nRF24LE1-2.4G无线监控系统

nRF24LE1无线监控通信开发文档  nRF24LE1无线监控通信开发文档 1nRF24LE1无线监控通信开发文档nRF24LE1无线监控通信开发文档.........................................................................................1第一章项目背景概述.......................................................................................................3第二章nRF24LE1背景知识...................................................................................................52.1nRF24LE1的硬件架构介绍.......................................................................................52.2nRF24L01+2.4G射频收发器介绍.............................................................................62.2.1射频收发器架构介绍......................................................................................62.2.2射频收发功能说明.........................................................................................62.2.3增强型ShockBurst........................................................................................82.3存储器相关...............................................................................................................9第三章软硬件开发平台搭建...............................................................................................113.1硬件平台介绍.........................................................................................................113.2软件平台介绍.........................................................................................................113.2.1软件开发包SDK...........................................................................................123.2.2nRF软件综合环境.........................................................................................133.2.3nRFprobe——在线仿真软件调试工具.......................................................143.2.4软件开发平台..............................................................................................143.3nRF24LE1DKGettingStartedGuide.................................................................15第四章子模块代码解析.......................................................................................................174.1I/O口的使用...........................................................................................................174.2UART子模块............................................................................................................184.3实时钟RTC.............................................................................................................204.4跳频子函数.............................................................................................................214.5发送和接收子模块.................................................................................................22第五章无线抗干扰技术.......................................................................................................285.12.4GHzISM频段分析...........................................................................................285.2无线抗干扰设计.....................................................................................................29第六章无线通信协议..........................................................................................................316.1介质访问控制协议设计...........................................................................................316.2通信协议设计.........................................................................................................33参考文献...............................................................................................................................352nRF24LE1无线监控通信开发文档第一章项目背景概述本无线通信设计应用于家庭安防监控系统。如图1.1所示，该系统以主机为中心，多个传感器及摄像头等设备与主机构成一个星形的网络结构。他们每个节点都配有一个无线收发模块nRF24LE1，主机也有无线收发模块，因此主机与各个设备之间都是无线通讯的，不需要布线来进行连接，系统维护和管理都不需要太多的外部干预，这样使得系统更加简便安全。图1.1无线通信系统框图各模块之间的通信关系：主机与摄像头之间：①向主机申请加入网络，主机收到加入申请后，回复加入网络成功信号；②主机发送拍摄照片命令，摄像头收到指令后按3nRF24LE1无线监控通信开发文档指令要求向主机发送图片数据；③当传感器被触发后，向主机发送触发信号；④定时的网络维持。主机和PIR/IR之间：①向主机申请加入网络，主机收到加入申请后，回复加入网络成功信号；②当传感器被触发后，向主机发送触发信号；③接受到主机命令，工作于闪光（5s）或长亮或关的模式；④定时的网络维持。主机和门警报之间：①向主机申请加入网络，主机收到加入申请后，回复加入网络成功信号；②当被触发后，向主机发送触发信号；③定时的网络维持。主机和遥控开关之间：①向主机申请加入网络，主机收到加入申请后，回复加入网络成功信号；②接受主机的命令，控制GPIO的变化或者发送给主机自己的GPIO状态；③定时的网络维持。主机和遥控器之间：①第一次，手动长按遥控器一按钮和主机进行配对，把自己的MAC地址发送给主机以供绑定；②发送对主机的几条控制命令：布防；撤防。主机和紧急报警之间：①第一次，手动长按紧急报警一按钮和主机进行配对，把自己的MAC地址发送给主机以供绑定；②发送对主机的报警命令。4nRF24LE1无线监控通信开发文档第二章nRF24LE1背景知识2.1 nRF24LE1的硬件架构介绍 图2.1nRF24LE1硬件架构如图2.1所示，即为nRF24LE1的硬件架构。从功能模块上，可以大体分为2个部分：一是增强型的8051MCU；二是nRF24L01+2.4G射频收发器。两个部分通过SPI接口进行通信。nRF24LE1提供三种不同的封装：4mm*4mm24引脚QFN封装（7个通用I/O）；5mm*5mm32引脚QFN封装（15个通用的I/O）；7mm*7mm48引脚的QFN封装（31个通用的I/O）。不同引脚的封装，除了IO口的数量不同外，在功能上也有一定的区别。本设计采用的为5mm*5mm32引脚QFN封装（15个通用的I/O）。5nRF24LE1无线监控通信开发文档2.2 nRF24L01+2.4G射频收发器介绍 2.2.1射频收发器架构介绍射频收发器工作与国际ISM频段2.400~2.4835GHz。射频收发内核的配置通过射频收发器的寄存器映像进行，寄存器由MCU通过双向的片内SPI接口来访问，并可在各种节能模式下工作。图2.2射频收发器框图如图2.2所示，即为射频收发器内部框图。射频收发器通过SPI接口与MCU通信；MCU通过三个接口（RFCON.rfce，RFCON.rfcsn，RFIRQ）对射频收发器进行控制；registermap为寄存器映射，用于保存MCU对于射频收发的配置；TXFIFOs、RXFIFOs分别用于存储待发送和接收到的数据包。2.2.2射频收发功能说明2.2.2.1工作模式 射频收发器可配置为四种工作模式：掉电模式；待机模式；接收模式；发射模式。通过配置CONFIG寄存器的PWR_UP位、PRIM_RX，rfce，rfcsn，可以改变射频收发器的工作模式。具体配置可参见表2.1。6nRF24LE1无线监控通信开发文档表2.1射频收发器工作模式2.2.2.2空中速率 空中速率指的是在发射和接收时，射频收发器使用的已调制的信号速率。对于nRF24LE1,通过设置RF_SETUP寄存器中的RF_DR，可