基于nRF24L01的超声波无线测距系统

张雨露 中国地质大学(北京)信息工程学院

基于nRF24L01的超声波无线测距系统

张雨露 中国地质大学(北京)信息工程学院

本文介绍基于nRF24L01的超声波无线测距系统，通过nRF24L01无线传输模块将采集端的距离数据实时发送给主机，实现远距离的遥测。系统分为从机检测部分和主机接收显示报警部分。从机主要负责超声波的数据测量和处理，通过nRF24L01无线模块发送给主机。主机负责接收超声波检测的距离并在LCD液晶屏上显示，报警距离的参数设置可通过按键完成。当测量距离小于设置距离时，蜂鸣器和发光二极管发出声光报警。整体设计具有成本低、功耗低、传输速率高、软件设计简单以及通信稳定可靠等特点。

nRF24L01 STC89C52 无线测距

1 背景和现状

随着科技的迅速发展，无线电的应用越来越白热化，而无线测距的研究正是如今科技发展的一个新方向，其应用已经渗透到生活的方方面面。在一个无线电仪器上通过对准测量目标发射无线电信号，当信号碰到被测量物体时会发生反射，通过计算信号传播延迟、频率、相位差来达到测定两点间直线距离的方法称为无线测距。

超声波波长短，绕射现象小，方向性好，穿透能力强，且碰到杂质或分界面会有显著的反射现象。这一特性被广泛用于超声波探伤、测厚、测距、遥控和超声成像等技术。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而常被用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可通过超声波来实现。但限于目前技术水平，人们可以具体利用的测距技术还十分有限。因此，这是一个正在蓬勃发展而又具有无限前景的技术及产业领域。展望未来，超声波测距仪作为一种新型实用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展。毋庸置疑，未来的超声波测距仪将与自动化、智能化接轨，与其他测距仪集成和融合，形成多功能测距仪以满足日益发展的社会需求。

2 设计方案

本系统的设计采用了Nordic公司推出的工作于2.4GHz频段nRF24L01射频芯片，并有低功耗单片机STC89C52控制实现短距离无线数据通信。该接口设计具有成本低、功耗低、传输速率高、软件设计简单以及通信稳定可靠等特点。

基于nRF24L01超声波无线测距系统以单片机STC89C52为核心，由主机和从机部分组成。主机主要负责数据接收、处理、显示以及报警，从机主要是距离数据的采集和传输。超声波无线测距系统以nRF24L01芯片作为无线距离的数据传输、收发模块，发射与接收电路传输距离可达100m。nRF24L01具有自动重发、数据包识别及CRC校验功能，增强型ShockBurstTM模式可同时控制应答及重发功能而无需增加MCU的工作量。超声波检测的数据经过单片机分析和处理后，通过nRF24L01无线模块发送给主机。主机接收到通过nRF24L01无线模块传输的数据，经过单片机处理后在LCD1602液晶屏上显示。本设计中的报警距离通过主机的三个按键进行设置：参数设置键，参数加键，参数减键。长按按键可以实现连加和连减功能，更快的完成设置功能。当超声波的检测距离小于设置距离时，蜂鸣器和发光二极管发出声光报警。

按照系统设计功能的要求，确定系统由6个模块组成：主控制器、按键电路、发送电路、无线接收电路、LCD1602液晶显示电路、声光报警和电源电路。系统结构框图如图所示：

超声波无线测距系统结构框图

3 特色与创新点

本设计基于nRF24l01芯片的超声波测距仪，由超声波处理模块HC-SR04组成的超声波发射电路、数码管等器件组成，包括单片机系统、超声波发射电路、超声波接收电路、单片机复位电路、LED显示电路。在智能控制方面，采用了单片机STC89C52作为系统控制核心，最大限度的将其具备的资源应用到设计中，既体现了单片机最小系统应用的灵活性，又实现功能多样的智能控制。设计的最终结果是使超声波测距仪能够产生超声波，实现超声波的发送与接收，从而实现利用超声波测量物体间的距离，并以数字的形式显示测量距离。本系统不仅适用于距离的测量，还适用于水文液位测量和汽车间间距的测量，应用范围较广。

本文所设计的超声波测距系统，其结构简单、体积小、抗干扰性能好，由于采用了单片机技术为主导的智能化管理，可实现对电表的动态监控，运行稳定可靠，灵敏度高，具有非常高的市场应用价值。在某些特殊场合的应用中，可通过考虑超声波的入射角、反射角以及超声波传播介质的密度、表面光滑度等因素以满足更高的精度要求。

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