项目设计的前言：作为一个嵌入式的工程师，在编写代码时候，难免会遇到不同电平之间的转换。例如：RS485通讯方式，RS232，TTL信号，为了查看通讯之间数据的正确性，经常使用到不同的电平转换模块，还需要一个USB转串口工具，将数据上传到PC端，这样我们才能将查看控制器或者是负载返回的数据，为了避免调试代码起来方便，让自己的工作变得整洁，方便我们自己的工作，前端时间正好研究SPI通讯方式的NRF24L01这款无线芯片，利用业余时间做了一个无线通讯模块。在这里分享一下开发的经验。

一：部分原理图设计：

. g9 h' S% w/ e
4 t6 p, I$ z' w& b/ E
二：PCB图展示：
4 c; [# Y, W" |( M" w& |- S

三：软硬件设计的思路：
, t$ }6 u9 y' ?* e
& M1 o( {. X. S! i4 z6 D/ S在本次项目中使用主控为STM32F103C8T6芯片，当时使用该块芯片是因为该款芯片具有USB功能，该芯片可以虚拟一个USB的串口进行数据交互，而且封装也比较小，在PCB布局方面比较简单。

无线模块采用的是一款SPI通讯的NRF24L01芯片，在实际的使用过程中比较稳定，可以满足数据之间的交互。
' C3 X6 L( y% w# t
: l7 g9 Q. T1 G- m  d7 _% w软件设计思路：利用串口1的引脚的接收发送引脚，使用消息队列的方式，可以将USB下发的的数据发送出去。
5 u: u( P6 a+ H( X7 T# M* Y: p
使用串口2完成与SPI之间的交互，
* Y; j* W7 C; c2 r
$ J& _9 O2 h( `& k% x* s/ m! M3 m软件配置参数：使用STM32cube MX软件生成USB，SPI，串口底层的驱动部分，这样开发起来也比较容易；

cube软件配置图如下，主要是对该项目中使用到的引脚进行配置

/ h, r5 j0 a( ]% A9 Z0 p( J. G, a
' r+ b+ m: i9 f1 [2 [6 z- m( u. z
: @" g# S& V% j部分软件代码：
4 o+ T$ c& h% s- A5 k0 j2 @# L
```abc
) O2 f2 `  U$ Q2 M& X                if(sd == 0)
+ i$ U5 \$ |/ i                {
; Y( N9 v6 S, g                        USART_Cmd(USART2, ENABLE);                    //使能串口
+ X* z  W$ L; w% c, ]' e' V# S                        if(        linecoding_old.bitrate != linecoding.bitrate ||
  R9 I( `9 i- v2 j" R                                        linecoding_old.datatype != linecoding.datatype ||
                                        linecoding_old.format != linecoding.format ||
6 P, U; B; r7 t& H                                        linecoding_old.paritytype != linecoding.paritytype )
                        {
  z. T3 p  G1 ^9 e& c& L                                if(        usart2_flag == 0 )
! A2 K# }; ?* C; ^6 O, O9 ?                                {
" B4 b5 p' X% c' l$ ?! t) L* B                                        uart2_config_change(linecoding);
  I& e6 j0 Y! C- Y8 R6 i) S                                        memcpy((void *)(&linecoding_old),(void *)&linecoding,sizeof(linecoding));
                                }
7 X+ u+ h8 S. S# h4 z* J6 E. f                        }
                        else if(queue_size(&Qusart2Send) > 0 && usart2_flag == 0)
                        {
                                QueueElementByte data_byte;
                                usart2_flag = 1;
                                if(dequene(&Qusart2Send,&data_byte) == 0 )
                                {
: `4 R0 D: x9 H; f/ I                                        USART_SendData(USART2,data_byte.buffer);
                                }
3 q9 y  L- g7 U$ a; J+ O) q                                USART_ITConfig(USART2, USART_IT_TXE, ENABLE);//开启ENABLE/关闭DISABLE中断
* Z2 `! c. e/ a, o7 W                        }
              
                        if(GetEPRxStatus(ENDP6) == EP_RX_NAK)
0 ^/ p. D& D8 c5 J& x4 s& S4 }( J                        {
% t- [, {! o+ y' P5 B1 c, T2 x                                SetEPRxValid(ENDP6);
  j# H  A& _' D) ^/ y! y1 X& L                        }
                        if(GetEPRxStatus(ENDP4) == EP_RX_NAK)
1 i  i; R! b: {2 v/ {                        {
0 c% I- O  g: y0 U3 b9 L$ r                                if(CDC_MAXSIZE - queue_size(&Qusart2Send) >= 64 )
                                        SetEPRxValid(ENDP4);
                        }

                        if(nrf_state == 0)
; `. ~+ @+ M! ~" G- b                                NRF24L01_TxPacket(buffer,1);
; P3 \, N9 X$ Z" g) j                }
                else
7 ]* O6 i. Z" b" K                {
4 ~" I( D6 L; w/ K2 h& w7 M                        USART_Cmd(USART2, DISABLE);                    //失能串口
                        if(nrf_state == 0)
' w( U! B6 m- M& _) C6 @8 L                        {
6 T5 b+ n! d0 l, `* u8 d+ [; s5 T, ]3 i                                if(dap2nrf_Data() == -1)
" A1 V3 p8 N5 E6 ^% T) x                                {
2 T9 D1 I, v6 A2 r3 j" P: r                              
8 H" D5 j; q+ y2 d' q, S( u* P                                        if(GetEPRxStatus(ENDP6) == EP_RX_NAK)
' s* p4 R) V$ Z# u  F  |" Y7 W                                        {
  H4 T9 N9 p9 _( l) ?2 }  a                                                SetEPRxValid(ENDP6);
                                        }
  U( ^4 X; [# V                              
% p4 s% w2 P$ [                                        if(        linecoding_old.bitrate != linecoding.bitrate ||
3 L2 }4 S" ^5 V: q                                        linecoding_old.datatype != linecoding.datatype ||
                                        linecoding_old.format != linecoding.format ||
( }4 G  z, |( P8 `/ @* T                                        linecoding_old.paritytype != linecoding.paritytype        )
5 j" Q# T- O( S; D                                        {
! o4 B9 Y% e! Z& T0 j% `2 q/ G" [                                                buffer[0] = 33;//特殊串口设置指令
                                                memcpy((void *)(buffer+1),(void *)&linecoding,sizeof(linecoding));
" l$ r- |. F$ O0 @# v1 E! k                                                NRF24L01_TxPacket(buffer,sizeof(linecoding)+1);
" ~4 F1 j' a9 i# Y                                        }
" V' e3 N. D* V# [( X3 N! i) b                                        else if(queue_size(&Qusart2Send) > 0)
                                        {
                                                QueueElementByte data_byte;
; w+ B6 x% R9 r' }  P; W, ?                                                for(i = 1; i < 32; i ++)
                                                {
                                                        if(dequene(&Qusart2Send,&data_byte) == -1 )
                                                                break;
                                                        buffer = data_byte.buffer;
                                                }
                                                buffer[0] = i - 1;
/ N: r& z3 L. Y% g' t& w; F                                                NRF24L01_TxPacket(buffer,buffer[0]+1);
% H- ^5 E/ y1 v( `0 u  H4 `                                        }
4 L' K$ v, ~2 W( p% s                                        else
$ @% C. B0 Q( _6 h9 Q  N                                        {
3 ~8 E7 j1 O. U                                                if(GetEPRxStatus(ENDP4) == EP_RX_NAK)
                                                {
                                                        SetEPRxValid(ENDP4);
* z1 N+ J+ x: j" ^# V                                                }
  H: ?! C+ E7 Q9 Q                                                buffer[0] = 0;
/ i9 Y3 _& g1 w" Q                                                NRF24L01_TxPacket(buffer,1);
                                        }
                              
1 N# [7 o8 k$ `# y9 j5 m                                }
                        }
                }
```
" ~6 j% [: B6 `# [+ Q- S
实物使用截图如下：
! x% y& p& ?' l# f: }0 D0 o
/ M3 X5 ^' H7 K' x
0 j, l$ J6 w. S+ S4 e
在实际使用中发现，硬件功耗大概在130ma左右，在数据交互的时候功耗会增加至170ma左右，不过并不影响模块的使用。

使用该模块的最大好处就是可以让硬件工程师的桌面更加的整洁。
, H6 v  h, X# j9 Q9 P7 J1 T+ ?
( T: t; |4 l0 _$ i! @4 D- E硬件设计的时候，设计注意事项：
% p9 ?- n& N5 k
使用PS7516用作升压芯片，将电池电压3.7V升压至5V，为外设可以提供5v的电压输出。

MP2155为降压型LDO，具有可关断功能，当不使用时候，可以使整个系统处于低功耗状态，从而延长电池寿命。

& X, [1 X: P7 y5 N% x2 T% |PW4054为锂电池充电芯片，可使用type-c为电池充电，充电电流由R26取样电阻设定。
1 q6 r, X! p3 t7 u' V
( I# o; ~8 M/ g- Z0 j( e同时PL5356A芯片为锂电池电压检测芯片，可以显示当前的电池电量，后期将电池电压分压至单片机的ADC内，从而精准的检测电池电压。

* K3 r$ T0 E# ]8 V& {在软件开发时候，有以下的注意事项：
# K8 Q: \7 T% Z1 @
抗干扰能力：NRF24L01工作在2.4GHz频段，该频段易受到WiFi、蓝牙等设备的干扰。在布局布线时要尽量减少干扰源的影响，并合理设置通信参数以提高抗干扰能力。
) s/ T4 u/ D( S- |/ A
6 ^: X- p: u4 x& J2 u" ^( D3 J功耗管理：在不需要通信时及时将NRF24L01置于待机模式或掉电模式以降低功耗。

: \2 T( {1 D* F( O% ~: ^距离与障碍物：无线通信距离受环境因素影响较大，障碍物会严重影响通信质量。在实际应用中要考虑通信距离和障碍物的影响并采取相应的措施。

NRF24L01的开发过程需要仔细规划硬件连接、合理配置软件参数、掌握调试技巧并关注实际应用中的注意事项。通过不断的实践和总结可以逐渐提高开发效率和应用效果。

原理图见附件：

) f7 R8 K& n7 V  u! }- p: P
) j3 A; G* u2 Y. J

' ?1 X) \- F% P  c重新上传一下　原理图！！！
8 q4 e$ I8 ^: Q" {: L( @ 无线下载器原理图.pdf (1.56 MB, 下载次数: 2)

2024-12-25 16:51 上传

点击文件名下载附件
8 h' N6 u7 v0 ]