基于STM32F103控制的NRF24L01多路无线通信设计研究 .pdfVIP

基于STM32F103控制的NRF24L01多路无

线通信设计研究

作者：朱重儒任哲昆

来源：《中国新通信》2018年第1期

【摘要】本文基于STM32F103控制的NRF24L01多路无线通信系统，设计了组网、串口通

信模块，因具有功耗少、有一定的抗干扰能力，但传输的距离少，适合范围较小的无线系统网

络。

【关键词】STM32F103NRF24L01多路无线通信设计

随着智能技术、信息技术的发展，无线通信传输需求明显增强，如针对智能家具系统。本

次研究尝试设计基于STM32F103控制的NRF24L01多路无线通信系统。

一、基本设计

1、NRF24L01无线传输模块与组网。无线传输模块通过计算机、数据系统主要设备，传输

图像具有数据量大优势，目前比较流行的是2.4GHz无线收发芯片，NRF24L01芯片，该频段是

全球开放的频段，能够避免低频信号、各类家电干扰，提高系统的便捷性。在增加天线的情况

下传输200m，可以通过SPI接口进行配置，功耗比较低，放射模式发射功率约为-6dBm时消耗

电流9mA，接收模式消耗12.3mA[1]。NRF24L01模式下在ShockBurst模式下，可以接收6路

通道的数据，每个数据都可以采用不同的地址，但采用前文提到的全球开放的频段，实现多路

无线通信。收到数据后，通过NRF24L01的中断引角IRQ，将核心模块处理程序引入中断，将数

据从无线模块RXFIFO寄存器读取中来。

2、STM32F103单片机。STM32F103系列32位闪存微控制器是一种基于嵌入式开发的突破

性ARMCortex-M3内核，系列不仅大幅度提升中断响应速度，同时具有功效低等优势，最高工

作频率72MHz，有256K字节的闪存，64K字节静态存储器，有太网接口、2个CAN总线接口

等接口配备，80个输入输出接口，2个12位ADC模数转换器，多种定时器。数据采集可以选

择SD存储卡、GPS接收模块、各种类型的感受模块等。无线模块能够自动生成前导码、CRC校

验，发送数据后，IRQ通知STM32跳出中断程序。在模块不同模式下，STM32可以访问FIFO

存储器，先将数据存放，再由SPI数据传输到STM32处理器。SPI是控制芯片、无线放射模块

通信接口，速度可以达到10Mbit/s。以下介绍集中简单的SPI指令格式：RREGISTER,指令

格式，读寄存器，AAAAA为要操作寄存器的地址，又如WREGISTER，指令格式001AAAAA，写寄

存器，AAAAA为要操作寄存器的地址[2]。

3、发收模式。基于STM32F103控制的NRF24L01无线模块发送模式：①将GE拐角电平拉

低，拉高GSN拐角电平进入配置模式。②延时一段时间，32位接收发送地址写入本地寄存器；

③选择频道0，启动ACK应答允许；④设置工作频率，本次研究以2.4GHz，收发采用统一的频

率；⑤设置发生数据长度，本次研究设置为32字节；⑥速度为0-2mBit/s，配置寄存器，设置

工作模式、中断等参数；⑦拉高GE，使芯片进入数据放送模式。接收模式基本与发送模式基本

相同，拉高GE后，使芯片处于接受模式。流程图如下图1-2。

4、串口通信模块。USART是一个全双工收发、接口高度灵活的串行通信设备，可以利用分

数波特率发射器提供较宽范围波特率，字长8位9位、检验控制等，使用数据接收端口、数据

发送端口，前者通过采样技术区域数据、噪声进行数据恢复，后者在单线以及智能卡模式中[3]。

STM32有五组串行通信设备，每组有状态寄存器、数据寄存器、波特比率寄存器、控制寄存器。

5、无线传输模块电路。本文采用电池供电，电源线需要段，布局需要合理，工作电压不超

过5V，避免烧坏芯片，休眠时电流1μA，但与接口电路不发送数据输入时必须低于低电平状态，

直插在印制板上。NRF24L01最佳安装在印制板上，天线要朝上，可以通过FCC认证，适合短

距离传输，加码天线开阔地参考距离大于150m[4]。

二、设计特点以及适用范围

基于STM32F103控制的NRF24L01多路无线通信是一种实用性非常强的系统，本文设计了

无线数据传输通路，配置无线模块相关寄存器、收发模式，实现系统无限传输功能。因功效小，

适应范围广，可用于居家智能系统控制、工地环境监测等小