畢業(yè)設計之基于NRF24L01的IMU數(shù)據(jù)無線傳輸系統(tǒng)設計

1、設 計 題 目目：基于NRF244L01的IIMU數(shù)據(jù)無無線傳輸系統(tǒng)統(tǒng)設計 2011年年 1月 18日畢 業(yè) 設 計計 開 題 報 告1結合畢業(yè)設設計情況，根根據(jù)所查閱的的文獻資料，撰撰寫20000字左右的文文獻綜述：文 獻 綜 述述1.1數(shù)據(jù)無線線傳輸系統(tǒng)設設計的研究背背景數(shù)據(jù)是指用來描描述客觀事物物的數(shù)字、字字母、符號等等等1，隨著科技技的進步，人人類社會已經經進入了數(shù)字字化信息化的的時代，因而而數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡馁|量和速度度都提出了更更高的要求。針對目前信息化的的狀況，原有有的有線傳輸輸系統(tǒng)雖完成成了數(shù)字化與與網(wǎng)絡化，但但復雜的布線線、高昂的維維護成本使的的網(wǎng)絡節(jié)點的的分布范圍受受到了很大的的

2、限制，這在在很大程度上上阻礙了數(shù)據(jù)據(jù)傳輸信息化化的深入與普普及。因此，對對于無線數(shù)據(jù)據(jù)傳輸?shù)男枨笄笕找嫫惹小?無線數(shù)據(jù)傳輸就就是指利用無無線電波作為為數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡拿浇椋瑢⒈颈镜赜嬎銠C或或其他設備的的數(shù)據(jù)信息調調制到載波頻頻率上發(fā)射，從從而和遠程終終端之間實現(xiàn)現(xiàn)通訊的技術術6。它涉及到到計算機技術術、信息技術術、以及網(wǎng)絡絡技術等多個個學科領域。通通過無線傳輸輸系統(tǒng)，人們們可以獲取遠遠端設備的運運行情況以及及各種參數(shù)指指標，通過對對采集到的數(shù)數(shù)據(jù)的分析從而實實現(xiàn)遠程管理理、遠程控制制等功能。近十幾年來，隨隨著移動通信信技術飛速發(fā)發(fā)展，越來越越多的信息采采集和遠程控控制系統(tǒng)采用用了無線數(shù)據(jù)據(jù)傳送技術

3、。與與有線數(shù)據(jù)傳輸相比，無線數(shù)數(shù)據(jù)傳輸布線線成本低、安安裝簡便、便便于移動的優(yōu)優(yōu)點，使其在在遙控遙測、門門禁系統(tǒng)、無無線抄表、小小區(qū)傳呼、工工業(yè)數(shù)據(jù)采集集、無線遙控控系統(tǒng)、無線線鼠標等領域域都得到了廣廣泛的應用，而而且它在高科科技領域的應應用也正在迅猛發(fā)發(fā)展，比如衛(wèi)衛(wèi)星、導彈、無無人偵察機等等的數(shù)據(jù)采集集，遙控機器器人等的控制制，以及一些些監(jiān)控設備等等。此外，在現(xiàn)代軍軍事通訊領域域方面，無線線傳輸技術也也有重要的戰(zhàn)戰(zhàn)略地位。在在未來高科技技戰(zhàn)斗中，由于軍軍事衛(wèi)星通訊訊手段在未來來戰(zhàn)爭中容易易被摧毀且難難以緊急恢復復，所以人們可可以利用無線線短波、超短短波等方式實實現(xiàn)數(shù)據(jù)是無無線傳輸，因因而取得

4、戰(zhàn)爭爭中的主動權權8。民用用方面，在一一些線路架設設比較困難的的地方，或者者有天然的阻阻隔的地理條條件較復雜較較惡劣的地方方數(shù)據(jù)的無線線傳輸便顯示示出了巨大威威力。無線傳傳輸還便于通通訊設備移動動，具有明顯顯的靈活性。1.2數(shù)據(jù)無線線傳輸?shù)陌l(fā)展展現(xiàn)狀及前景景進入二十一世紀紀，無線數(shù)據(jù)據(jù)通訊技術在在我國蓬勃發(fā)發(fā)展，也得到到了信息產業(yè)業(yè)部以及各行行各業(yè)的高度度重視，因為為任何有線數(shù)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡絡只能是網(wǎng)狀狀覆蓋，而無無線數(shù)據(jù)傳輸輸網(wǎng)可達到真真正的面覆蓋。目前前主要的短距距離無線數(shù)據(jù)據(jù)傳輸技術主主要有藍牙、ZZigbeee、IEEEE802.111x、微功功率短距離無無線通訊技術術10，與已具備備相

5、當規(guī)模的的無線長距離離通訊網(wǎng)絡（比比如蜂窩移動動通訊網(wǎng)、衛(wèi)衛(wèi)星數(shù)據(jù)通訊訊）相比，短短距離無線通通訊系統(tǒng)在基基本結構、服服務范圍、應應用層次以及及通訊業(yè)務（數(shù)數(shù)據(jù)、話音）上上，均有很大大不同。下面面分別介紹這這幾種無線傳傳輸技術。藍牙技術（Blluetoooth）主要要面對網(wǎng)絡中中的各種數(shù)據(jù)據(jù)和語言設備備，通過無線線方式將它們們連接起來，從從而方便快速速的實現(xiàn)數(shù)據(jù)據(jù)傳輸，它使使用2.4GGHZ的ISSM頻段，最最大傳輸率11Mbit/s ；IEEEE8022.11x的的技術標準是是無線局域網(wǎng)網(wǎng)的國際標準準，也是用22.4GHZZ的ISM頻頻段，協(xié)議主主要在OSII的物理層和和數(shù)據(jù)鏈路層層，雖然傳

6、輸輸速度快，但但此類設備比比較昂貴，技技術復雜；ZZigbeee是一種新型型的短距離、低低速度、低功功耗無線網(wǎng)絡絡技術，是一一種介于無線線標記技術和和藍牙之間的的技術，基于于IEEE無無線個人區(qū)域域網(wǎng)標準，數(shù)數(shù)據(jù)傳輸速率率通常為100kb/s到到250kbb/s，有效效覆蓋范圍110到75米米，由于其協(xié)協(xié)議簡單、成成本低、網(wǎng)絡絡容量大等優(yōu)優(yōu)點，使其在在無線傳感網(wǎng)網(wǎng)絡中得到廣廣泛的應用。在未來，短距離離無線數(shù)據(jù)傳傳輸將向著更更高傳輸速率率、更高傳輸輸精確度的方向發(fā)發(fā)展，而且傳傳輸設備的成成本也會進一一步降低，傳傳輸協(xié)議也會會進一步簡單單，從而是短短距離無線通通訊走入我們們的生活，給給我?guī)砀喽?/p>

7、方便。1.3本課題研研究的意義 本次次課題研究的的內容是通過過C80511F020單單片機控制無無線數(shù)據(jù)傳輸輸芯片NRFF24L011，以此來實實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無無線傳輸，無無論是在國防防軍事方面，還還是民用通訊訊方面都有很很重要的研究究意義。 慣性性測試單元（IIMU）具有有的特點是實實時性，因為為零偏會隨著著時間的變化化而變化，必必須隨時進行行跟蹤 。當當系統(tǒng)裝入彈彈體后，必須須通過無線數(shù)數(shù)據(jù)發(fā)送模塊塊將系統(tǒng)實時時的零偏、標標度因數(shù)等參參數(shù)隨時發(fā)送送到地面，這這樣可以得到到實時的數(shù)據(jù)據(jù)，進行實時時解算，得到到解算的參數(shù)數(shù)，從而可以以對導彈的飛飛行姿態(tài)等各各種參數(shù)進行行實時的調整整。所以，本本課題

8、通過單單片機控制，將將IMU采集集到的數(shù)據(jù)實實現(xiàn)短距離的的無線傳輸，在在測試領域具具有重要的意意義。 畢 業(yè) 設 計 開 題題 報 告2本課題要研研究或解決的的問題和擬采采用的研究手手段（途徑）：2.1本課題研研究的問題 學習CC8051FF020單片機機工作原理，用C語言編寫單片機程序，控制單片機采集IMU的輸出，并將其轉換為數(shù)字數(shù)據(jù)，傳輸給無線射頻模發(fā)射塊（NRF24L01無線傳輸芯片）。用同樣的原理設計無線接收模塊，將無線發(fā)射的數(shù)據(jù)接收，并通過串口傳送數(shù)據(jù)給上位機。2.2方案介紹紹2.2.1方案案的整體設計計思路通過單片機(CC8051FF020)將將IMU單元元輸出的六路路模擬數(shù)據(jù)采采

9、集，再利用用單片機內部部的AD轉換換部分將模擬擬信號轉換成成數(shù)字信號，然然后通過SPPI總線將數(shù)數(shù)據(jù)傳輸給無無線發(fā)送芯片片(NRF224L01) ,無線發(fā)送送芯片將數(shù)據(jù)據(jù)發(fā)送出去。同同樣，接收端端單片機(CC8051FF020)通通過SPI總總線控制接收收端芯片，將將無線傳輸過過來的數(shù)據(jù)接接收，并將數(shù)數(shù)據(jù)傳送給上上位機，從而而實現(xiàn)了對IIMU數(shù)據(jù)的的采集、轉換換、無線傳輸輸、以及存儲儲。 系統(tǒng)整整體流程圖如如圖1所示： 圖1. 整整體設計流程程圖2.2.2 數(shù)據(jù)采集模模塊單片機C80551F0200內部有實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉轉換所需要的的ADC和DDAC，其中中ADC有兩兩個，一個是是9通道12位位分辨

10、率的逐逐次逼近寄存存器型ADCC，另一個是是8通道8位位分辨率的逐逐次逼近寄存存器型ADCC，轉換方式式、速率等都都可通過程序序設置。從IMU采集到到的6路傳感感器數(shù)據(jù)是模模擬信號，通通過端口Aiin0 Ain7被被采集到單片片機內部，通通過內部的AAD轉換電路路將模擬信號號轉換成8位位精確度的數(shù)數(shù)字信號，并并將數(shù)據(jù)存儲儲到數(shù)據(jù)字寄寄存器中，等等待進一步將將其傳送到無無線數(shù)據(jù)發(fā)送送芯片內部。 2.2.3數(shù)據(jù)據(jù)傳送輸模塊塊單片機C80551F0200有三個串行行口，其中SSMbus是是兼容于I22C串行擴展展總線，還有有SPI串行行擴展接口，以以及兩個增強強型UARTT串口，它們們可同時與外外界

11、進行串行行數(shù)據(jù)的傳輸輸。本次課題題研究采用是是的是SPII串行外設接接口，它是一一個4線（MMOSI、MMISO、SSCK、NSSS）、全雙雙工串行總線線，支持在同同一總線上將將多個從器件件連接到一個個主器件上，可以通過程序設計工作方式。通過編寫程序，將轉換完成的數(shù)字信號通過SPI串行外設接口傳送到無線數(shù)據(jù)發(fā)送芯片NRF24L01中。2.2.4數(shù)據(jù)據(jù)發(fā)送模塊 無線射射頻芯片NRRF24L001工作于22.4GHZZ的ISM頻頻段，具有高高達2Mbpps的傳輸速速度，內置CCRC校驗和和出錯重傳機機制，在2MMbps的速速度下，接收收電流僅為112.3mAA ，發(fā)送電電流僅為111.3mA ，功

12、耗很低低。發(fā)送端單片機CC8051FF020可以以通過編寫語言程序對對無線射頻芯芯片NRF224L01的的參數(shù)進行設設置，將其設設置為發(fā)送模模式，然后等等待外部中斷斷的輸入，當當中斷輸入，則則控制芯片將將數(shù)據(jù)發(fā)射接接收模式，如如果在有效應應答時間內收收到應答信號號，則認為數(shù)數(shù)據(jù)成功發(fā)送送到接收端，如如果沒收到則則重新發(fā)送數(shù)數(shù)據(jù)，若自動動重發(fā)計數(shù)器器ARC_RRT溢出，則IRQ引引腳產生中斷斷，通過寫狀狀態(tài)寄存器來來復位。若收收到應答信號號，則認為數(shù)數(shù)據(jù)成功發(fā)送送到接收端，則則繼續(xù)發(fā)送TTX FIFFO寄存器中中的下一包數(shù)數(shù)據(jù)。2.2.5數(shù)據(jù)據(jù)接收模塊接收端單片機CC8051FF020可以以通過

13、輸入語言程序對對無線射頻芯芯片NRF224L01的的參數(shù)就行設設置，設為接接收模式以接接受檢驗信號號。接收到檢檢驗信號后，NNRF24LL01的自動動應答功能會會發(fā)送應答信信號給發(fā)送端端已確認收到到信號，接著著NRF244L01通過過IRQ 中中斷通知接收收端單片機，單單片機進行數(shù)數(shù)據(jù)接收并將將其傳送給上上位機。接收端的單片機機在接收到中中斷的同時，要要同發(fā)射端芯芯片進行時間間上的協(xié)同，以以此來保證發(fā)發(fā)送和接收的的配合。最后后清除NRFF24L011的狀態(tài)寄存存器，再次為為下一次數(shù)據(jù)據(jù)的接收做好好準備。2.3 軟件設設計模塊2.3.1發(fā)射射部分程序設設計先編寫初始化程程序，設置單單片機的初始始狀態(tài)，再寫寫AD轉換程程序，將模擬擬信號轉換為為數(shù)字信號。然然后，編寫時時序，從寄存存器中讀出數(shù)數(shù)據(jù)，發(fā)送