Радио модуль NRF24L01: описание, подключение, схема, характеристики | ВИКИ

Адаптер для nrf24l01 с atmega48 / купить в roboshop

Аппаратура радиоуправления на arduino

Беспроводное управление серводвигателем с помощью nrf24l01

Когда вы будете готовы, загрузите программы передатчика и приемника (приведены ниже) на соответствующие платы Arduino и подайте на них питание через USB порт. Вы также может запустить монитор последовательного порта для обеих плат, чтобы проверить, какое значение передается, и что принимается.

Работа проекта показана на демонстрационном видео ниже. Вполне нормально, если эти модули не заработают с первой попытки. Если вы столкнулись с какой-либо проблемой, снова проверьте код и разводку и попробуйте приведенные выше рекомендации по устранению неполадок.

Взаимодействие nrf24l01 с arduino

В этом руководстве мы узнаем, как связать nRF24L01 с Arduino, управляя серводвигателем, подключенным к одной плате Arduino, путем изменения потенциометра, подключенного к другой плате Arduino. Для простоты мы использовали один модуль nRF24L01 в качестве передатчика и один в качестве приемника, но каждый модуль может быть отдельно запрограммирован для передачи и приема данных.

Принципиальная схема подключения модуля nRF24L01 к Arduino приведена ниже. Для разнообразия я использовал UNO для приемной части и Nano для предающей части. Но для других плат Arduino, таких как Mini и Mega, логика подключения остается неизменной.

Видео

Встраиваемый модуль радиоуправления на nrf24l01 – проекты – avr – проекты на микроконтроллерах avr

Знакомство с rf модулем nrf24l01

Модули nRF24L01 являются приемопередающими модулями, то есть каждый модуль может отправлять и принимать данные, но поскольку они полудуплексные, в какой-либо момент времени они могут либо передавать, либо принимать данные. Модуль содержит микросхему nRF24L01 от Nordic semiconductors, которая отвечает за передачу и прием данных.

Микросхема обменивается данным с помощью интерфейса SPI и, следовательно, может легко взаимодействовать с любыми микроконтроллерами. С Arduino всё становится намного проще, так как для нее доступны библиотеки. Распиновка стандартного модуля nRF24L01 показана ниже.

Рабочее напряжение модуля составляет от 1,9 В до 3,6 В (как правило, 3,3 В). Модуль потребляет очень маленький ток, составляющий всего 12 мА при нормальной работе, что делает его эффективным при использовании с аккумуляторами, и, следовательно, он может работать даже от элементов питания размером с монету.

Несмотря на то, что рабочее напряжение составляет 3,3 В, большинство выводов толерантны к 5 В и, следовательно, могут напрямую подключаться к 5-вольтовым микроконтроллерам, таким как Arduino. Еще одним преимуществом использования этих модулей является то, что каждый модуль имеет 6 каналов связи (pipeline).

Это означает, что каждый модуль может связываться с 6 другими модулями для передачи и приема данных. Это делает данный модуль пригодным для создания сетей с топологиями «звезда» и «ячеистая» в приложениях IoT. Кроме того, они имеют широкий диапазон адресов из 125 уникальных идентификаторов, поэтому в закрытом пространстве мы можем использовать 125 таких модулей, не мешающих друг другу.

Купить модуль-адаптер беспроводной связи atmega48 (для nrf24l01)

Передающая часть: подключение модуля nrf24l01 к arduino nano

Соединения для передатчика точно такие же; кроме того, я использовал потенциометр, подключенный через выводы 5V и GND к Arduino. Выходное аналоговое напряжение, которое изменяется от 0 до 5 вольт, подается на вывод A7 Arduino Nano. Обе платы питаются через порт USB.

Подключение nrf24l01 к плате arduino

Подключение радиомодуля NRF24L01 к Arduino осуществляется по
SPI-интерфейсу, что предполагает
использование 5 проводов не считая
выводов питания. Для разных линеек Arduino номера выводов, на которые завязан
аппаратный  SPI-интерфейс, могут
отличаться. На рисунке №5 показана карта подключения NRF24L01 к различным сериям
Arduino.

 Рисунок №5 – карта подключения NRF24L01 к различным сериям
Arduino.

Выводы CE и CSNмогут
быть соединены с любыми цифровыми пинами Arduino.

Единственное что потребуется – указать их номера при написании скетча. Что
касается программирования, то для взаимодействия с NRF24L01 существует
несколько библиотек, но наиболее популярной и стабильной является библиотека RF24.

Как правило, большинство любительских
проектов начального уровня предусматривают использование двух модулей NRF24L01, один из которых
работает в режиме передатчика, а другой как приёмник на одинаковой частоте.

Но
что делать, когда на одном канале необходимо контролировать сразу несколько
датчиков, например температуру в разных комнатах? В этом случае, функциональные
возможности радиомодуля NRF24L01 предусматривают
возможность организации мини-сети.

А именно, на одной частоте или канале могут
работать до 6 передатчиков и 1 приёмник. При этом каждому
передатчику присваивается свой уникальный идентификатор («PipeID»
или «Идентификатор трубы»), а
приёмнику необходимо присвоить все идентификаторы тех передатчиков, от которых
он будет принимать данные.

Каждый идентификатор представляет из
себя произвольное число, состоящее из 5
байт, но он должен задаваться по определённым правилам, а именно:

Рисунок
№6 наглядно демонстрирует вышеизложенное.

Рисунок №6 – Приём данных от 6 передатчиков

Для закрепления материала, создадим
проект, где 2платы Arduino
будут соединены между собой по радиоканалу. К первой Arduino
подсоединим потенциометр, а ко второй – светодиод.

Рисунок №7 – соединение 2-х Arduinoпо
радиоканалу

Программный код для передатчика:

#include <SPI.h>  // Подключаем библиотеку для работы с SPI-интерфейсом
#include <nRF24L01.h> // Подключаем файл конфигурации из библиотеки RF24
#include <RF24.h> // Подключаем библиотеку для работа для работы с модулем NRF24L01
#define PIN_POT A7  // Номер пина Arduino, к которому подключен потенциометр
#define PIN_CE  10  // Номер пина Arduino, к которому подключен вывод CE радиомодуля 
#define PIN_CSN 9 // Номер пина Arduino, к которому подключен вывод CSN радиомодуля
RF24 radio(PIN_CE, PIN_CSN); // Создаём объект radio с указанием выводов CE и CSN

int potValue[1]; // Создаём массив для передачи значений потенциометра

void setup() {
  radio.begin();  // Инициализация модуля NRF24L01
  radio.setChannel(5); // Обмен данными будет вестись на пятом канале (2,405 ГГц)
  radio.setDataRate (RF24_1MBPS); // Скорость обмена данными 1 Мбит/сек
  radio.setPALevel(RF24_PA_HIGH); // Выбираем высокую мощность передатчика (-6dBm)
  radio.openWritingPipe(0x7878787878LL); // Открываем трубу с уникальным ID
}

void loop() {
  potValue[0] = analogRead(PIN_POT); // Считываем показания потенциометра
  radio.write(potValue, 1); // Отправляем считанные показания по радиоканалу
}

Программный код для приёмника:

#include <SPI.h>  // Подключаем библиотеку для работы с SPI-интерфейсом
#include <nRF24L01.h> // Подключаем файл конфигурации из библиотеки RF24
#include <RF24.h> // Подключаем библиотеку для работа для работы с модулем NRF24L01
#define PIN_LED 3  // Номер пина Arduino, к которому подключен светодиод
#define PIN_CE  10  // Номер пина Arduino, к которому подключен вывод CE радиомодуля 
#define PIN_CSN 9 // Номер пина Arduino, к которому подключен вывод CSN радиомодуля
RF24 radio(PIN_CE, PIN_CSN); // Создаём объект radio с указанием выводов CE и CSN

int potValue[1]; // Создаём массив для приёма значений потенциометра

void setup() {
  pinMode(PIN_LED, OUTPUT); // Настраиваем на выход пин светодиода
  radio.begin();  // Инициализация модуля NRF24L01
  radio.setChannel(5); // Обмен данными будет вестись на пятом канале (2,405 ГГц)
  radio.setDataRate (RF24_1MBPS); // Скорость обмена данными 1 Мбит/сек
  radio.setPALevel(RF24_PA_HIGH); // Выбираем высокую мощность передатчика (-6dBm)
  radio.openReadingPipe (1, 0x7878787878LL); // Открываем трубу ID передатчика
  radio.startListening(); // Начинаем прослушивать открываемую трубу
}

void loop() {
  if(radio.available()){ // Если в буфер приёмника поступили данные
    radio.read(&potValue, sizeof(potValue)); // Читаем показания потенциометра
    analogWrite(PIN_LED, map(potValue[0],0,1023,0,255)); // Регулируем яркость диода
  }
}

Как видно из вышеприведенного кода
передатчика и приёмника, в обоих случаях задаётся одинаковая мощность и
скорость обмена данными. Для этих целей используются предопределённые литерные
константы. Рассмотрим значение каждой из них в паре со своей функцией.

-RF24_250KBPS
– скорость 250 кбит/сек;

-RF24_1MBPS
– скорость 1Мбит/сек;

-RF24_2MBPS
– скорость 2Мбит/сек;

-RF24_PA_MIN – мощность -18dBm;

-RF24_PA_LOW – мощность -12dBm;

-RF24_PA_HIGH – мощность -6dBm;

https://www.youtube.com/watch?v=TrRxwQm6AZc

-RF24_PA_MAX – мощность 0dBm;

Приемная часть: подключение модуля nrf24l01 к arduino uno

Как было сказано ранее, nRF24L01 взаимодействует с помощью интерфейса SPI. Для связи через SPI на Arduino Nano и UNO используются выводы 11, 12 и 13. Следовательно, мы подключаем выводы MOSI, MISO и SCK от nRF к выводам 11, 12 и 13 соответственно.

Выводы CE и CS настраиваются пользователем, здесь я использовал выводы 7 и 8, но вы можете использовать любые выводы, изменив программу. Модуль nRF питается от вывода 3,3V на Arduino, что в большинстве случаев работать будет. Если нет, то можно попробовать отдельный источник питания.

Пример использования №2

Создадим проект передачи данных с одной плата Arduino на другую по радиоканалу и использованием модулей nRF24L01 .

Схема соединений нашего проекта на рис. 10.

Рисунок 10.

Листинг 3.

#include <SPI.h>                                     
#include <nRF24L01.h>                                         
#include <RF24.h>
// Создаём объект 
RF24  m24l01(7, 8);                  
// Массив для отправки данных  
byte  arr1[4];                                   
// идентификатор канала
#define ID 0xF0F0F0F0E2LL
// стартовый байт отправки
#define SEND_START 55       
// стоповый байт отправки
#define SEND_STOP 56         

#include "DHT.h"                                          
// создание DHT
DHT snr(6, DHT11);                              
int t;
int h;
unsigned long millissenddata=0;

void setup(){
    Serial.begin(9600); 

    m24l01.begin();
    m24l01.setPALevel(RF24_PA_HIGH);
    m24l01.setDataRate(RF24_250KBPS);
    m24l01.setChannel(0x55);
    m24l01.openWritingPipe(ID);

    snr.begin();      
}

void loop() {
   // отправка данных
   if(millis()-millissenddata>10000) {
      // получение данных с датчика
      h = snr.readHumidity();
      t = snr.readTemperature();
      arr1[0] = SEND_START;   
      arr1[1] = h;                             
      arr1[2] = t;                             
      arr1[3] = SEND_STOP;   
      Serial.println("send");
      // отправляем данные 
      m24l01.write(&arr1, sizeof(arr1));   
      delay(100);
      millissenddata=millis();
   }
}

Листинг 4.

#include <SPI.h>                                     
#include <nRF24L01.h>                                         
#include <RF24.h>
// Создаём объект 
RF24 m24l01(7, 8);                  
// для получения  данных  
int  arr1[4]; 
// идентификатор канала
#define ID 0xF0F0F0F0E2LL

#include <Wire.h> 
#include <LiquidCrystal_I2C.h>

LiquidCrystal_I2C dislpl(0x27,16,2);

void setup() {
    Serial.begin(9600);                                       
    m24l01.begin();                                          
    m24l01.setChannel(0x55);                            
    m24l01.setDataRate(RF24_250KBPS);                   
    m24l01.setPALevel(RF24_PA_HIGH);                 
    m24l01.openReadingPipe(1, ID);  
    // режим приема 
    m24l01.startListening  ();                             
    dislpl.init();
    // заголовки на дисплей
    dislpl.backlight();
    dislpl.setCursor(0,0);
    dislpl.print("H=");
    dislpl.setCursor(0,1);
    dislpl.print("T=");

}       
void loop() {
      if(m24l01.available()) { 
        m24l01.read(&arr1, sizeof(arr1));                  
        // Показания на дисплей
        dislpl.setCursor(2,0);
        dislpl.print(arr1[1]);
        dislpl.setCursor(2,1);
        dislpl.print(arr1[2]);
      }   
 }

И результат работы (рис. 11)

Рисунок 11.

Пример
использования №1

Так как основной областью применения
радиомодулей NRF24L01 являются
различные системы удалённого мониторинга, создадим небольшой проект, суть
которого передавать по радиоканалу температуру и влажность с датчика DHT11.

Рисунок №8 – проект удалённого контроля температуры и
влажности

Arduino1 будет один раз в 2 секунды считывать показания датчика DHT11 и отправлять
данные по радиоканалу на Arduino2,
которая выведет их на дисплей. В данном проекте использован символьный
ЖКИ-дисплей с конвертером I2C,
что позволяет использовать всего 2
провода для его подключения.

Программирование nrf24l01 для arduino

Использовать эти модули с Arduino очень просто благодаря доступной готовой библиотеке, созданной maniacbug на GitHub. Нажмите на ссылку, чтобы загрузить библиотеку в виде zip-каталога, и добавьте её в Arduino IDE с помощью Скетч (Sketch) → Подключить библиотеку (Include Library)

→ Добавить ZIP библиотеку (Add .ZIP library). После добавления библиотеки мы можем начать программирование для проекта. Мы должны написать две программы, одна для передающей части, а другая для приемной части. Однако, как я уже говорил ранее, каждый модуль может работать как и передатчик, и приемник.

Обе программы приведены в конце страницы, в коде передатчика будет закомментирован код приемника, а в программе приемника будет закомментирован код передатчика. Вы можете использовать его, если хотите, чтобы в вашем проекте модуль работал в обоих режимах. Работа программы описана ниже.

Как и во всех программах, мы начинаем с включения заголовочных файлов. Поскольку nRF использует протокол SPI, мы включили заголовочный файл SPI, а также библиотеку, которую только что загрузили. Библиотека servo используется для управления серводвигателем.

#include <SPI.h> 
#include "RF24.h"
#include <Servo.h>

https://www.youtube.com/watch?v=iT2Yts0WS2w

Далее идет важная строка, в которой мы указываем выводы CE и CS. На нашей принципиальной схеме CE подключен к выводу 7, а CS – к выводу 8.

RF24 myRadio (7, 8);

Все переменные, которые связаны с библиотекой RF, должны быть объявлены как составная структура. В данной программе переменная msg используется для отправки и получения данных от RF модуля.

struct package
{
  int msg;
};
typedef struct package Package;
Package data;

Каждый RF модуль имеет уникальный адрес, используя который можно отправлять данные на соответствующее устройство. Поскольку у нас здесь только одна пара, мы устанавливаем адрес, равный нулю, как на передатчике, так и приемнике, но если у вас несколько модулей, вы можете установить ID на любую уникальную строку, состоящую из шести цифр.

Работа с беспроводным приемопередающим модулем nrf24l01

Однако для того, чтобы наш nRF24L01 работал без проблем, мы могли бы рассмотреть следующие вещи. Я долгое время работал с этим nRF24L01 и изучил следующие моменты, которые могут помочь вам избежать препятствий. Вы можете попробовать это, когда модули не работают в нормальном режиме.

1. Большинство модулей nRF24L01 на рынке являются поддельными. Самые дешевые, которые мы можем найти на Ebay и Amazon, являются худшими (не волнуйтесь, с помощью нескольких ухищрений мы можем заставить их работать).
2. Основная проблема – источник питания, а не ваш код. Большинство примеров кода в интернете работают правильно.
3. Обратите внимание, что модули, которые промаркированы как NRF24L01 , на самом деле это Si24Ri (да, это китайский продукт).
4. Клоны и поддельные модули будут потреблять больше энергии, поэтому разрабатывайте свою схему питания не на основе технического описания nRF24L01 , поскольку Si24Ri будет иметь высокое потребление тока, около 250 мА.
5. Остерегайтесь пульсаций напряжения и скачков тока, эти модули очень чувствительны и могут легко выйти из строя (я пока поджарил 2 модуля).
6. Добавление пары конденсаторов (10 мкФ и 0,1 мкФ) между Vcc и Gnd модуля помогает очистить питание, и это работает с большинством модулей.

Тем не менее, если у вас есть проблемы, напишите в комментариях.

Ссылки по теме

1. Обзор радио модуля NRF24L01
2. nRF24L01 : побеждаем модуль.
3. nRF24L01 и Ардуино: побеждаем модуль (видео)
4. SE8R01. Подделка под NRF24L01 (видео)
5. Обзор радио модуля NRF24L01 PA LNA

Шаг 1

Загрузить в контроллер платы Ардуино скетч сканера эфира, который можно найти среди примеров Arduino IDE: Файл -> Примеры -> RF24 -> scanner. Ниже под спойлером есть этот скетч с несущественным изменением. В нем изменено время между стартом и остановкой сканирования одного канала с 128 мксек на 512 мксек.

Увеличение времени позволило за один цикл сканирования всего диапазона выявлять больше источников помех и сигналов. Это равнозначно замене результата измерений в канале на сумму четырех соседних результатов в этом канале до изменения времени сканирования. При этом, время прохода всего прослушиваемого диапазона сканером увеличилось несущественно: примерно с 8 до 10 сек.

В разных скетчах адрес канала в командах приводится в разных форматах: в одних — …(0x6f), в других — …(112). Перевод с одного формата в другой станет понятным с примера перевода. Например, для (0x1а) — это: (1 1)*16 а = (1 1)*16 10 = 42. Отсчет каналов начинается с частоты 2,4 ГГц, далее идет увеличение частоты на 1 МГц с увеличением номера канала на 1.

/*
Победа над nRF24L01: на три шага ближе, сканер эфира
https://habr.com/ru/post/476716/
*/

/*
  Copyright (C) 2023 J. Coliz <[email protected]>

  This program is free software; you can redistribute it and/or
  modify it under the terms of the GNU General Public License
  version 2 as published by the Free Software Foundation.
*/

/**
   Channel scanner

   Example to detect interference on the various channels available.
   This is a good diagnostic tool to check whether you're picking a
   good channel for your application.

   Inspired by cpixip.
   See http://arduino.cc/forum/index.php/topic,54795.0.html
*/

#include <SPI.h>
#include "nRF24L01.h"
#include "RF24.h"
#include "printf.h"

//
// Hardware configuration
//

// Set up nRF24L01 radio on SPI bus plus pins 9 & 10

RF24 radio(9, 10); //Arduino UNO

//
// Channel info
//

const uint8_t num_channels = 128;
uint8_t values[num_channels];

//
// Setup
//

void setup(void)
{
  //
  // Print preamble
  //

  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Scanner Air On");
  printf_begin();

  //
  // Setup and configure rf radio
  //

  radio.begin();
  radio.setAutoAck(false);

  // Get into standby mode
  radio.startListening();
  radio.printDetails();  
  delay(5000);              

  // Print out header, high then low digit
  int i = 0;
  while ( i < num_channels )
  {
    printf("%x", i >> 4);
      i;
  }
  printf("nr");
  i = 0;
  while ( i < num_channels )
  {
    printf("%x", i & 0xf);
      i;
  }
  printf("nr");
}

//
// Loop
//

const int num_reps = 100;

void loop(void)
{
  // Clear measurement values
  memset(values, 0, sizeof(values));

  // Scan all channels num_reps times
  int rep_counter = num_reps;
  while (rep_counter--)
  {
    int i = num_channels;
    while (i--)
    {
      // Select this channel
      radio.setChannel(i);

      // Listen for a little
      radio.startListening();
      delayMicroseconds(512);
      radio.stopListening();

      // Did we get a carrier?
      if ( radio.testCarrier() )
          values[i];
    }
  }

  // Print out channel measurements, clamped to a single hex digit
  int i = 0;
  while ( i < num_channels )
  {
    printf("%x", min(0xf, values[i] & 0xf));
      i;
  }
  printf("nr");
}

Далее подключаем модуль nRF24L01 к плате Ардуино или любому прототипу, собранному, допустим, на контроллере ATMEGA328P. Я собрал два образца на платах для прототипирования на контроллере ATMEGA328P по схеме контроллер резонатор. Один образец подключаю к компу через плату Arduino UNO, а второй — через конвертор USB/TTL.

Мощность стабилизатора платы Arduino UNO вполне приемлема для подключения дополнительной импульсной нагрузки такой, как nRF24L01 c адаптером 5В/3,3В для этого модуля или без адаптера.

На мониторе последовательного порта Arduino IDE увидите нечто похожее:

Если вы увидели похожую картинку — тест на работоспособность (исправность) радиомодуля и правильность его подключения пройден успешно. Замените радиомодуль другим, с которым планируете работать дальше.

Обратите внимание на чистый диапазон, начиная с канала 4а. У меня он остается чистым даже, если на расстоянии нескольких метров работает старая СВЧ-печь — мощный источник помех в этом диапазоне. А в общем-то, в Интернете рекомендуют выбирать каналы для своих проектов выше «60».

Если на каналах — шум, но радиомодуль определяется (смотрим преамбулу на мониторе Arduino IDE, подробно тут) — это однозначно копия. Не отчаивайтесь — ее тоже можно запустить.

Обращаю ваше внимание — на этом этапе не стоит выполнять никаких работ с паяльником. Тем же, кто не увидел похожей картинки и записал на видео процесс распаковки товара, разумно обратиться в торговую точку за заменой или возвратом денег.

Шаг 2

https://www.youtube.com/watch?v=oxWFtfgN_0s

По схеме, аналогичной первой, собираем второй радиоузел. Это будет передатчик. В его контроллер загружаем скетч передатчика (под спойлером).

Передатчик без пауз в работе передает сигнал на канале 6f (112).

Подаем питание на сканер эфира и передатчик. Присмотритесь что творится на канале 6f и соседних с ним каналах. Сканер эфира при включенном передатчике рано или поздно прорисует единички или другие одноразрядные числа в шестнадцатиричном исчислении в области 6f, на который запрограммирован передатчик. Наберитесь терпения на 1 — 2 минуты, особенно при работе со сканером из примеров.

https://www.youtube.com/watch?v=yUvjZtxJ7h8

Увидев сигнал от передатчика делаем следующий шаг.