基于nrf2401的无线数据传输系统的设计与实现

曲镇帮 田江伟 郑琳

【摘要】本文介绍基于NRF24L01的超声波无线测距系统，通过HC-SR04超声波测距模块和NRF24L01无线传输模块将采集端采集到的距离数据实时发送给STM32单片机，实现超声波远距离的遥测。STM32单片机主机接收显示报警部分负责接收超声波检测的距离并在OLED12864显示屏上显示。

【关键词】NRF24L01;超声波数据采集;OLED12864显示

一、系统硬件电路设计

整个系统主要分为两大部分，即两块无线收发系统部分，无线数据传输接收系统模块电路和无线数据传输发送系统模块电路，系统的结构框图如图1所示。

（一）HC-SR04超声波测距电路设计

超声波测距模块选用的是HC-SR04模块，测距精度最高达到3mm。此模块包含控制电路、超声波发生器与接收器。超声波测距模块采用IO口TRIG触发测距，至少给10us的高电平信号。模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回。有信号返回，通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。

（二）NRF24L01无线收发电路设计

NRF24L01工作于2.4 GHz～2.5 GHz ISM频段。NRF24L01内置很多功能模块，包括晶体振荡器、功率放大器、频率合成器、调制器等模块，通过程序进行配置输出功率和通信频道。NRF24L01是高斯频移键控调制，硬件集成OSI链路层，它有自动应答、自动再发射功能，片内自动生成报头和CRC校验码，SPI速率为0 Mb/s～10 Mb/s，与其他NRF24系列射频器件相兼容，供电电压为1.9 伏～3.6 伏，传输距离小于5米。

（三）OLED数据显示电路设计

OLED12864是128×64行点阵的OLED单色、字符、图形显示模块，其接口电路和操作指令简单，具有8位并行数据接口，读写时序适配6800系列时序，可直接与8位微处理器相连。其中2管脚与单片机PB6链接，控制OLED12864 12C总线的SCL功能。1管脚与单片机PB7链接，控制OLED12864 12C总线的SDA功能。

二系统软件设计

（一）无线数据传输系统主程序设计

首先对发送和接收部分分别进行系统初始化，然后发送部分的超声波模块检测距离，经过初始化后接收部分开始接受发送端发送的数据并进入判断程序当接收到数据未到达报警值时，程序直接进入OLED显示模块显示出来;当接收到的数据达到报警值时，会产生声光报警，并在OLED显示模块上显示出来。

无线数据传输系统主程序流程图如图2所示。

（二）HC-SR04超声波测距电路子程序设计

HC-SR04超声波测距电路在工作之前会对串口1进行初始化，对SPI接口初始化，显示器初始化。初始化后进行数据采集，将数据通过NRF24L01芯片、STM32单片机发送到无线数据传输接收系统。

（三）无线数据传输收发系统子程序设计

发送端：首先对系统进行初始化，設置为发送模式，超声波传感器开始工作对距离进行测量，然后将结果送至显示器与无线收发电路进行显示与数据发送，在显示屏上显示HC-SR04距离检测传感器测的数据值。检测到数据后，通过NRF24L01模块将数据信息发送给接收模块，在显示屏上显示当前检测出的距离。

接收端：无线数据传输接收系统与无线数据传输发送系统相类似，系统在工作之前要进行初始化，按照程序设计开始读取接收到的数据，判定后进行数据处理与显示，在显示屏上显示HC-SR04超声波检测传感器测的距离值。检测到数据后，在OLED显示屏上显示当前检测出的距离，通过接收端读取NRF24L01寄存器。并通过OLED显示模块进行显示，显示完毕后返回NRF24L01。如果超出设定的距离，报警器进行报警。如果接收不到数据则继续检测。

（四）OLED数据显示电路子程序设计

OLED数据显示电路在工作之前会进行系统初始化。初始化后等待无线数据传输发送系统采集端采集到的数据，接收到数据后进入判断程序，当无线数据传输发送系统采集端发送的数据在测量范围内时，OLED模块上显示数据并有声光报警，程序流程结束;当无线数据传输发送系统采集端发送的数据不在2cm-400cm范围内时，OLED模块上没有显示数据，程序继续进入判断部分。

三、结论

本设计的研究工作已经基本达到预期的要求，系统设计了包括超声波检测、NRF24L01无线传输等模块，操作方便和容易修改。可实现在室内、室外测量距离，不仅方便易操作，成本低廉而且能够实现数据的实时传输。

参考文献：

[1] 李杜.基于HC-SR04的超声波测距装置算法研究[J].科技世界，2012，（38）：38-40.

[2] 董浩，黄凯，张渭澎.单片机技术在智能电流源设计中的应用[J].电气时代，2015（08）： 110-113.

[3] 李维諟，郭强.最新液晶显示应用[M].北京：电子工业出版社，2014：56-59.

[4] 陈城，李瑞祥，刘婷婷，刘毅.基于NRF24L01的无线数据传输系统研究[J].电子科技， 2016，（11）22-24，27.

作者简介：

曲镇帮、田江伟，男，沈阳工学院。郑琳（通讯作者），女，汉族，辽宁人，沈阳工学院，教师，讲师，硕士学位。