隨著科學技術水平的不斷提高，傳統的有線通信因自身的局限性已越來越不能滿足人們的需要，無線通信技術得到了快速發展。如今出現了種類眾多的無線通信技術，目前比較熱門的有WiFi、藍牙、UWB、ZigBee、Nordic nRF以及TI公司的SimpliciTI等。不同無線通信技術在成本、功耗、傳輸速率、使用頻段、功能方面有很大區別，針對不同的需求要選擇適合的無線技術。

　　針對便攜式設備的低成本、低功耗要求，藍牙和WiFi功耗相對較大，UWB規范尚不統一且芯片價格高，Zigbee的傳輸速率受限僅250 kbit/s，SimpliciTI則受TI公司硬件平臺限制。綜合考慮各個因素，本系統采用了NordicSemiconductor公司2.4 GHz低成本高性能的nRF24L01無線射頻芯片，由低功耗ARM系列STM32L152RD微處理器控制，實現短距離無線數據通信。nRF24L01不僅可以提供一個真正的超低功耗解決方案，而且也擁有優良的共存性，其載波監測功能保證了在WLAN干擾下的可靠通信。高速的頻率切換時間減少了與藍牙等跳頻系統出現互相干擾的可能。

　　1硬件設計

　　系統的設計思路是在滿足高速傳輸數據的同時盡可能的降低功耗，故在MCU與無線芯片的選型上側重于性能和功耗的平衡。系統硬件部分采用模塊化的設計思想，主要由供電模塊，nRF24L01射頻模塊和微控制器模塊組成。其中供電模塊根據實際需求方案很多，本文就不詳細敘述了。

　　1.1 nRF24L01射頻模塊

　　nRF24L01是由Nordic Semiconductor公司出品的GF-SK單片式收發芯片，工作于2.4~2.5 GHz的世界通用（ISM）頻段，傳輸速率可達2 Mbit/s。芯片包括頻率發生器、功率放大器、增強型SchockBurstTM模式控制器、晶振和調制解調器。發射功率和頻道選擇等工作參數可以通過SPI接口進行設置。增強型ShockBurstTM功能使軟件設計更為簡單，集成了雙向通信所需要的鏈路層，而通常這些功能需要一個高速的MCU和大空間的存儲器和高的電源消耗來實現。nRF24L01及外部接口如圖1所示。

　　1.2微控制器模塊

　　STM32L152RD基于高品質的ARM Cortex-M3內核，融合了高性能和超低功耗的特性，內置高速存儲器，工作頻率為32 MHz。它采用了優化的節能架構與0.13μm的STMicroelectronics超低漏電生產工藝，此外，為了實現超低功耗，STM32L152RD還劃分了6種工作模式，使其在任何設定時間內都能以最低的功耗完成任務。STM32控制器的SPI（串行外設接口）允許芯片與外部設備以全雙工或者半雙工、同步、串行方式通信，可用于多種用途，包括使用一條雙向數據線的雙線單工同步傳輸，還可使用CRC校驗的可靠通信。

　　通常SPI通過4個管腳與外部器件相連。MISO：主設備輸入/從設備輸出管腳，該管腳在從模式下發送數據，在主模式下接收數據;MOSI：主設備輸出/從設備輸入管腳，該管腳在主模式下發送數據，在從模式下接收數據;SCK：串口時鐘，作為主設備的輸出，從設備的輸入;NSS：從設備選擇。這是一個可選的管腳，用來選擇主/從設備。

　　系統除了使用MCU這4個管腳與無線模塊相連，還通過PA0管腳控制nRF24L01的片選端CE，PB0管腳控制中斷響應。圖2是微控制器模塊STM32L152RD與nRF24L01的接口電路原理圖。

　　2軟件設計

　　nRF24L01無線射頻芯片內置的鏈路層使軟件設計更為簡單，系統進行無線通信無須配置復雜的通信協議，只需編程配置好射頻芯片與MCU的SPI通信接口，然后在發送時將有效數據放入TX緩沖區，芯片將把地址信息和TX緩沖區的有效數據與內部自行產生的數據頭、標志位和CRC校驗碼等信息結合起來進行數據打包并發送出去。表1給出增強型的ShockBurstTM模式的數據包。整個系統的軟件設計部分分為初始化操作、配置發送模式、配置接收模式、配置中斷4部分。

　　2.1初始化操作

　　無線射頻芯片nRF24L01要進行無線通信，首先要對MCU的時鐘，MCU的SPI通信口和nRF24L01進行初始化操作［5］。MCU時鐘和SPI接口初始化部分STM32L152RD的芯片資料很詳細，在此就不詳細敘述了。nRF24L01的初始化主要包括地址、應答方式、工作頻率、數據長度、發射速率、中斷響應等參數的配置。nRF24L01初始化操作的流程圖如圖3所示。

　　2.2配置發送模式

　　nRF24L01配置為增強型的ShockBurstTM發送模式，當MCU有數據要發送nRF24L01就會啟動Shock-BurstTM模式，自動生成數據頭、標志位和CRC校驗碼并發送數據。數據發送完畢后將轉到接收模式并等待接收端的ACK應答信號。如果沒有收到ACK應答信號，則認為數據丟失，nRF24L01將循環重發數據包，直到收到ACK或重發次數超過重發寄存器中設置的值為止。如果數據重發次數超過了初始設定值，則會產生數據溢出導致IRQ中斷。當收到ACK應答信號時，nRF24L01就認為最后一包數據已經發送成功，TX_FIFO寄存器中的數據被清除并產生IRQ中斷通知MCU。MCU根據任務需求控制nRF24L01進入發送模式，接收模式或待機模式。發送模式流程如圖4所示。

　　配置發送模式代碼如下：

　　void nRF24L01_TxPacket（unsigned char*tx_buf）

　　{

　　NRF24L01_MODE_CE_0（）;SPI_Write_Buf（WRITE_REG1+RX_ADDR_P0，TX_ADDRESS，TX_ADR_WIDTH）;//寫入接收地址

　　SPI_Write_Buf（WR_TX_PLOAD，tx_buf，TX_PLOAD_WIDTH）;//寫入//要發送的數據

　　SPI_RW_Reg（WRITE_REG1+CONFIG，0x0e）;//IRQ中斷，16位CRC

　　NRF24L01_MODE_CE_1（）;//CE置1，激發增強型的ShockBurstTM

　　發送模式

　　Delay_us（20）;//注意延遲值不能太低

　　}