基于nRF24E01的無線溫度采集系統設計

溫度采集系統所采集的溫度信息通常通過RS485、CAN總線通信方式傳輸至上位機，但這種方式維護較困難，不利于工業現場生產；而無線通信GPRS技術傳輸距離長，通信可靠穩定，但設計復雜、成本昂貴、后期運轉成本高。本設計采用工業級內置硬件鏈路層協議的低成本單芯片nRF24E01無線收發器件實現系統間的無線通信，完成無線信號的接收、顯示及報警功能。

nRF24E01簡介
nRF24E1收發器是Nordic VLSI推出的系統級芯片，采用先進的0.18μs CMOS工藝、36引腳QFN封裝。以nRF2401/02芯片結構為基礎，將射頻、8051MCU、9輸入12位ADC、125通道、UART、SPI、PWM、RTC、WDT全部集成到單芯片中。nRF24E01是一款工業級內置硬件鏈路層協議的低成本無線收發器。該器件工作于2.4GHz全球開放ISM頻段，內置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調制器等功能模塊，并融合增強型ShockBurst技術，其輸出功率和通信頻道可通過程序配置。擁有ShockBurst和Enhanced ShockBurst兩種數據傳輸模式。nRF24E01功耗低，以-6dBm的功率發射時，工作電流僅9mA；接收時，工作電流僅12.3mA，多種低功率工作模式(掉電和空閑模式)更利于節能設計。nRF24E1/nRF24E2適用于無線鼠標和鍵盤、無線手持終端、無線頻率識別、數字視頻、遙控和汽車電子及其他短距離無線高速應用。

系統硬件設計
系統硬件設計主要由采集發送和接收顯示兩部分組成。圖1為采集發送電路原理圖，該電路主要由溫度傳感器DS18B20和nRF24E01組成。

圖1 采集發送電路原理圖

DSl8B20是DALLAS公司生產的單總線數字1-Wire溫度傳感器，可把溫度信號直接轉換成串行數字信號供單片機處理，采用1-Wire接口，數據端DQ通過4.7kΩ的上拉電阻接NRF24E01。nRF24E01的任意IO端口都可通過程序模擬DQ通信信號，但需在編程時注意，這里接至P1端口。采集到的溫度數據經過NRF24E01內部調制、混頻無線傳輸到接收模塊，接收模塊可以顯示或將所采集的數據通過串口發送至PC進行處理。

系統軟件設計
數據采集發送部分上電后首先配置nRF24E01的相關寄存器．使其工作在發射狀態，然后復位DSl8B20，向DSl8B20發送溫度轉換命令，讀取已轉換的溫度值，然后由nRF24E01發送．由于DSl8B20采用的是單線讀寫方式，需采用軟件模擬實現1-WIRE通信。因此應嚴格按照1-Wire的時序要求編寫。復位要求nRF24E01將數據線下拉500μs，然后釋放，當DS18B20收到信號后等待1660μs，后發出60240μs的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復位成功，其流程如圖2所示。