基于nRF24E1的嵌入式2.4GHz无线接入系统

1、基于nrf24e1的嵌入式2.4ghz无线接入系统在短距离的通信中，无线技术被普遍看好，其中技术由于功耗低和无方向性等优点而受到青睐。通信频率为2.4 ghz的频段是全球开放的ism(工业、科学和医学)频段，用法者无需申请许可证，给开发者和用户带来了很大便利；同时，可以有效地避开低频段信号、各类电火花及家用电器的干扰。由于这一频段具有这些优点，其他的一些应用，如、wlan，也是在这一频段；但蓝牙和wlan对于工业控制、医疗、住所和楼宇装置等设备来说，过于复杂，其成本也过高，很难满足迅速开发和低成本的要求。因此，目前迫切需要一种低成本、低功耗、能够迅速开发应用的计划，来实现设备的无线衔接。另一方

2、面，经过多年的进展，tcp/ip协议已经成为目前被广泛应用于internet的通信协议。在系统中实现tcpip协议栈，利用internet举行远程数据传送，可以实现对远端设备运行状态的监视和控制。在嵌入式tcp/ip平台下利用工作频率为2.4 ghz的无线收发模块nrf24e1，举行短距离的点对多点的无线通信；用无线技术解决最后10 m的通信问题，可实现一种无线接入的解决计划。2 nrf24e1及其通信协议2.1 nrf24e1模块的基本特性nrf24e1是北欧公司(nordic)推出的一款带8051内核的无线收发模块，内部结构1所示。该模块的无线工作于2.4 ghz的ism频段，有多达125

3、个的频点，可通过改频和跳频来避开干扰。nrf24e1的集成度十分高，内部集成了增加型8051内核,2.4 ghz无线收发器,100 ksps的9路10位模数转换器，uart接口，spi接口，输出，内置rc、和唤醒定时器以及特地的稳压。全部高频元件包括、振荡器等，所有集成在芯片内部，因此芯片的性能稳定，受外界环境的影响很小。nrf24e1采纳36脚qfn(6 mm×6 mm)封装，最大传输速率可达1 mb/s，敏捷度为一90 dbm，最大放射功率为o dbm；在较为抱负的环境中，室内传输距离可达3040 m，室外传输距离可达100200 m；其工作为1.93.3 v，工作温度范围为一4

4、0+80。2.2 nrf24e1之间的通信协议nrf24e1的无线数据包格式为其中，preamble是前导码，是硬件自动加上去的；addr是发送的地址，为3240位；payload是有效数据；crc是crc校验和，由内置crc纠检错硬件电路自动加上，可设为o、8或16位。addr、payload和crc的总长度最大为256位，因此，设置较短的地址和校验和能提高传输效率，但也使得牢靠性降低。nrf24e1通过软件设置收发模式、收发频率、接收地址、放射功率、crc校验和的长度、有效数据的长度等。无线收发器有2个频道：频道1可以接收和发送；频道2只能接收，且频道2的接收频率总比频道1高8 mhz；同

5、时，每个芯片可以设置2个地址。收发频率和地址随时都可以通过软件更改，实现改频和跳频；但是，必需通过通信协议解决好，全都的频率和正确的地址才是数据传送的前提。惟独地址符合且校验和正确的包，才干被进一步处理；若有一项不正确，囫囵数据包就被硬件自动丢弃。若地址与校验和相符，则由硬件产生中断drl或dr2，8051才干将数据接收到缓冲区。在同一时刻，nrf24e1只能处于接收或发送模式中的一种。普通以接收模式为待机状态。3 无线接入解决计划系统的解决计划暗示图2所示。nrf24e1主机是无线系统的关键部分。它不但作为接入点，负责与嵌入式tcp/ip模块交换数据，同时也负责与其他无线模块通信。为实现in

6、ternet网络互联，用法以太网控制芯片rtl8019as，并将tcp/ip协议栈嵌入在atmegal28的内部。除此之外，atmegal28内部还实现了一个小型通用的web server，而远端的pc就作为客户端。数据的传送过程是远端pc通过internet发送数据，由rtl8019as接收数据包，再由atmegal28对tcp/lp数据包举行处理，得到pc发送的信息，at-megal28再将数据通过spi接口传送到nrf24e1主机。nrf24e1主机按照内部协议又将数据传给相应的nrf24e1从机，再由nrf24e1从机对各自的设备举行通信或控制。nrf24e1从机给远端pc传送数据为反

7、向的过程。4 接入系统的控制及其实现41 无线系统的控制办法将全部的nrf24e1模块都设置为同一频率，通过设置不同的地址来区别各个无线模块。为了避开多个从机同时给主机发送数据产生矛盾，主机不但要作为接入点，同时要控制囫囵无线系统，避开矛盾。系统采纳主机轮询，从机应答的办法，即主机根据一定的规章，给从机发送一个允许从机发送数据的标记。该标记相当于一个令牌，从机若有数据发送，得到令牌后，可在令牌的有效时光内延续地发送多帧数据。固然，也可以设置只能发送1帧数据，数据发送完毕后必需有一个结束的信号end标记；假如从机没有数据发送，也必需给主机返回end标记，从机的回应可以让主机推断与该从机的通信链路

8、是否正常。主机对无线系统的控制主要是通过令牌来实现的，因此主机对从机的令牌是否有效的推断是其中的关键，而且必需考虑足够的容错性能。可以通过两个办法来推断和控制令牌的有效时光：一是从机收到令牌到返回end标记的时光内令牌为有效，而主机按照从机返回的end标记即可推断该从机的令牌已经失效；二是规定令牌的最大有效时光，从机收到令牌后开头计时，达到规定的最大时光后，令牌自动失效，主机也通过计时来推断从机的令牌是否失效。这两个办法同时起作用。第一个办法可以提高系统效率，避开在空闲的链路上消耗过多的时光，使系统的品质得到提高；而设置最大时光是为了限制一个从机占用通信链路的时光，也可以防止走失end标记甚至

9、通信链路不正常所产生的错误，尽量削减不正常的链路对系统其他部分的影响。固然，主机不仅可以采纳轮询的办法，也可以按照各个从机的通信优先级不同来分配令牌，而且每个从机令牌的最大有效时光也可以不一样。从机必需在令牌的有效时光内才干给主机发送数据，每一时刻惟独一个从机的令牌有效，以避开矛盾。主机要发送数据，必需先查询从机的令牌是否有效。若令牌有效，还必需等从机的end标记到来后，或者时光超过了令牌的最大有效时光，且这时全部从机的令牌都见效，主机才可以发送数据。4.2 系统的实现nrf24e1主机不但要与atmegal28通信，还要与其他nrf24e1从机通信；同时，还要控制囫囵无线系统。因此，nrf2

10、4e1主机是囫囵无线接人系统的关键，它能否高效地运行，关系到囫囵系统的效率。图3所示为。nrf24e1主机在正常状况下的运行流程。主机在令牌发出去以后，就只能处于无线接收的状态，直到从机的令牌无效后才干举行与atmegal28的通信或者给从机发送数据。nrf24e1从机的通相信务要容易得多，另外还有各自的应用。可以用nrf24e1的i/o端口挺直控制设备，也可以衔接其他实现其他功能。因为nrf24e1内置了增加型8051控制器，使nrf24e1成为一种集无线数据接收和发送于一体，以及对数据举行处理的片上系统()，并且有模拟输入和pwm输出，因此，不但可以作为无线接口实现无线数据传送，在一些较为

11、容易的控制系统中，可以用它作为控制核心，无需另接mcu。这使得nrf24e1的应用系统更为简化，大大增加了无线系统的稳定性和牢靠性；同时，也使得开发变得容易，成本进一步降低。在一些较为复杂的系统中，因为nrf24e1的端口有限，惟独256字节的ram空间，805l的处理能力也不是很强。在这样的系统中，可通过衔接功能更为强大的mcu，让mcu举行处理。应用中，采纳了atmegal28，而nrf24e1只作为无线通信的接口，将数据通过uart或spi接口传送到atmegal28，让atmegal28举行较为复杂的运算和处理。图4为atmegal28与nrf24e1的spi接口。nrf24e1为sp

12、i的主机，atmegal28为从机。通过spi接口可使nrf24el与atmegal28的最大通信速率达到2 mbps，因此，传输的速度可以满足大多数场合的应用。本系统可以应用于数据采集系统、信息家电的无线通信接口、住所和楼宇自动扮装置以及工业自动化的无线衔接等场合。上述计划已经在数据采集系统上得到应用，很便利地实现了设备间的无线衔接；而且对原有模块的改动很少，开发时光较短，系统的稳定性很好。结 语蓝牙工作在24 ghz频段，但因为其芯片的成本向来居高不下，产品很难开发，因此到目前为止，蓝牙的产品还是很少。另外，市场尚未浮现非蓝牙不行的应用 需求，蓝牙的一些市场定位能够轻易地被其他更专业的产 品所取代。nrf24e1就