Модуль приймача 2,4 ГГц NRF24L01

Модуль приймача 2,4 ГГц NRF24L01 Модуль NRF24L01 дозволяє зв'язати прилади радіоканалом передачі даних. З допомогою NRF24L01 до семи приладів об'єднуються в загальну радіомережа топології зірка на частоті 2,4 ГГц. Один прилад в радіомережі ведучий, інші ведені. При спрощеному розгляді модуль приймача 2,4 ГГц NRF24L01 є конвертером інтерфейсу SPI в радіосигнал. Бере на себе всі функції перетворення провідного інтерфейсу SPI в радіосигнал, містить приймач, передавач і мініатюрну антену. Фахівцю не обов'язково знати особливості кодування модулем даних по радіо, достатньо правильно організувати роботу SPI і встановити налаштування кожного модуля працює в радиомосте. Основа модуля мікросхема nRF24L01+ фірми Nordic Semiconductor. На платі розміщені компоненти необхідні для роботи МС і вилка роз'єму. Установка вихідної потужності модуля, каналів радіообміну і настройка протоколу проводяться через інтерфейс SPI. Сумісний з модулями nRF2401A, nRF2402, nRF24E1 і nRF24E2. Застосування пристрою найбільш актуально для мобільних приладів. Наприклад, можна створити бездротову зв'язок з пультом управління відеогрою, джойстиком, комп'ютерними мишею і клавіатурою. Цікава область застосування – управління рухомими системами малої робототехніки: колісними і гусеничними платформами, квадрокоптерами. Завдяки NRF24L01 стає можливим вирішити технічні проблеми простий телемеханіки і збору даних з датчиків. Це знаходить застосування в охоронно-пожежної сигналізації, систем «розумний будинок», пристроях централізованого збору інформації та інших. Характеристики Харчування Напруга 1,9–3,6 В Струм 13,5 мА коли швидкість обміну 2 Мбод 11,3 мА якщо потужність 0 dBм 22 мА пікове споживання при прийомі Частоти каналів 126 Швидкості обміну: 256 Кбод, 1 Мбод, 2 Мбод Модуляція GFSK Чутливість приймача -85 dBм при швидкості 1 Мбод Гранична температура повітря робота -40...85 °C зберігання -40...125 °C Розміри. Мікросхема nRF24L01+ В мікросхему входять: синтезатор частоти, підсилювач потужності, генератор, демодулятор, модулятор та інші частини, що утворюють багатофункціональний трансивер. Зв'язок відбувається в діапазоні частот 2,4–2,4835 ГГц. Частота, на якій будуть працювати модулі, визначається номером каналу. Вони мають крок 1 МГц. Каналу 0 відповідає частота 2,4 ГГц, каналу 76 частота 2,476 ГГц. При швидкості 250 Кбод зв'язок можливий на більшій дистанції. У режимі прийому даних RX споживання струму вище, ніж в режимі передачі TX. Модуль працює в чотирьох режимах: Power Down – вимкнений, Standby – сплячий режим, RX Mode – приймач, TX Mode – передавач. Мікросхема nRF24L01+ має функції енергозбереження. Надійний обмін даними гарантує власний протокол обміну Enhanced ShockBurst™. Прийом даних підтверджує зворотній зв'язок у вигляді відповіді. Приймає дані модуль приймача 2.4 ГГц NRF24L01 відповідає підтвердженням прийому. Якщо підтвердження прийому не отримано, то передача повторюється. Приймач – трансивер, має трирівневий FIFO буфер прийому, розділений на шість каналів, і трирівневий FIFO буфер передачі. Одна мікросхема nRF24L01+ конфігурується як центральний вузол приймає і 6 як повідомляють дані. Такі позначення функцій певною мірою умовні. Насправді при будь-якій ролі МС в обміні даними кожна з них працює по черзі як приймач і передавач. Обмін даними в мережі відбувається на одному частотному каналі. Завдяки великій кількості каналів поруч можуть працювати ще 7 мікросхем і ще і ще... У пакеті переданих даних є 9 біт ідентифікації після бітів адреси. Перші 2 біти використовуються для індикації даних лічильника прийому пакетів для контролю черговості прийому. Решта сім біт не використовуються зарезервовані під майбутні продукти. Для сумісності з мікросхемами nRF2401, nRF24E1 і nRF905, nRF9E5 поле ідентифікації пакета може не використовуватися. Кількість повторних спроб передачі пакета задається програмно. Якщо відправити пакет не вдалося, то генерується переривання для контролера, а в регістрі статусу трансивера встановлюється біт MAX_RT. Для успішної передачі пакета виробляється сигнал переривання (виведення TX_DS IRQ) і передає буфер FIFO очищається. Для налаштування різних параметрів і функцій використовуються регістри мікросхеми. Кожен регістр (крім трьох регістрів корисного навантаження) має 5-бітний адресу, який маскується в R_REGISTER і W_REGISTER інструкціями, відповідно читання і запис. Доступні наступні регістри. CONFIG – настройка переривань, контрольної суми, харчування та статусу Tx/Rx. EN_AA – включення і відключення Enhanced ShockBurst ™ на окремих каналах Rx. EN_RXADDR – включення і відключення каналу Rx. SETUP_AW – довжина адреси. SETUP_RETR – настройка затримки повтору і кількості спроб зв'язатися, якщо не отримано підтвердження прийому. RF_CH – установка радіочастотного каналу. RF_SETUP – настройка швидкості передачі з ефіру, вихідний потужності і коефіцієнта посилення. STATUS – бітів стану переривання, буфер Tx FIFO повний і кількість каналів отримали пакети. OBSERVE_TX – кількість втрачених та повторно переданих пакетів. CD – виявлення несучої частоти. RX_ADDR_Pn – адресу для Rx каналу n. TX_ADDR – адреса призначення переданих пакетів. RX_PW_Pn – величина постійної навантаження на Rx канал n. FIFO_STATUS – статус повторення, буфер Tx FIFO повний / порожній, Rx FIFO повний / порожній. ACK_PLD – корисне навантаження відправки пакетів відповіді, якщо відповіді пакетів включені (записується із зазначенням W_ACK_PAYLOAD). TX_PLD – Тх FIFO (записується з інструкціями і W_TX_PAYLOAD W_TX_PAYLOAD_NO_ACK). RX_PLD – Rx FIFO (читається з інструкцією R_RX_PAYLOAD). DYNPD – увімкнути або вимкнути функцію динамічного розрахунку корисного навантаження на канали Rx. FEATURE – включення або відключення динамічної корисного навантаження, ACK корисного навантаження, і селективні функції ACK. Підключення Крім висновків живлення контакти ліній сигналів можуть підключатися до контактів приладу живиться напругою 5 Ст. Така сумісність забезпечена внутрішніми ланцюгами мікросхеми. При підключенні до порту Р0 МК класу 51 потрібен підтягуючий резистор 10 кОм, для інших портів він не потрібен. Входи пристрою підключається до модуля повинні споживати струм не більше 10 мА. Модуль з'єднується з мікроконтролером класу AVR без ланцюгів узгодження рівнів сигналів. Розташування контактів з'єднувача. Модуль має наступні контакти: GND – загальний провід, VCC – живлення 3,3 В, CE – включення радіотракту мікросхеми високим рівнем, CSN – Chip Select Not, активний низький рівень. Якщо встановлено низький рівень, то модуль відповідає на SPI команди. Це більш важливий сигнал вибору МС ніж сигнал CE, SCK – тактування шини SPI, до 10 МГц, MOSI – використовується для передачі даних від мікроконтролера до пристрою, MISO – для передачі даних з пристрою в мікроконтроллер, IRQ – вихід сигналу запиту переривання при відправці та отриманні пакету. Вилка з'єднувача модуля встановлюється в роз'єм, зображений на фото: Радіомодуль легко підключити до Arduino UNO. З'єднайте проводами однойменні контакти. Підключення є універсальним і підходить для всіх плат Arduino UNO, DUE, MEGA, Леонардо, Yun і подібних. Сигнали SPI виведені на з'єднувач ICSP микроконтроллерного модуля Arduino. Контакт живлення VCC з'єднується з контактом стабілізатора Arduino напруги 3,3 Ст. Загальний дріт підключається до контакту GND. Сигнали вибору CE і CSN підключаються до контактів, визначеним у бібліотеці RF24, наприклад 7 і 8. Особливості програмування Для програм Arduino використовується бібліотека RF24 https://github.com/maniacbug/RF24/ Ця бібліотека забезпечена великою кількістю прикладів. При запису програми в Arduino модуль приймача 2,4 ГГц NRF24L01 потрібно відключити від Arduino. Перед першою командою ініціалізації потрібна пауза дві секунди після подачі живлення. Необхідно зробити публічною функцію RF24::flush_tx в бібліотеці RF24 і очищати буфер передачі перед відправленням повідомлення. За замовчуванням модуль працює на передавальному каналі 76h. Робота модуля в мережі топології зірка За замовчуванням модуль приймача 2,4 ГГц NRF24L01 сконфігурований як провідний і може отримувати дані по шести каналах. Кожен із шести відомих модулів повинен бути налаштований відповідним чином, при цьому веденим модулів присвоюються унікальні адреси. Примітка Перед першим вмиканням слід змонтувати на модулі 2 конденсатора. Між висновками VCC і GND припать конденсатор SMD корпусі (планарних) ємністю 0,1 мкФ з боку пайки до монтажних майданчиків на платі, потім до них припаяти електролітичний конденсатор ємністю 100 мкФ на напругу 10 Ст. Живити краще не від Arduino, а від окремого стабілізатора напруги 3,3 В, здатного забезпечити струм навантаження 200 мА.