一种基于STC15单片机和nRF2401的低功耗无线门禁系统设计

Nokia5110是诺基亚公司生产的一款液晶显示屏，既可以显示字符也可以显示图形，采用低压供电时，正常显示的工作电流在200 μA之下，并且价格便宜。一块带有驱动芯片的Nokia5110模块只要15元，而1602液晶显示屏需要20元，12864液晶显示屏则需要50～70元，并且Nokia5110的接口只有8个引脚包括背光，相比1602和12864来说引脚少了很多，在硬件设计上也更加方便。Nokia5110的8个引脚分别为RST、CE、D/C、SDIN、SCLK、VCC、BL和GND，其中RST为复位引脚，CE为芯片使能引脚，D/C为模式选择引脚，SDIN为串行数据线，SCLK为串行时钟，VCC为3.3 V工作电压，BL为背光引脚，GND为电源地，Nokia5110接口电路如图4所示。

2.5 步进电机驱动电路设计

本文采用L298N构成电机驱动电路，L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15引脚封装。主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达46V;输出电流大，瞬间峰值电流可达3 A，持续工作电流为2A;额定功率25 W。使用L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，正好满足本系统的设计需要，步进电机驱动电路如图5所示。

3 系统软件设计

3.1 nRF2401软件设计

nRF24L01数据发送或接收主要通过SPI接口实现，采用STC15L2K61S2单片机I/O口模拟SPI接口的工作时序，SPI读写时序如图6和图7所示。

完成芯片基本功能后需要对芯片进行初始化，保证发送端和接收端的地址宽度，信道工作频率，发射和接收速率以及功率一致，射频初始化函数如下：

3.2 步进电机软件设计

四相步进电机按照通电顺序的不同可分为单4拍、双4拍、8拍三种工作方式。单4拍与双4拍的步距角相等，但单4拍的转动力矩小。8拍工作方式的步距角是单4拍与双4拍的一半。因为8拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度，所以本文采用4相8拍的工作方式。

单4拍、双4拍与8拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图8所示。

结语

通过多次大量实验测试，本文设计的无线门禁系统有较好的实时性和准确性，在有障碍物条件下，数据传输也能满足实用性要求，达到了预期的设计目标。