基于nRF24L01和PIC16F877无线数据传输系统设计

　　引言

　　在工业控制现场， 常常需要采集大量的现场数据， 如温度、湿度、气压等， 并将这些数据传输到主机进行处理，由主机根据处理的结果， 将控制信号传输给现场执行模块进行各种操作。可以看出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。基于此，本文设计了一个无线数据传输系统，它应用Microchip公司的PIC16F877单片机控制Nordic公司的无线数字传输芯片nRF24L01 ，通过无线方式进行数据双向传输。实验结果证明：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。

　　1.系统总体结构设计

　　图1为系统设计总体框图。此无线数据传输系统主控制芯片采用Microchip公司的PIC16F877微处理器，它负责控制无线芯片L01，实现数据的无线传输。为了进行多通道的数据采集，这里采用10片A/D进行分时采样，它们的工作时序则由CPLD来控制，每路采集的数据经单片机处理后无线发射，至于何时采样，则由单片机发的Trigger信号决定。 在与计算机的通讯方面，系统采用USB芯片通过USB口将无线接收数据送入计算机，并存储在一个二进制文件内，当传输完毕后，运行VB读数软件，可将采集的信号读出以供分析。

　　2.系统硬件设计

　　2.1 数据采集部分

　　数据采集部分主要由传感器、低通滤波放大器、A/D以及CPLD组成，电源管理则主要为各个芯片提供合适工作电压，并为CPLD提供1MHZ主时钟输入。此系统采用10片AD7492，可进行10路模拟信号的采样。CPLD主要控制10片A/D的采样和读数时序，采样率由CPLD内部分频器和无线传输率大小决定。为了配合无线传输模块的工作，这里采用触发采样。即在CPLD内部设计D触发器，并用VCC连接D输入端，Trigger信号作为时钟输入，如图2所示。系统上电后，CPLD便检测其引脚Trigger端，当出现上升沿时， D触发器输出高电平，打开与非门，Convast就会输出1KHz信号，A/D采样开始。

　　2.2 无线传输部分

　　数据传输主要利用PIC16F877单片机对无线射频芯片L01的控制实现的。nRF24L01是单片射频收发芯片，工作于2.4～2.5GHzISM频段，工作电压为1.9V～3.6V，工作温度为- 40℃～+ 85℃，有多达125个频道可供选择，最高通信速率2Mbit/s ，具有自动应答和重发功能，其工作参数全部通过芯片状态字配置，而这些配置字是由PIC16F877通过SPI[1]访问L01的。L01主要技术为：