在工業控制現場， 常常需要采集大量的現場數據， 如溫度、濕度、氣壓等， 并將這些數據傳輸到主機進行處理，由主機根據處理的結果， 將控制信號傳輸給現場執行模塊進行各種操作。可以看出數據從采集設備到處理終端，監測控制指令從處理終端到采集設備，均需經過傳輸過程這一重要環節。當數據采集點處于運動狀態，或者所處的環境不允許鋪設電纜，采集設備必須與終端設備分離，此時只能通過無線方式進行數據傳輸。基于此，本文設計了一個無線數據傳輸系統，它應用Microchip公司的PIC16F877單片機控制Nordic公司的無線數字傳輸芯片nRF24L01 ，通過無線方式進行數據雙向傳輸。實驗結果證明：該系統使用靈活、成本低廉，可方便地嵌入到無線監測系統中。

　　nRF24L01芯片的介紹

　　nRF24L01是單片射頻收發芯片，工作于2.4～2.5 GHz ISM頻段。工作電壓為1.9～3.6 V，有多達125個頻道可供選擇。可通過SPI寫入數據，最高可達10 Mb／s，數據傳輸率最快可達2 Mb／s，并且有自動應答和自動再發射功能。和上一代nRF2401相比，nRF2401數據傳輸率更快，數據寫入速度更高，內嵌的功能更完備。

　　芯片內置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調制器等功能模塊，并融進了增強式ShockBurst技術，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。芯片能耗非常低，以-6 dBm的功率發射時，工作電流只有9 mA，接收時工作電流只有12.3 mA，多種低功率工作模式（掉電模式和空閑模式）使節能設計更方便。

　　系統總體結構設計

　　圖1為系統設計總體框圖。此無線數據傳輸系統主控制芯片采用Microchip公司的PIC16F877微處理器，它負責控制無線芯片L01，實現數據的無線傳輸。為了進行多通道的數據采集，這里采用10片A/D進行分時采樣，它們的工作時序則由CPLD來控制，每路采集的數據經單片機處理后無線發射，至于何時采樣，則由單片機發的Trigger信號決定。 在與計算機的通訊方面，系統采用USB芯片通過USB口將無線接收數據送入計算機，并存儲在一個二進制文件內，當傳輸完畢后，運行VB讀數軟件，可將采集的信號讀出以供分析。

　　系統硬件設計

　　數據采集部分

　　數據采集部分主要由傳感器、低通濾波放大器、A/D以及CPLD組成，電源管理則主要為各個芯片提供合適工作電壓，并為CPLD提供1MHZ主時鐘輸入。此系統采用10片AD7492，可進行10路模擬信號的采樣。CPLD主要控制10片A/D的采樣和讀數時序，采樣率由CPLD內部分頻器和無線傳輸率大小決定。為了配合無線傳輸模塊的工作，這里采用觸發采樣。即在CPLD內部設計D觸發器，并用VCC連接D輸入端，Trigger信號作為時鐘輸入，如圖2所示。系統上電后，CPLD便檢測其引腳Trigger端，當出現上升沿時， D觸發器輸出高電平，打開與非門，Convast就會輸出1KHz信號，A/D采樣開始。

　　無線傳輸部分

　　數據傳輸主要利用PIC16F877單片機對無線射頻芯片L01的控制實現的。nRF24L01是單片射頻收發芯片，工作于2.4～2.5GHzISM頻段，工作電壓為1.9V～3.6V，工作溫度為- 40℃～+ 85℃，有多達125個頻道可供選擇，最高通信速率2Mbit/s ，具有自動應答和重發功能，其工作參數全部通過芯片狀態字配置，而這些配置字是由PIC16F877通過SPI［1］訪問L01的。L01主要技術為：

　　工作模式 ：CE，CSN，SCK，MOSI，MISO，IRQ這6個管腳為該芯片的控制引腳。微處理器通過對這6個引腳的控制就可以決定該芯片的工作模式。當PWR_UP、PRIM_RX和CE為“111”時，L01處于接收模式;為“101”時處于發射模式;為“1X0”時處于空閑模式1;為“0XX”時處于掉電模式。

　　增強型ShockBurst技術：L01融進了增強型ShockBurst技術，該項技術使得雙向通信協議變得簡單。在一個典型的雙向通信中，接收方在收到發射方的數據時，將會向發射方回傳一個應答信號，若接收方未收到該數據，發射方在等待一定延遲時間后將自動重發此包數據（在自動重發功能開啟的情況下），這都不需要CPU的參與。

　　數據通道：當L01處于接收狀態時，它可以接收來自6個不同通道的數據。每個通道都有一個屬于自己的通道地址，但共享同一頻道。也就是說，一個配置為接收模式的L01可以和6個配置為發射模式下的L01進行通信，接收機可以根據它們的通道地址進行區分。通道0有一個40位的地址，通道1—5則共享高32位地址，只是低8位不同。每個通道都能開啟自動重發射和自動應答功能。處于接收狀態下的L01在回傳應答信號時，將利用該接收通道的地址作為發射應答信號的發射地址。在發射設備中，通道0常用于接收應答信號。發射數據的地址必須和接收通道0的地址一致 ，這樣才能有效地接收應答信號。

　　數據包描述：“1字節字頭 + 3～5字節地址 + 9Bit標志位 + 1～2字節CRC”。 當L01要發送數據時，微控制器要先把地址和有效數據寫入L01緩存區，然后由L01自動產生字頭和CRC校驗碼，之后再發射出去。

　　USB接口設計

　　系統采用USB芯片FT245，由單片機控制讀寫操作。FT245提供了一些狀態標志位（RXF，TXE）供單片機查詢，以便讓單片機發讀寫脈沖執行讀寫操作，控制非常簡單。