Wi fi модуль nrf24l01

Победа над nRF24L01: на три шага ближе

Многие испытывают трудности при соединении по эфиру радиомодулей nRF24L01. Об этом свидетельствует тема на форуме Амперки, открытая в конце 2014г. За пять с небольшим лет в теме накопилось более 120(!) страниц. Это при том, что автор темы не просто обозначил проблему, а поделился своим трехнедельным опытом победного для него боя. Кроме того, он тут же — в первом сообщении создал навигатор по страницам темы, где приводит ссылки на решения проблемы другими.

Я тоже не из тех счастливчиков, которым легко удалось связать радиомодули. Ниже — мой подход к решению проблемы.

Модули nRF24L01 работают в полудуплексном режиме. Это как разговор по рации: каждый из корреспондентов в один момент времени либо говорит, либо слушает. То есть, каждый из двух узлов работает в режиме и приемника и передатчика: передатчик, отправив сообщение ждет на подтверждение приема сообщения со стороны приемника.

Как правило, все тесты, которые мне встречались в Инете, сводятся к проверке работы и качества связи пары радиомодулей в полнофункциональном режиме, когда передатчик, послав пакет, ждет на подтверждение приема пакета приемником.

Я же разделил эту задачу на несколько простых задачек. Вначале модули проверяются на работоспособность и правильность подключения (шаг 1), затем один из пары работающих радиомодулей тестируется на работу в режиме передатчика без ожидания отклика с приемника (шаг 2) и последний этап — улучшение качества связи в этой связке передатчик-приемник (шаг 3).

Для общего представления — картинка с прототипом:

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) 2011 J. Coliz 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 #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("\n\r"); i = 0; while ( i < num_channels ) < printf("%x", i & 0xf); ++i; >printf("\n\r"); > // // 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("\n\r"); > 

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

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

/* Победа над nRF24L01: на три шага ближе, передатчик https://habr.com/ru/post/476716/ */ #include #include RF24 radio(9, 10); // порты D9, D10: CSN CE const uint32_t pipe = 111156789; // адрес рабочей трубы; byte data; void setup() < Serial.begin(115200); Serial.println("TransmitterTester ON"); radio.begin(); // инициализация delay(2000); radio.setDataRate(RF24_1MBPS); // скорость обмена данными RF24_1MBPS или RF24_2MBPS radio.setCRCLength(RF24_CRC_8); // размер контрольной суммы 8 bit или 16 bit radio.setPALevel(RF24_PA_MAX); // уровень питания усилителя RF24_PA_MIN, RF24_PA_LOW, RF24_PA_HIGH and RF24_PA_MAX radio.setChannel(0x6f); // установка канала radio.setAutoAck(false); // автоответ radio.powerUp(); // включение или пониженное потребление powerDown - powerUp radio.stopListening(); //радиоэфир не слушаем, только передача radio.openWritingPipe(pipe); // открыть трубу на отправку >void loop() < data = 109; radio.write(&data, 1); Serial.println("data https://habrastorage.org/webt/js/as/jx/jsasjxbyehszbxl78zxhtlulmww.png" rel="nofollow noopener noreferrer"> 
Увидев сигнал от передатчика делаем следующий шаг.
 
 
Шаг 3
 
 
Загружаем вместо сканера скетч приемника (под спойлером).
 
 
 скетч приемника 
/* Победа над nRF24L01: на три шага ближе, приемник https://habr.com/ru/post/476716/ */ #include #include "nRF24L01.h" #include "RF24.h" RF24 radio(9, 10); // порты D9, D10: CSN CE const uint32_t pipe = 111156789; // адрес рабочей трубы; byte data[1]; int scn; //счетчик циклов прослушивания эфира int sg; //счетчик числа принятых пакетов с передатчика void setup() < Serial.begin(9600); Serial.println("ReceiverTester ON"); radio.begin(); // инициализация delay(2000); radio.setDataRate(RF24_1MBPS); // скорость обмена данными RF24_1MBPS или RF24_2MBPS radio.setCRCLength(RF24_CRC_8); // размер контрольной суммы 8 bit или 16 bit radio.setChannel(0x6f); // установка канала radio.setAutoAck(false); // автоответ radio.openReadingPipe(1, pipe); // открыть трубу на приём radio.startListening(); // приём >void loop() < if (scn < 1000) < // прослушивание эфира if (radio.available()) < radio.read(data, 1); if (data[0] == 109) < sg++; >> > else scn = 0; > scn++; delay(20); if (scn >= 1000) scn = 1000; //защита от переполнения счетчика > 
 
Логика работы приемника такая же, как и у сканера эфира, но он в отличие от сканера принимает сигналы только на частоте передатчика 6f и, как и сканер, не посылает автоответ. Скорость обмена информацией и размер контрольной суммы у приемника такие же, как у передатчика. После каждых 1000-и циклов прослушивания счетчик числа циклов обнуляется и выводится инфа о количестве принятых пакетов с передатчика в монитор порта Arduino IDE.
 
Включаем передатчик и приемник. Если приемник принимает хотя бы каждый третий пакет — это уже успех. У меня не получилось. Приемник по непонятным причинам принимал максимум 50 пакетов.
 
Подумал о увеличении мощности передаваемого сигнала с помощью дополнительной антенны. Для начала, подключил зажимом монтажный провод «папа-мама» к «корню» штатной антенны передатчика. И счастье привалило: сразу 999 принятых пакетов — максимально возможное число из 1 000!
 
Юзерам, которые захотят сделать все грамотно, придется поработать. Дополнительная антенна в данном случае — это отрезок коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом и длиной 115 мм. Антенна подключается к выводу 13 (АNT2) микросхемы nRF24L01+. Схему подключения и номиналы нескольких недостающих smd компонентов, которые надо поставить на плату радиомодуля, можно найти на принципиальной электрической схеме nRF24L01+ тут. Впрочем, есть альтернатива — в магазин за NRF24L01+PA+LNA 
 
 
Теперь обязательно припаиваем между пинами GND и VCC обеих радиомодулей по два конденсатора. Керамический конденсатор, выполняющий роль ВЧ-фильтра, емкостью не менее 0,15 мкФ (чем больше, тем лучше) и электролит емкостью около 10 мкФ (можно и больше, но бесполезно) — это НЧ-фильтр. ВЧ-фильтр шунтирует высокочастотные помехи по цепи питания радиомодуля, а НЧ-фильтр сглаживает пульсации питания. Для надежности, цепи питания радиомодулей лучше непосредственно подпаять к пинам контроллеров.
 
Тут не могу не упомянуть о решении, предложенном GennPen в комментариях. Это установка на платах nRF24L01+ отсутствующего конденсатора С6 (1. 2pF). Конденсатор будет выполнять роль пассивной нагрузки. Без пассивной нагрузки модули nRF24L01+ со встроенной антенной «захлебываются» и часто нормально работают только на пониженных мощностях передатчика.
 
 
После того, как удалось установить наилучшую связь в паре передатчик — приемник, можно провести тестирование на определение дальности связи радиомодулей, задав мощность передатчика и свои критерии качества связи, допустим, 300 принятых пакетов из 1000. У меня пара в режиме усилителя PA_MAX обеспечивает связь «999:1000» в пределах квартиры через 3 кирпичных простенка.
 
И наконец, несколько слов о своей скромной статистике работы с модулем. В свое время купил 8 шт. радиомодулей nRF24L01+. Приобрел в разное время с интервалом больше года, в разных интернет-магазинах и, судя по стилю маркировки, от разных производителей. Сначала, безрезультатно повозившись с ними и начитавшись, как мучаются с nRF24L01+ другие, без особых проблем перешел на радиомодули LoRa. Жизнь заставила вернуться к nRF24L01+, поскольку заявленный максимальный ток потребления nRF24L01+ ниже, чем у LoRa. Кроме того, nRF24L01+совместим с малопотребляющим nRF52832 и другими. Это особенно важно для автономных систем с ограниченным ресурсом источников. В итоге удалось соединить все 8 радиомодулей по эфиру. Вывод простой — не надо верить мифам, что рынок переполнен неработающими копиями (клонами, репликами, подделками). Да и какой изготовитель станет запускать высокотехнологичное производство, чтобы тиражировать неработающие изделия! Клонов на рынке хватает. К сожалению, они не всегда стоят дешевле оригиналов. Уровень основных технических характеристик клонов ниже, чем у оригинальных продуктов. Единственная возможность отличить копию от оригинала — это тестирование. Основные признаки копии — это выше заявленного в спецификации энергопотребление, больший процент потерь пакетов и более низкая скорость при передаче.
 
Конечно, эти простые шаги не могут гарантировать решение всех проблем с nRF24L01 — мне их и не перечесть, но после того, как их сделаете, будете уверены, что:
 
 
радиомодули исправны;
 
подключены верно;
 
уровень сигнала передатчика, чувствительность приемника удовлетворительны и, в случае необходимости, обеспечиваются дополнительными мерами;
 
пара nRF24L01+ работает в режиме «передатчик-приемник» без откликов и ожидания на отклики. Иногда этого достаточно.
 
 
Все! Надеюсь, как и у меня, у вас в дальнейшем поубавится проблем с nRF24L01+ в своих проектах. Успехов!
 
Ссылки по теме
 
Источник
 
Saved searches
 
Use saved searches to filter your results more quickly
 
You signed in with another tab or window. Reload to refresh your session. You signed out in another tab or window. Reload to refresh your session. You switched accounts on another tab or window. Reload to refresh your session.
 
Модули беспроводной связи nRF24L01, настройка и примеры
 
AlexGyver/nRF24L01
 
This commit does not belong to any branch on this repository, and may belong to a fork outside of the repository.
 
Name already in use
 
A tag already exists with the provided branch name. Many Git commands accept both tag and branch names, so creating this branch may cause unexpected behavior. Are you sure you want to create this branch?
 
Sign In Required
 
Please sign in to use Codespaces.
 
Launching GitHub Desktop
 
If nothing happens, download GitHub Desktop and try again.
 
Launching GitHub Desktop
 
If nothing happens, download GitHub Desktop and try again.
 
Launching Xcode
 
If nothing happens, download Xcode and try again.
 
Launching Visual Studio Code
 
Your codespace will open once ready.
 
There was a problem preparing your codespace, please try again.
 
Latest commit
 
Git stats
 
Files
 
Failed to load latest commit information.
 
README.md 
 
Модули беспроводной связи nRF24L01, настройка и примеры
 
NRF24L01 обычные, мини, с усилителем, а также модуль питания:
 
RF24-master - библиотека для модуля связи, установить в C:\Program Files\Arduino\libraries
 
nRF24 tests - тесты модулей
 
 
GettingStarted_CallResponse - тест качества связи между двумя модулями
 
nrf_listen_air - тест одного модуля, прослушивание всех каналов
 
время передачи - скетч, измеряющий время передачи с модуля на модуль (сильно упрощённый GettingStarted_CallResponse)
 
тест расстояния - скетч из видео, к Ардуино подключен дисплей, отображающий число принятых пакетов за единицу времени
 
 
Projects - папка со схемами и скетчами
 
 
3 канальное управление - трёхканальное управлением реле, LED лентой и сервомашинкой
 
простой приём передача - базовая пара скетчей со всеми настрйоками модулей, а также примером передачи данных
 
 
 
 
About
 
Модули беспроводной связи nRF24L01, настройка и примеры
 
Источник