При создании некоторых проектов, требуется разделить выполняемые задачи между несколькими arduino.
В этом уроке мы научимся соединять две arduino по радиоканалу ISM диапазона, используя радио модуль nRF24L01+, на расстоянии до 100 м. Если использовать радио модули NRF24L01+PA+LNA, то расстояние между arduino можно увеличить до 1 км, не меняя код скетча.
Преимущества:
- Отсутствие проводов между arduino.
- Высокая скорость передачи данных, до 2 Мб/с. Выше чем у шин I2C и UART.
- Полудуплексная связь. Режим работы модулей (приёмник / передатчик) можно менять в процессе их работы.
- Высокая помехозащищенность. Данные в пакетах принимаются с проверкой CRC.
- Контроль доставки данных. Приемник отправляет передатчику сигнал подтверждения приёма данных (без смены режима работы).
- Возможность выбора одного из 128 каналов связи. Шаг каждого канала равен 1 МГц (от 2,400 ГГц до 2,527 ГГц).
- Возможность одновременной работы до 6 передатчиков на одном канале.
Недостатки:
- Модули nRF24L01+ работают в радиочастотном диапазоне ISM (Industrial, Scientific, Medical) 2,4 ГГц, на котором работают WiFi, Bluetooth и другие устройства, например радио телефоны и даже СВЧ печи. Эти устройства могут «глушить» некоторые каналы данного диапазона. Поэтому вблизи таких устройств дальность связи между модулями, на некоторых каналах, резко уменьшается. Увеличить дальность можно сменив канал связи на любой из 128 доступных модулям nRF24L01+.
- При выборе скорости 2 Мб/с, задействуются сразу два канала (выбранный и следующий за ним).
- Модули питаются от напряжения 3,3 В постоянного тока. Но их можно запитать от 5 В через адаптер nRF24L01+.
Нам понадобится:
- Радио модуль nRF24L01+ х 2шт.
- Адаптер к модулю nRF24L01+ х 2шт.
- Arduino х 2шт.
- Trema Shield х 2шт.
- Trema Slider х 1шт.
- Trema потенциометр х 1шт.
- Trema четырехразрядный LED индикатор х 1шт.
- Сервопривод x 1шт.
- Набор проводов «мама-мама» для подключения радио модулей х 1 комплект.
Для реализации проекта нам необходимо установить библиотеки:
- Библиотека RF24 (для работы с радио модулями nRF24L01+).
- Библиотека iarduino_4LED, (для работы с Trema четырехразрядным LED индикатором).
- Библиотеки SPI и Servo входят в стандартный набор Arduino IDE.
О том как устанавливать библиотеки, Вы можете ознакомиться на странице Wiki - Установка библиотек в Arduino IDE.
Видео:
Схема подключения:
Оба радио модуля nFR24L01+ подключены, через адаптер, к аппаратной шине SPI. Trema четырехразрядный LED индикатор подключён к цифровым выводам D2 и D3 (можно подключить к любым выводам Arduino). Сервопривод подключён к цифровому выводу D4 (можно подключить к любым выводам). Trema потенциометр и слайдер подключены к аналоговым входам A1 и A0 (можно подключить к любым аналоговым входам). Питание адаптера nFR24L01+ взято с контактов GND и Vcc (5 В).
Если Вы будете подключать модуль nFR24L01+ без адаптера, то модуль требуется запитать от напряжения 3,3 В постоянного тока.
Таблица подключения радио модуля nFR24L01+
| Адаптер nRF24L01+ | Arduino Uno | Назначение |
|---|---|---|
| CE | 9 (меняется в скетче) | Выбор режима: приёмник / передатчик |
| CSN (CS/SS) | 10 (меняется в скетче) | Шина SPI - выбор устройства |
| SСK | 13 (SCK) | Шина SPI - линия тактирования |
| MO | 11 (MOSI) | Шина SPI - линия данных (от мастера к ведомому) |
| MI | 12 (MISO) | Шина SPI - линия данных (от ведомого к мастеру) |
| IRQ | Не используется | Прерывание |
Алгоритм работы:
Передатчик:
При старте (в коде setup) скетч настраивает работу радио модуля в режим передачи данных, указывая номер канала, скорость передачи, мощность передачи и идентификатор трубы. После чего, постоянно (в коде loop), считывает показания с Trema потенциометра и Trema слайдера, сохраняя их в массив data, и отправляет его радио модулю для передачи.
Приёмник:
При старте (в коде setup) скетч настраивает работу радио модуля, указывая те же параметры что и у передатчика, но в режим приёма данных, а также инициирует работу с LED индикатором и сервоприводом. После чего, постоянно (в коде loop), проверяет нет ли в буфере данных, принятых радио модулем. Если данные есть, то они читаются в массив data, после чего значение 0 элемента (показания Trema слайдера) выводится на LED индикатор, а значение 1 элемента (показания Trema потенциометра) преобразуются в градусы и используется для поворота сервопривода.
Код программы:
Передатчик:
#include <SPI.h> // Подключаем библиотеку для работы с шиной SPI
#include <nRF24L01.h> // Подключаем файл настроек из библиотеки RF24
#include <RF24.h> // Подключаем библиотеку для работы с nRF24L01+
RF24 radio(9, 10); // Создаём объект radio для работы с библиотекой RF24, указывая номера выводов nRF24L01+ (CE, CSN)
int data[2]; // Создаём массив для приёма данных
void setup(){
radio.begin(); // Инициируем работу nRF24L01+
radio.setChannel(5); // Указываем канал передачи данных (от 0 до 127), 5 - значит передача данных осуществляется на частоте 2,405 ГГц (на одном канале может быть только 1 приёмник и до 6 передатчиков)
radio.setDataRate (RF24_1MBPS); // Указываем скорость передачи данных (RF24_250KBPS, RF24_1MBPS, RF24_2MBPS), RF24_1MBPS - 1Мбит/сек
radio.setPALevel (RF24_PA_HIGH); // Указываем мощность передатчика (RF24_PA_MIN=-18dBm, RF24_PA_LOW=-12dBm, RF24_PA_HIGH=-6dBm, RF24_PA_MAX=0dBm)
radio.openWritingPipe (0x1234567890LL); // Открываем трубу с идентификатором 0x1234567890 для передачи данных (на одном канале может быть открыто до 6 разных труб, которые должны отличаться только последним байтом идентификатора)
}
void loop(){
data[0] = analogRead(A1); // считываем показания Trema слайдера с вывода A1 и записываем их в 0 элемент массива data
data[1] = analogRead(A2); // считываем показания Trema потенциометра с вывода A2 и записываем их в 1 элемент массива data
radio.write(&data, sizeof(data)); // отправляем данные из массива data указывая сколько байт массива мы хотим отправить. Отправить данные можно с проверкой их доставки: if( radio.write(&data, sizeof(data)) ){данные приняты приёмником;}else{данные не приняты приёмником;}
}
Приемник:
#include <SPI.h> // Подключаем библиотеку для работы с шиной SPI
#include <nRF24L01.h> // Подключаем файл настроек из библиотеки RF24
#include <RF24.h> // Подключаем библиотеку для работы с nRF24L01+
#include <iarduino_4LED.h> // Подключаем библиотеку для работы с четырёхразрядным LED индикатором
#include <Servo.h> // Подключаем библиотеку для работы с сервоприводами
RF24 radio(9, 10); // Создаём объект radio для работы с библиотекой RF24, указывая номера выводов nRF24L01+ (CE, CSN)
iarduino_4LED dispLED(2,3); // Создаём объект dispLED для работы с функциями библиотеки iarduino_4LED, с указанием выводов дисплея ( CLK , DIO )
Servo myservo; // Создаём объект myservo для работы с функциями библиотеки Servo
int data[2]; // Создаём массив для приёма данных
void setup(){
delay(1000);
myservo.attach(4); // Подключаем объект myservo к 4 выводу Arduino
dispLED.begin(); // Инициируем работу индикатора
radio.begin(); // Инициируем работу nRF24L01+
radio.setChannel(5); // Указываем канал приёма данных (от 0 до 127), 5 - значит приём данных осуществляется на частоте 2,405 ГГц (на одном канале может быть только 1 приёмник и до 6 передатчиков)
radio.setDataRate (RF24_1MBPS); // Указываем скорость передачи данных (RF24_250KBPS, RF24_1MBPS, RF24_2MBPS), RF24_1MBPS - 1Мбит/сек
radio.setPALevel (RF24_PA_HIGH); // Указываем мощность передатчика (RF24_PA_MIN=-18dBm, RF24_PA_LOW=-12dBm, RF24_PA_HIGH=-6dBm, RF24_PA_MAX=0dBm)
radio.openReadingPipe (1, 0x1234567890LL); // Открываем 1 трубу с идентификатором 0x1234567890 для приема данных (на ожном канале может быть открыто до 6 разных труб, которые должны отличаться только последним байтом идентификатора)
radio.startListening (); // Включаем приемник, начинаем прослушивать открытую трубу
// radio.stopListening (); // Выключаем приёмник, если потребуется передать данные
}
void loop(){
if(radio.available()){ // Если в буфере имеются принятые данные
radio.read(&data, sizeof(data)); // Читаем данные в массив data и указываем сколько байт читать
dispLED.print(data[0]); // Выводим показания Trema слайдера на индикатор
myservo.write(map(data[1],0,1023,0,180)); // Поворачиваем сервопривод на угол заданный Trema потенциометром
}
}
Обсуждение