nRF2401三点通信设计.doc

沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文） PAGE 37 - 第1章 绪论 随着传感器网络技术的发展，传感器网络在物联网的应用成为目前电子信息技术的热点，本题目选取nRF2401无线通信芯片作为收发模块来实现节点之间的无线数据通信，包括：研究一种适合与传感器网络应用的无线通信协议，开发基于nRF2401的嵌入式51单片机的协议栈，并能够实现nRF2401的信道选择、数据通信、差错处理等基本功能。 1.1 课题来源 WSN网络技术一经提出，就迅速在研究界和工业界得到广泛的认可。1998年到2003年，各种与无线通信、Ad Hoc网络、分布式系统的会议开始大量收录与WSN网络技术相关的文章。2001年，美国计算机学会(ACM)和IEEE成立了第一个专门针对传感器网络技术的会议International Conference on Information Processing in Sensor Network(IPSN)，为WSN网络的技术发展开拓了一片新的技术园地。2003年到2004年，一批针对传感器网络技术的会议相继组建。ACM在2005年还专门创刊ACM Transaction on Sensor Network，用来出版最优秀的传感器网络技术成果。2004年，Boston大学与BP、Honeywell、Inetco Systems、Invensys、Millennial Net、Radianse、Sensicast Systems等公司联合创办了传感器网络协会，旨在促进WSN技术的开发。2006年10月，在中国北京，中国计算机学会传感器网络专委会正式成立，标志着中国WSN技术研究开始进入一个新的历史阶段。 基于以上信息，可以看出无线网络在以后的发展上有这巨大的潜力，所以我在毕业设计中设计了一个简单的无线网络节点机，可以实现点对点、点对多点和路由转发功能。 1.2 设计任务 本论文主要完成的任务有：熟悉nRF2401的性能、特点及使用方法；熟悉51单片机的指令系统和编程方法；设计无线数据传输模块的通信协议，协议要求提供基本的信道选择、数据通信、差错处理、路由转发等功能，数据编码及格式等；使用C语言来实现协议栈设计。 在此基础上，要去了解TCP/IP、UDP、802.11、802.15.4等协议，参考这些协议完成自己的毕业设计，了解无线局域网的基本结构和无线局域网在现实中的应用。 本论文主要实现的功能有：完成点对点通信、点对多点通信、路由转发通信。给出详细的协议设计过程、实现协议的基本功能、实现nRF2401的数据通信。 第2章 方案分析 对于nRF2401的无线传感器节点机的设计主要有三个部分：发送数据、路由转发数据和接收数据。 对于这三个部分，都研究的是信道选择、数据通信和差错处理上，而对于路由转发，主要有两个方法，第一种方法是利用泛洪的思想，第二种方法就是建路径表。无线节点机的系统测试模型图如图2.1所示。 单片机A 单片机A nRF2401 nRF2401 单片机B nRF2401 单片机C 图 2.1 无线节点机测试模型 在这个测试模型中，单片机A与nRF2401组成网络节点A，单片机B与nRF2401组成网络节点B，单片机C与nRF2401组成个网络节点C。在数据传输过程中，A向B发送数据，如果A、B两个节点的距离大于nRF2401本身的传输距离，但是A、C节点和B、C节点的距离为nRF2401有效传输距离，那么A发送的数据可以通过C节点将数据转发到B节点。 nRF2401是一款工作在2.4~2.5GHz世界通用ISM频段的单片无线收发器芯片。无线收发器包括:频率发生器、增强型Shock Burst模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器、解调器。输出功率、频道选择和协议的设置可以通过SPI接口进行设置。 nRF2401具有极低的消耗电流，当工作在发射模式下，发射功率为-6dBm时电流消耗为9.0mA，接收模式时为12.3mA。掉电模式和待机模式下电流消耗更低。 2.1信道选择 无线网络中，信道选择的重要性不言而喻。在nRF2401中，在配置为接收模式时可以接收6路不用地址(通道0到通道5)的相同频率的数据。每个数据通道拥有自己的地址并且可以通过寄存器来进行分别配置。通常情况下不允许不同的数据通道设置完全相同的地址。 所有数据通道可以设置多达40位地址，数据通道0有40位可配置地址，是唯一的一个可以配置为40位自身地址的数据通道。数据通道1~5的地址为32位共用地址+各自的地址的最低字节，其中共用地址必须相同而各自的地址必须不同。如图2.2所示。 图 2.2 数据通道0~5的地址配置 当从一个数据通道中接收到数据，如果数据通道设置为应答方式的话，那么nRF2401在收到数据后产生应答信号，此应