郑州工业应用技术学院本科生毕业论文 智能无线防丢器设计
对于射频通道而言，如果发送端和接收端的射频通道设定不相同即它们不在一个信道内传输，那么两者就不能实现通信。为此我们在收发信号时，应当把两者的射频通道设定为同一条，才能实现通信。但是对于具体的情况还需具体分析，比如当射频通道的带宽是2MHz时，我们必须设定RF_CH寄存器的内容不大于2，否则将影响发送端和接收端之间的通信。
二、工作模式
通过对寄存器PWR_UP,PRIM_RX和使能端CE引脚的设定，我们可以把nRF24L01设定为四种模式，包括发送模式，接收模式，空闲模式和关机模式，如下表3-1所示：
表3-1 nRF24L01工作模式表
模式 接收模式 发送模式 发送模式 PWR_UP PRIM_RX 1 1 CE 1 FIFO寄存器状态 — 数据在TXFIFO寄存器中 停留在发送模式直到数据发送完 1 0 0 0 — — 1 1→1 1 1 0 0 1 0 — 空闲模式Ⅱ 空闲模式Ⅰ 关机模式
TXFIFO为空 无数据传输 — 三、数据包处理方式
对nRF24L01无线发送和接收模块而言，它采用两种方式对数据包进行处理，一种是ShockBurstTM模式，另一种是增强型ShockBurstTM模式，这两种数据包的处理方式都是将微控制单元MCU与nRF24L01无线发送和接收模块通过串行外围接口SPI相互连接起来[26]。
（1）ShockBurstTM模式
当运用ShockBurstTM模式对信号进行接收时，如果接收端收到准确的地址和数据，那么这时接收端通过中断请求IRQ告知微控制单元MCU信息已准确收到，接着微控制单元通过RXFIFO寄存器读取接收到的地址和数据。运用这一模式进行数据和地址发送时，可以自动生成循环冗余校验码，当数据完全
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发送完毕后，接收端的中断请求IRQ告知微控制单元MCU信息已发出，这样就能大大减少了微控制单元MCU对信息确定性的查询时间，从而提高了工作效率。另外，在nRF24L01无线通信模块的内部含有两类寄存器，一类是RXFIFO寄存器，另一类是TXFIFO寄存器，无论是在收发模式，关机模式还是在空闲模式下，微控制单元MCU都可以对FIFO寄存器进行访问。
（2）增强型ShockBurstTM模式
对于增强型ShockBurstTM模式而言，它在保持微控制单元MCU工作量的基础上，又同时拥有自动应答功能和自动重发功能。它的主要流程为：首先由发送端发出信号，当接收端接收所发出的地址和数据，则通过自动应答功能对发送端进行回复，然后发送端对反馈信息进行检测。若信息检测无误，那么发送端继续发送下一条信息，如果信息检测有误，那么就执行自动重发功能，直到信息传输无误为止。另外对于增强型ShockBurstTM模式下的应答和重发功能都是自动运行的，无需人工操作。由此可以看出采用增强型ShockBurstTM模式对数据包进行处理具有功率损耗低、成本低、抗干扰性强等优点。
经过综合考虑，因此本设计我们采用增强型ShockBurstTM模式对数据包进行处理。
四、自动应答功能
自动应答功能主要是为信息接收端服务的。自动应答功能指的是当接收端接收到信号时，那么接收端便自动对发送端进行信息反馈，以便很好的对信息的准确性进行检测。当信息确认无误后，系统便进入正常工作状态。这个功能在很大程度上降低了微控制单元MCU的工作量，减少了电流损耗，大大提高了工作效率[27]。
五、自动重发功能
自动重发功能主要是为信息发送端服务的。当发送端检测到接收端反馈信息无误时，那么随后系统将进入正常工作模式，若发送端没有要发送的数据时，这时发送端则进入空闲模式下。一旦检测到反馈信息出现错误时，这时系统自动返回到发送模式对错误数据进行重新发送，直到数据准确无误为止
[28]
。
六、数据包格式，数据包识别PID及其循环冗余CRC校验 增强型ShockBrustTM模式下的数据包格式如下表3-2所示： 前地址（3~5字节） 9位（标志位） 数据（1~32字节） CRC（0/1/2） 校验导码
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ShockBurstTM模式下的数据包格式如表3-3： 前导码 地址（3~5字节） 数据（1~32字节） CRC（0/1/2） 校验前导码的作用主要是对脉冲编码0或1进行检测，在进行数据传输时加上前导码，而在数据接收端则把前导码除去。
地址主要是指的接收地址，地址宽度介于3个字节到5个字节之间，当数据进行传输时，数据包在信道中可自行配置地址，而在接收端再把配置地址自动去除。
标志位一共有9位，其中两位代表数据包识别位，其他7位保留以满足将来产品所需。数据包识别PID的主要作用就是为了对新数据包和旧数据包进行区分，当接收到新数据包时，PID值加1；反之，PID值保持不变。
数据位介于1字节到32字节之间，在通信过程中，必须保证发送端和接收端数据位数相同，否则接收端接收错误。对于接收到的数据宽度一般通过RX_PW_Px寄存器进行设定，x的取值介于0到5之间。
循环冗余校验码CRC的作用主要是对信息的准确性进行检测，，以便保证信息的完整性和可靠性。检测的部分主要包括地址、PID和有效数据等，如果循环冗余码出现错误时，那么接收端则不对数据包进行接收。
下图3-8是数据包识别PID的生成和检测框图：
图3-8 数据包识别PID的生成和检测框图
由上图可得出以下结论：
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（1）发送端：每当发送一个新的数据包，PID值就会加1。
（2）接收端：对于接收端而言，让新接收的数据包PID值与上次接收数据包的PID值进行比较，假如两次PID值不相同，则认为此数据包为新数据包，系统对其进行接收。假如两次PID值不同，然后再对两次循环冗余码CRC进行比较，如果两者相同，则认为是旧数据包直接丢弃。若循环冗余码CRC不同，则认为是新数据包，系统对其进行接收。
七、载波检测
在采用增强型ShockBurstTM模式进行数据包处理时，载波检测将发挥很重要的作用。在数据包传送过程中，如果数据包丢失率增加，那么这时我们就在接收端对传输通道CD值进行检测，当CD值为高电平时，表明此通道传输数据过多，出现拥塞现象，这时我们采取的方式就是改变传输通道。当CD值为低电平时，表明此通道可进行正常的数据传输。
八、数据通道
当nRF24L01无线通信模块设置为接收模式时，接收端可同时对六路通道不同，地址不同，速率相同的数据进行接收。对于数据通道而言，它是由寄存器EN_RXADDR来设定的，一般情况下，只有通道0和通道1处于开启状态。另外，这些数据通道都通过寄存器RX_ADDR_Px赋予各自不同的地址（x的取值为0到5，其中RX_ADDR_P0和RX_ADDR_P1的地址是40位，RX_ADDR_P2到RX_ADDR_P5的地址为32位共用地址再加上各自调节的低8位地址）[29]。
3.3.4 nRF24L01发送程序设计
当nRF24L01无线通信模块发送数据时，起初应该把nRF24L01设定为发射模式，然后通过串行外围接口SPI将nRF24L01无线通信模块与STC89C51单片机相连接，紧接着将接收节点地址TX_ADDR以及有效数据TX_PLD按照先后顺序输入到nRF24L01无线通信模块的储存器中，在这一过程中，对于接收节点地址TX_ADDR只需输入一次就行了，而对于有效数据TX_PLD则必须在满足CSN为高电平的条件时连续输入。接下来设定CE引脚为高电平并且维持10μs以上，最后经过130μs后再对数据进行发送。如果nRF24L01无线通信模块的接收端打开了自动应答模式，那么数据发送后就等待接收端信号的回应，通过接收端的反馈数据对信息的准确度进行判断，如果反馈的地址与发送的地址相一致，那么数据传输成功，这时设定TX_DS为高电平并把TX_FIFO寄存器中的数据删除：但是假如接收端反馈的地址与发送的地址不相符合，此
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时保留TX_FIFO寄存器中的数据，发送端通过自动重发功能对数据进行发送，直到数据传输成功或者重发次数ARC大于设定的值；如果发送次数大于设定的值，那么这时就把MAX_RT或者TX_DS设定为高电平，把中断请求IRQ设定为低电平，通过数据接口告知微控制单元MCU，然后微控制单元进行处理，直到数据传输成功[30]。那么发送端和接收端通信成功后，如果还有数据需要发送，那么系统就进入正常收发模式，如果没有数据需要发送，那么系统就进入空闲模式。如下图3-9所示是nRF24L01发送数据的时序图：
图3-9 nRF24L01发送数据时序图
3.4 声光报警模块设计
3.4.1灯光提示电路
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图3-10 灯光提示电路
发光二极管英文缩写为LED，它能够将电能转化为可见光，具有转化率高、热量低、体积小、功耗低、寿命长、环保、应用领域广泛等优点。本设计采用发光二极管与电阻串联的形式作为灯光提示电路，当物品丢失的时候，给予人们灯光警示。在此串联电路中，由于电源供电电压为+5V，而发光二极管的供电电压为+3V，因此串
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