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：
  a# _5 z: i; @+ v

二：PCB图展示：

9 q) G  ?8 j  c
2 W% i: S+ ]2 d( L+ i; L
0 C* \$ a4 e" e* R) f8 h( f0 W三：软硬件设计的思路：
4 o8 u4 g. S: b$ e7 ?
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。
6 n/ @  q5 G; i8 \! A) i3 f( I
  G6 A5 l6 M: g, c2 A7 E" I2 b) s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。

3 E# l5 e! u# y% ~& Z: m( x; X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。
2 X6 B+ y1 U; u3 K" `" s+ F0 M
. a3 O9 o1 y, j) a" {- c使用串口2完成与SPI之间的交互，

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；
& \6 p1 D& F9 L$ c1 S/ z: X
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

0 V$ @& t% V4 ~% E! |0 B" Y! v4 z7 }

$ k* F0 a1 V; L部分软件代码：

, `% a  l- |' |3 |  ?' a& {```abc
1 n: w. F3 F# @, a( ]4 L                if(sd == 0)
                {
# r! C+ h+ C4 s- M# i* B% }                        USART_Cmd(USART2, ENABLE);                    //使能串口
& S; o/ i5 f0 B. A% C% C( \                        if(        linecoding_old.bitrate != linecoding.bitrate ||
, j6 M7 z& ]4 U! _* x. c                                        linecoding_old.datatype != linecoding.datatype ||
                                        linecoding_old.format != linecoding.format ||
                                        linecoding_old.paritytype != linecoding.paritytype )
                        {
                                if(        usart2_flag == 0 )
                                {
+ U% }2 D5 {: }- q7 S8 K4 b/ ^1 Q                                        uart2_config_change(linecoding);
/ i" S3 x2 W3 l$ \: e1 `                                        memcpy((void *)(&linecoding_old),(void *)&linecoding,sizeof(linecoding));
5 @6 M  ]: t! D; u3 q; d) I+ e                                }
                        }
                        else if(queue_size(&Qusart2Send) > 0 && usart2_flag == 0)
                        {
                                QueueElementByte data_byte;
! r% O+ C  f# b- |" \# e  r                                usart2_flag = 1;
% M5 M, y" C8 e" r2 @" S) c: R                                if(dequene(&Qusart2Send,&data_byte) == 0 )
( A  @, P' G! [4 b5 B" ~6 g                                {
                                        USART_SendData(USART2,data_byte.buffer);
                                }
: G3 ^6 a6 O* M4 k+ l' Z                                USART_ITConfig(USART2, USART_IT_TXE, ENABLE);//开启ENABLE/关闭DISABLE中断
8 t2 S5 _# p- Q' O8 G* y" N                        }
              
                        if(GetEPRxStatus(ENDP6) == EP_RX_NAK)
9 a. E. c" c/ w$ k3 Z                        {
                                SetEPRxValid(ENDP6);
                        }
% T+ i) ]$ w0 l/ F+ W                        if(GetEPRxStatus(ENDP4) == EP_RX_NAK)
                        {
" @! X; K2 D4 Q# N                                if(CDC_MAXSIZE - queue_size(&Qusart2Send) >= 64 )
                                        SetEPRxValid(ENDP4);
                        }

2 I+ b' D5 a  F6 i: G                        if(nrf_state == 0)
/ s' e' {  n% q( ]/ S7 Y) g+ G. Q                                NRF24L01_TxPacket(buffer,1);
5 U. u6 F5 c1 r( ]2 e3 H$ o                }
2 [9 K: _: G; M' M6 v- Q* H                else
                {
. v) `; S6 r: T  Q5 \+ J, d                        USART_Cmd(USART2, DISABLE);                    //失能串口
% f3 W) V) I* r                        if(nrf_state == 0)
7 X* {4 }' C4 u0 v                        {
                                if(dap2nrf_Data() == -1)
! l- J! ], l" M0 d7 r                                {
                              
# N7 z* C4 h! A' R4 p                                        if(GetEPRxStatus(ENDP6) == EP_RX_NAK)
! i9 V5 _5 x3 |/ o: A: K0 p                                        {
                                                SetEPRxValid(ENDP6);
! x; s1 w1 ^" a0 `; t& ?: G                                        }
                              
                                        if(        linecoding_old.bitrate != linecoding.bitrate ||
                                        linecoding_old.datatype != linecoding.datatype ||
                                        linecoding_old.format != linecoding.format ||
                                        linecoding_old.paritytype != linecoding.paritytype        )
$ B) `4 t9 |7 F+ G$ ^                                        {
                                                buffer[0] = 33;//特殊串口设置指令
                                                memcpy((void *)(buffer+1),(void *)&linecoding,sizeof(linecoding));
                                                NRF24L01_TxPacket(buffer,sizeof(linecoding)+1);
3 a7 `2 M: Y5 n; ^* ^, F                                        }
                                        else if(queue_size(&Qusart2Send) > 0)
                                        {
: @8 K0 q! z3 L                                                QueueElementByte data_byte;
7 h5 @! x; }) P; ?: L  L" p                                                for(i = 1; i < 32; i ++)
                                                {
2 j  \& ]% Q! e/ \2 e& u  _                                                        if(dequene(&Qusart2Send,&data_byte) == -1 )
                                                                break;
* f$ _; m% d5 L# P( i                                                        buffer = data_byte.buffer;
( `2 E! s0 r/ J( w: u                                                }
  y1 |1 l+ {7 b" i0 w2 `                                                buffer[0] = i - 1;
                                                NRF24L01_TxPacket(buffer,buffer[0]+1);
                                        }
/ n$ t6 l9 }, J0 U                                        else
1 @+ B+ X. T, a7 C/ D8 \                                        {
) n, y$ L$ u8 Y* ?8 k& `" B                                                if(GetEPRxStatus(ENDP4) == EP_RX_NAK)
                                                {
. e  p1 }. u4 O6 ^7 o+ }* G; s                                                        SetEPRxValid(ENDP4);
, s7 Y: ^* r! m7 t0 _, V                                                }
, B: b. s$ C+ y6 \4 F/ K                                                buffer[0] = 0;
                                                NRF24L01_TxPacket(buffer,1);
                                        }
# p: Z4 N6 }) Z, l3 p: e                              
                                }
                        }
$ ^/ D: i+ v) x. {, R. |1 h+ F8 ^                }
& R3 i; S  B. s* P8 K2 O7 R```
! @0 d2 E- X0 ~8 ]
' J- E0 }. ^, F+ s实物使用截图如下：

2 B/ A( w6 o  R9 H+ \3 u
. v. t1 D: C& c' a  q7 I
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。

, m2 n  Z3 E( L2 U: ]+ z6 X! K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。

硬件设计的时候，设计注意事项：

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。

) t! `$ {8 B) j" g1 ]7 gMP2155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。
: `9 y: Q4 r' v2 T  Q+ ^
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。
6 h) f8 ?) V. X% C  F# I
& [5 m! z" e! i' h. M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。
' ~; Y/ `% v, m+ W9 W) F* D6 |
在软件开发时候，有以下的注意事项：
9 G' m) O5 ?& h; E
' N7 C: T" M' V: D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。
  ]% \0 ~+ M# c' Y( O" x# X
! a$ f6 J$ ]% ^4 f) }9 b% {% 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。

5 R& Y/ B9 |0 j3 v3 ]( \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。
; Y! K" q; [+ ]' L- L9 H7 y4 R
; a) T0 e; `+ C& A! l/ nNRF24L01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。
5 R6 k* O1 F# s: C
原理图见附件：
  N  E/ T- ]& I0 \. _/ V( a, ?

重新上传一下　原理图！！！
1 [1 D  j  ]3 }, e0 ^8 [2 E& d 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