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. Этот своеобразный путеводитель постоянно обновляется.
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).
Итак …
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 выявлять бОльше источников помех и сигналов. Это равнозначно замене результата измерений в канале на сумму результатов в этом канале за четыре цикла сканирования эфира до изменения времени задержки. При этом, время прохода всего прослушиваемого диапазона сканером увеличилось несущественно: примерно с 8-ми до 10-ти 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 <maniacbug@ymail.com> 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(57600); Serial.println("Scanner Air On"); printf_begin(); // // Setup and configure rf radio // radio.begin(); radio.setAutoAck(false); // Get into standby mode radio.startListening(); radio.stopListening(); // 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"); } // vim:ai:cin:sts=2 sw=2 ft=cpp
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 (подделка). Не отчаивайтесь — ее тоже можно запустить.
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, приемник https://habr.com/ru/post/476716/ */ #include <SPI.h> #include <RF24.h> 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.setRetries(0, 15); //время между попыткой достучаться, число попыток 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= " + String(data)); }
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, особенно при работе со сканером из примеров.
Увидев сигнал от передатчика делаем следующий шаг.
Шаг 3
Загружаем вместо сканера скетч приемника (под спойлером).
/* Победа над nRF24L01: на три шага ближе, передатчик https://habr.com/ru/post/476716/ */ #include <SPI.h> #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 {//всего принято { Serial.println("Принято: " + String(sg) + " пакетов"); sg = 0; } 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 в скетче обнуляется счетчик числа циклов 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 40 пакетов.
Подумал о увеличении мощности передаваемого сигнала с помощью дополнительной антенны. Для начала, подключил крокодилом монтажный провод «папа-мама» к «корню» штатной антенны. И счастье привалило — сразу 999 принятых пакетов!
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.
Все! Надеюсь, как и у меня, у вас в дальнейшем поубавится проблем с nRF24L01 в своих проектах. Успехов!
Безусловно эта простые шаги не могут гарантировать решение всех проблем с nRF24L01 — мне их и не перечесть, но теперь вы, как и я, будете уверены:
- радиомодули не бракованные;
- подключены верно;
- уровень сигнала передатчика, чуствительность приемника удовлетворительны и, в случае необходимости, обеспечиваются дополнительной антенной;
- пара nRF24L01+ однозначно работает в режиме «передатчик-приемник» без откликов и их ожидания. Иногда этого достаточно.
Ссылки по теме
ссылка на оригинал статьи https://habr.com/ru/post/476716/
Добавить комментарий