曲鎮(zhèn)幫 田江偉 鄭琳

【摘要】本文介紹基于NRF24L01的超聲波無線測距系統(tǒng)，通過HC-SR04超聲波測距模塊和NRF24L01無線傳輸模塊將采集端采集到的距離數(shù)據(jù)實時發(fā)送給STM32單片機，實現(xiàn)超聲波遠距離的遙測。STM32單片機主機接收顯示報警部分負責接收超聲波檢測的距離并在OLED12864顯示屏上顯示。

【關(guān)鍵詞】NRF24L01;超聲波數(shù)據(jù)采集;OLED12864顯示

一、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

整個系統(tǒng)主要分為兩大部分，即兩塊無線收發(fā)系統(tǒng)部分，無線數(shù)據(jù)傳輸接收系統(tǒng)模塊電路和無線數(shù)據(jù)傳輸發(fā)送系統(tǒng)模塊電路，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

（一）HC-SR04超聲波測距電路設(shè)計

超聲波測距模塊選用的是HC-SR04模塊，測距精度最高達到3mm。此模塊包含控制電路、超聲波發(fā)生器與接收器。超聲波測距模塊采用IO口TRIG觸發(fā)測距，至少給10us的高電平信號。模塊自動發(fā)送8個40khz的方波，自動檢測是否有信號返回。有信號返回，通過IO口ECHO輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。

（二）NRF24L01無線收發(fā)電路設(shè)計

NRF24L01工作于2.4 GHz～2.5 GHz ISM頻段。NRF24L01內(nèi)置很多功能模塊，包括晶體振蕩器、功率放大器、頻率合成器、調(diào)制器等模塊，通過程序進行配置輸出功率和通信頻道。NRF24L01是高斯頻移鍵控調(diào)制，硬件集成OSI鏈路層，它有自動應答、自動再發(fā)射功能，片內(nèi)自動生成報頭和CRC校驗碼，SPI速率為0 Mb/s～10 Mb/s，與其他NRF24系列射頻器件相兼容，供電電壓為1.9 伏～3.6 伏，傳輸距離小于5米。

（三）OLED數(shù)據(jù)顯示電路設(shè)計

OLED12864是128×64行點陣的OLED單色、字符、圖形顯示模塊，其接口電路和操作指令簡單，具有8位并行數(shù)據(jù)接口，讀寫時序適配6800系列時序，可直接與8位微處理器相連。其中2管腳與單片機PB6鏈接，控制OLED12864 12C總線的SCL功能。1管腳與單片機PB7鏈接，控制OLED12864 12C總線的SDA功能。

二系統(tǒng)軟件設(shè)計

（一）無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)主程序設(shè)計

首先對發(fā)送和接收部分分別進行系統(tǒng)初始化，然后發(fā)送部分的超聲波模塊檢測距離，經(jīng)過初始化后接收部分開始接受發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)并進入判斷程序當接收到數(shù)據(jù)未到達報警值時，程序直接進入OLED顯示模塊顯示出來;當接收到的數(shù)據(jù)達到報警值時，會產(chǎn)生聲光報警，并在OLED顯示模塊上顯示出來。

無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)主程序流程圖如圖2所示。

（二）HC-SR04超聲波測距電路子程序設(shè)計

HC-SR04超聲波測距電路在工作之前會對串口1進行初始化，對SPI接口初始化，顯示器初始化。初始化后進行數(shù)據(jù)采集，將數(shù)據(jù)通過NRF24L01芯片、STM32單片機發(fā)送到無線數(shù)據(jù)傳輸接收系統(tǒng)。

（三）無線數(shù)據(jù)傳輸收發(fā)系統(tǒng)子程序設(shè)計

發(fā)送端：首先對系統(tǒng)進行初始化，設(shè)置為發(fā)送模式，超聲波傳感器開始工作對距離進行測量，然后將結(jié)果送至顯示器與無線收發(fā)電路進行顯示與數(shù)據(jù)發(fā)送，在顯示屏上顯示HC-SR04距離檢測傳感器測的數(shù)據(jù)值。檢測到數(shù)據(jù)后，通過NRF24L01模塊將數(shù)據(jù)信息發(fā)送給接收模塊，在顯示屏上顯示當前檢測出的距離。

接收端：無線數(shù)據(jù)傳輸接收系統(tǒng)與無線數(shù)據(jù)傳輸發(fā)送系統(tǒng)相類似，系統(tǒng)在工作之前要進行初始化，按照程序設(shè)計開始讀取接收到的數(shù)據(jù)，判定后進行數(shù)據(jù)處理與顯示，在顯示屏上顯示HC-SR04超聲波檢測傳感器測的距離值。檢測到數(shù)據(jù)后，在OLED顯示屏上顯示當前檢測出的距離，通過接收端讀取NRF24L01寄存器。并通過OLED顯示模塊進行顯示，顯示完畢后返回NRF24L01。如果超出設(shè)定的距離，報警器進行報警。如果接收不到數(shù)據(jù)則繼續(xù)檢測。

（四）OLED數(shù)據(jù)顯示電路子程序設(shè)計

OLED數(shù)據(jù)顯示電路在工作之前會進行系統(tǒng)初始化。初始化后等待無線數(shù)據(jù)傳輸發(fā)送系統(tǒng)采集端采集到的數(shù)據(jù)，接收到數(shù)據(jù)后進入判斷程序，當無線數(shù)據(jù)傳輸發(fā)送系統(tǒng)采集端發(fā)送的數(shù)據(jù)在測量范圍內(nèi)時，OLED模塊上顯示數(shù)據(jù)并有聲光報警，程序流程結(jié)束;當無線數(shù)據(jù)傳輸發(fā)送系統(tǒng)采集端發(fā)送的數(shù)據(jù)不在2cm-400cm范圍內(nèi)時，OLED模塊上沒有顯示數(shù)據(jù)，程序繼續(xù)進入判斷部分。

三、結(jié)論

本設(shè)計的研究工作已經(jīng)基本達到預期的要求，系統(tǒng)設(shè)計了包括超聲波檢測、NRF24L01無線傳輸?shù)饶K，操作方便和容易修改?？蓪崿F(xiàn)在室內(nèi)、室外測量距離，不僅方便易操作，成本低廉而且能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的實時傳輸。

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作者簡介：

曲鎮(zhèn)幫、田江偉，男，沈陽工學院。鄭琳（通訊作者），女，漢族，遼寧人，沈陽工學院，教師，講師，碩士學位。