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无线超声波测距 无线超声波测距 福州大学物理与信息工程学院 电子系统设计报告 设计题目：基于80C52单片机的超声波无线测距显示 专业：电子科学与技术 班级：7班 姓名： 韩少炜 学号： 111100709 同组姓名：魏霖涛 学号： 111100727 指导老师： 吴新坤 2021年06月 一、设计要求和目的 1.1设计要求：采用一种单片机STC89C52控制HC-SR04实现的无线超声波测距系统。通过简单的无线通信协议，实现可靠性与功耗平衡，该系统能实现对距离的检测，是可以实现远程控制的无线超声波测距系统。低功耗实时性的无线超声波测距是该设计的最大特点。无线传输采用nRF24L01模块传输，用LCD1602实现温度显示。该系统结构简单可靠功耗较低，成本低，是一种无线传感器的解决方案。 1.2设计目的： （1）熟悉系统设计步骤以及超声波的特性 （2）能够运用所学数电、模电电路知识对电路进行合理的调试 （3）增强模块化的思想，掌握无线模块的SPI 时序特点 （4）加强动手能力、培养团队合作意识 二、系统设计原理 1主控芯片方案 采用传统的STC89C52 单片机作为主控芯片。此芯片价格便宜、操作简便，低功耗，比较经济实惠。 单片机最小系统 单片机控制模块由STC89C52最小系统组成，其中包括单片机，晶振电路和复位电路。 （1）、晶振电路：晶振电路由两个30pF 电容和一个12MHz 晶体振荡器构成，接入单片机的X1、X2引脚。 （2）、复位电路：单片复位端低电平有效。 单片机最小电路原理图如图1： 2 无线通信模块方案 采用nRF24L01无线射频模块进行通信，nRF24L01是一款高速低功耗的无线通信模块。他能传输上千米的距离（加PA ），而且价格较便宜，采用SPI 总线通信模式电路简单，操作方便。 2.1 nRF24L01芯片概述 nRF24L01是一款新型单片射频收发器件, 工作于2.4 GHz～2.5 GHz ISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，融合了增强型shockbust 技术，中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低，以-6 dBm 的功率发射时，作电流也只有9 mA ；收时，工作电流只有12.3 mA ，多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式) 使节能设计更方便。 nRF24L01主要特性如下： ● GFSK 调制； ● 硬件集成OSI 链路层； ● 具有自动应答和自动再发射功能； ● 片内自动生成报头和CRC 校验码； ● 数据传输率为l Mb/s或2Mb/s； ● SPI 速率为0 Mb/s～10 Mb/s； ● 125个频道； ● 与其他nRF24系列射频器件相兼容； ● QFN20引脚4 mm×4 mm封装； ● 供电电压为1.9 V～3.6 V。 引脚功能及描述 nRF24L01的封装及引脚排列如图2所示，各引脚功能如下： 图2 nRF24L01封装图 ● CE ：使能发射或接收; ● CSN ，CK ，MOSI ，MISO ：SPI 引脚端，通过此引脚配置nRF24L01： ● IRQ ：中断标志位； ● VDD ：电源输入端； ● VSS ：电源地； ● XC2，XC1：晶体振荡器引脚; ● DD_PA：为功率放大器供电，输出为1.8 V； ● ANT1,ANT2：天线接口； ● IREF ：参考电流输入。 2.2 工作原理 发射数据时，首先将nRF24L01配置为发射模式，接收节点地址TX_ADDR和有效数据TX_PLD按照时序由SPI 口写入nRF24L01缓存区，TX_PLD必须在CSN 为低时连续写入，而TX_ADDR在发射时写入一次即可，然后CE 置为高电平并保持至少10μs ，延迟130μs 后发射数据；自动应答开启，那么nRF24L01在发射数据后立即进入接收模式，接收应答信号（自动应答接收地址应该与接收节点地址TX_ADDR一致）。如果收到应答，则认为此次通信成功，TX_DS置高，同时TX_PLD从TX FIFO中清除；未收到应答，则自动重新发射该数据(自动重发已开启) ，若重发次数(ARC)达到上限，MAX_RT置高，TX FIFO中数据保留以便在次重发；AX_RT或TX_DS置高时，使IRQ 变低，产生中断，通知MCU 。最后发射成功时，若CE 为低则nRF24L01进入空闲模式1；若发送堆栈中有数据且CE 为高，则进入下一次发射；若发送堆栈中无数据且CE