進(jìn)行輪詢發(fā)送，每臺子機(jī)有對應(yīng)的地址，發(fā)送完畢后空閑狀態(tài)進(jìn)行每臺狀態(tài)比對校驗(yàn)。

NRF24L01在PIC單片機(jī)中的初始化程序。

void nRF24L01_Initial（void）

{

NRF_StatusBits.nRF24L01_IRQ_Flag=0;

ANSELBbits.ANSB1=0;

INTCONbits.IOCIE=1;

IOCBNbits.IOCBN1=1;

nRF24L01_IRQ_T = 1;

OPTION_REGbits.nWPUEN=0;

WPUBbits.WPUB1=1;

nRF24L01_MISO_T = 1;

nRF24L01_CE_T = 0;

nRF24L01_CSN_T = 0;

nRF24L01_SCK_T = 0;

nRF24L01_MOSI_T = 0;

nRF24L01_CE=0;

nRF24L01_CSN=1;

nRF24L01_SCK=0;

OpenSPI（SPI_FOSC_16，MODE_00，SMPMID）;

TX_Mode（）;

RX_Mode（）;

SPI_RW_Reg（WRITE_REG+STATUS，0xff）;

}

接收模式程序

void RX_Mode（void）

{

uchar i;

nRF24L01_CE=0;

di（）;

if（GetRunStateMode（）==LEARN_RUN_MODE）{

SPI_Write_Buf（WRITE_REG + RX_ADDR_P0，RX_ADDRESS1，TX_ADR_WIDTH）;

}

else{

for（i=0;i<4;i++）{

RX_ADDRESS0[i]=_readcharfrom_EE（0xf0+i）;

}

SPI_Write_Buf（WRITE_REG + RX_ADDR_P0，RX_ADDRESS0，TX_ADR_WIDTH）;

}

SPI_RW_Reg（WRITE_REG + RX_PW_P0，TX_PLOAD_WIDTH）; ? SPI_RW_Reg（WRITE_REG + RX_PW_P1，TX_PLOAD_WIDTH）;

SPI_RW_Reg（WRITE_REG + EN_AA，0x3F）;

SPI_RW_Reg（WRITE_REG + EN_RXADDR，0x3F）;

SPI_RW_Reg（WRITE_REG + RF_SETUP，0x0f）;

SPI_RW_Reg（WRITE_REG + CONFIG，0x0f）;

ei（）;

nRF24L01_CE=1;

datarate = 2Mbps.

}

發(fā)射模式程序

void TX_Mode（void）

{

uchar i;

nRF24L01_CE=0;

di（）;

if（GetRunStateMode（）==LEARN_RUN_MODE）{

SPI_Write_Buf（WRITE_REG + TX_ADDR，TX_ADDRESS1，TX_ADR_WIDTH）;

}

else{

for（i=0;i<4;i++）{

TX_ADDRESS0[i]=_readcharfrom_EE（0xf0+i）;

}

SPI_Write_Buf（WRITE_REG + TX_ADDR，TX_ADDRESS0，TX_ADR_WIDTH）;

}

if（nrf_Pipe==0x00）SPI_RW_Reg（WRITE_REG + RF_CH，0）;

if（nrf_Pipe==0x01）SPI_RW_Reg（WRITE_REG + RF_CH，40）;

SPI_RW_Reg（WRITE_REG + EN_AA，0x3F）;

SPI_RW_Reg（WRITE_REG + EN_RXADDR，0x3F）;

SPI_RW_Reg（WRITE_REG + SETUP_RETR，0x1a）;

SPI_RW_Reg（WRITE_REG + RF_SETUP，0x0f）;

SPI_RW_Reg（WRITE_REG + CONFIG，0x0e）;

ei（）;

nRF24L01_CE=1;

}

本無線應(yīng)答裝置適用于工廠環(huán)境比較嘈雜的場所，實(shí)測通訊距離250K傳輸速率50米，可以外加天線得到更遠(yuǎn)的傳送距離，對比手機(jī)、對講機(jī)等通訊工具來說信息傳遞準(zhǔn)確率高，抗噪聲能力強(qiáng)，現(xiàn)場只需要提供系統(tǒng)的供電電源，無需其余線纜，結(jié)合系統(tǒng)互相校驗(yàn)防錯(cuò)報(bào)警功能，可以提供可靠的信息交互，提高現(xiàn)場人員之間的交流質(zhì)量與效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]李學(xué)海 .PIC單片機(jī)實(shí)用教程[M].第一版.北京航空航天大學(xué)出版社，2002：69-94，19-52

[2]丁錦淘 .PIC單片機(jī)速成教程[M].第一版.電子制作雜志社.2004：3

[3]彭樹生 .PIC單片機(jī)原理與接口技術(shù) 電子工業(yè)出版社 2008.4

[4]王玲，孫冬冬 基于無線傳輸模塊NRF24L01的簡易智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子測試