北京交通大学2008届硕士毕业论文
由于它具有良好的方向性，适用于国防边界哨所与哨所在之间的保密通信，但在野外使用时易受气候的影响。
5、红外技术的优点
其使手机和电脑间可以无线传输数据；可以再同样具备红外接口的设备间进行信息交流；同时红外接口可以省去下载或其他信息交流所发生的费用；由于需要对接才能传输信息，安全性较强；红外通信器件易得，价格低廉。 6、红外技术缺点
通讯距离短，必须直线收发，通讯过程中不能移动，遇障碍物通讯中断；红外通讯技术的主要目的是取代线缆连接进行无线数据传输，功能单一，扩展性差。
2.5.2 采用无线通信
1、nRF24L01概述
nRF24.L01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,并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低,在以-6 dBm的功率发射时，工作电流也只有9 mA;接收时，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。
2、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
21
北京交通大学2008届硕士毕业论文
封装; 供电电压为1.9 V～3.6 V。 3、工作模式
通过配置寄存器可将nRF241L01配置为发射、接收、空闲及掉电四种工作模式，如表2.1所示。
表2.1 nRF241L01的四种工作模式 Table 2.1 nRF241L01 four operating modes
模式 PWR_UP 接收模式 发射模式 发射模式 1 1 1 PRIM_RX 1 0 0 CE 1 1 1 - 数据在TX FIFO 寄存器中 停留在发送模式，直至数据发送完 待机模式2 待机模式1 掉电
待机模式1主要用于降低电流损耗，在该模式下晶体振荡器仍然是工作的；待机模式2则是在当FIFO寄存器为空且CE=1时进入此没收；待机模式下，所有配置字仍然保留。在掉电模式下电流损耗最小，同时nRF24L01也不工作，但其所有配置寄存器的值仍然保留。 4、工作原理
22
FIFO寄存器状态 1 1 0 0 - - 1 0 - TX FIFO 为空 无数据传输 - 北京交通大学2008届硕士毕业论文
发射数据时，首先将nRF24L01配置为发射模式：接着把接收节点地址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;若自动应答开启，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;若未收到应答，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;MAX_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为高，则进入空闲模式2。接收数据时,首先将nRF24L01配置为接收模式，接着延迟130μs进入接收状态等待数据的到来。当接收方检测到有效的地址和CRC时，就将数据包存储在RX FIFO中，同时中断标志位RX_DR置高，IRQ变低，产生中断，通知MCU去取数据。若此时自动应答开启，接收方则同时进入发射状态回传应答信号。最后接收成功时，若CE变低，则nRF24L01进入空闲模式1。 5、配置字
SPI口为同步串行通信接口，最大传输速率为10 Mb/s，传输时先传送低位字节，再传送高位字节。但针对单个字节而言，要先送高位再送低位。与SPI相关的指令共有8个，使用时这些控制指令由nRF24L01的MOSI输入。相应的状态和数据信息是从MISO输出给MCU。 nRF24L0l所有的配置字都由配
23
北京交通大学2008届硕士毕业论文
置寄存器定义，这些配置寄存器可通过SPI口访问。nRF24L01 的配置寄存器共有25个，常用的配置寄存器如表2.2所示。
表2.2 常用的配置寄存器 Table 2.2 Common Configuration register
地址（H） 寄存器名称 00 01 CONFIG EN_AA 功能 设置24L01工作模式 设置接收通道及自动应答 24
北京交通大学2008届硕士毕业论文
02 EN_RXADDR 使能接收通道地址 03 04 SETUP_AW SETUP_RETR 设置地址宽度 设置自动重发数据时间和次数 07 STATUS 状态寄存器，用来判定工作状态 08~09 RX_ADDR_P0~P5 设置接收通道地址 10 11~16 TX_ADDR RX_PW_P0~P5 设置接收接点地址 设置接收通道的有效数据宽度 6、跳频功能实现
由于2.4G频段没有使用授权限制，目前家用电器、手机、无线网络都集中在此频段，干扰问题难以避免。如何避开在家庭市场中易与其它无线传输间（Bluetooth、HomeRF）发生干扰成了首要解决的问题。
跳频技术 (Frequency-Hopping Spread Spectrum； FHSS)是在2.4GHz频带以一定的频宽将其划分为若干个无线电频率信道（Radio Frequency Channel；RFC），并且以使用接收和发送两端一样的频率跳跃模式（Frequency Hopping）来接发讯号及防止数据撷取。其工作原理是，收发双方传输信号的载波按照预定规律
25