基于ARM和nRF24L01的无线数据传输系统

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　　1 引言
　　由于无线数据通信不用布线，快速布局，因此具有有线数据通信无法比拟的便捷性，在特殊场合具有不可替代性。然而，传统的由基本射频集成电路搭建的无线数据通信系统存在电路复杂，成本高，传输速率低，可靠性差等缺点。为此，Nordic公司推出一款工业级内置硬件链路层协议的低成本单芯片nRF24L01型无线收发器件。该器件采用GFSK调制，128个频点自动跳频，片内自动生成报头和CRC校验码，具有出错自动重发功能，这些特性使得由nRF24L0l构建的无线数据传输系统具有成本低，速率高，传输可靠等优点。
　　2 nRF24L01简介
　　图l给出nRF24L0l的引脚排列。nRF24L01工作于2．4"2．5 GHz ISM频段，内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，并融合了Enhanced ShoekBurst技术。其中，输出功率、通信频道、自动重发次数等参数可通过编程设置。内置的SPI接口，其速率为0～8Mb／s，MCU通过SPI接口控制nRF 24L0l。nRF24L01的特点如下：①功耗低。能够在以一6 dBm的功率发射时，工作电流只有9 mA；在以0 dBm的功率发射时，工作电流仅11．3 mA；而在接收时，工作电流仅12．3 mA，因此具有掉电和空闲多种低功率工作模式。②体积小，采用QFN20封装。③供电电压为1．9"3．6 V，可方便集成到各种电子器件。



　　3 LPC214x简介
　　IPC214x系列是Philips公司的基于ARM7内核的高性能器件，与LPC213x系列器件相兼容，并增加了一些新功能，性能得到了大大的提升。LPC214x系列器件最大特色是内置2kB终端RAM的USB 2．0全速控制器，1个(LPC2141／42)或2个(LPC2144/46/48)10位A/D转换器，多个串行接口，包括2个UART、2个高速I2C总线、SPI和具有缓冲作用及可变数据长度的SSP。LPC214x系列器件采用单电源供电，具有上电复位(POR)和掉电检测(BOD)电路。相对于普通ARM7来说，LPC214x还提升了I／O端口的速度，并且内置8—40 KB的静态RAM和32"512 KB的高速Flash存储器；工作频率高达60MHz；采用超小型LQFP64封装。


　　4 系统硬件设计
　　该系统采用模块化设计，主要由LPC2144、nRF24L01、射频功放和天线模块组成。其中，射频功放采用台湾K一BEST公司的2.4 G双向功放模块。图2是系统总体设计图。上位机为PC机，LPC2144与nRF24L01连接，根据需要配置2．4 G功放和增益天线模块。如果配置0．5 W功放和高增益天线，则传输距离可达5"10 km。下位机为嵌入式平台，该嵌入式平台可以是单片机、ARM、DSP和FPGA，nRF24L0l可通过SPI接口直接与嵌入式平台连接。



　　图3给出LPC2144与nRF24L0l的硬件接口设计。配置LPC2144的P0．2、P1．19作为GPIO端口分别与nRF24L0l的CE和CSN连接；配置LPC2144的P0．4、P0．5、P0．6作为SPIO端口分别与nRF24L0l的SCK、MISO、MOSI连接：配置LPC2144的P0．16作为EINT0端口与nRF24L0l的IRQ连接。



　　5 系统软件设计
　　发送端LPC214x完成初始化后，把nRF24L01配置成PTX工作模式。若从上位机接收到数据，则启动nRF24L01发送数据。若发送成功，则产生TX_DS中断；若重发超限，则产生MAX_RT中断；若发送成功，则继续发送，否则进行出错处理。接收端LPC214x完成初始化后，把nRF24L0l配置成PRX工作模式。当正确接收数据时，nRF24L0l产生接收中断标志，LPC214x从nRF24L01读取数据并向下位机发送。图4给出软件流程图。软件开发环境为ADSl．2。