При создании некоторых проектов, требуется разделить выполняемые задачи между несколькими arduino.
В этом уроке мы научимся соединять две Arduino по радиоканалу, на частоте 433,920 МГц, используя радио модули FS1000A и MX-RM-5V, на расстоянии до 100 м. Данное расстояние можно увеличить, припаяв антенны к передатчику (FS1000A) и приёмнику (MX-RM-5V), см. схему подключения.
Преимущества:
- Отсутствие проводов между Arduino.
- Простота подключения. Рассматриваемые модули, в отличии от nRF24L01+, питаются от напряжения 5 В.
- Доступность. Радио модули выпускаются множеством производителей, в различном исполнении и являются взаимозаменяемыми.
Недостатки:
- На частоте 433,920 МГц работают множество других устройств (радио люстры, радио розетки, радио брелки, радио модели и т.д.), которые могут «глушить» передачу данных между радио модулями.
- Отсутствие обратной связи. Модули разделены на приёмник и передатчик. Таким образом, в отличии от модуля nRF24L01+, приемник не может отправить передатчику, сигнал подтверждения приёма.
- Низкая скорость передачи данных, до 5 кбит/сек.
- Приёмник MX-RM-5V критичен даже к небольшим пульсациям на шине питания. Если Arduino управляет устройствами вносящими даже небольшие, но постоянные, пульсации в шину питания (сервоприводы, LED индикаторы, ШИМ и т.д.), то приёмник расценивает эти пульсации как сигнал и не реагирует на радиоволны передатчика. Влияние пульсаций на приёмник можно снизить одним из способов:
- Использовать, для питания Arduino, внешний источник, а не шину USB. Так как напряжение на выходе многих внешних источников питания контролируется или сглаживается. В отличии от шины USB, где напряжение может существенно «проседать».
- Установить на шине питания приёмника сглаживающий конденсатор.
- Использовать отдельное стабилизированное питание для приёмника.
- Использовать отдельное питание для устройств вносящих пульсации в шину питания.
Нам понадобится:
- Радио модули FS1000A и MX-RM-5V х 1 комплект.
- Arduino х 2шт.
- Trema Shield х 2шт.
- Trema Slider х 1шт.
- Trema потенциометр х 1шт.
- Trema четырехразрядный LED индикатор х 1шт.
- Trema светодиод (красный, оранжевый, зелёный, синий или белый) x 1шт.
- Набор проводов «мама-мама» для подключения радио модулей х 1 комплект.
Для реализации проекта нам необходимо установить библиотеки:
- Библиотека iarduino_RF433 (для работы с радио модулями FS1000A и MX-RM-5V).
- Библиотека iarduino_4LED, (для работы с Trema четырехразрядным LED индикатором).
О том как устанавливать библиотеки, Вы можете ознакомиться на странице Wiki - Установка библиотек в Arduino IDE.
Антенна:
Первый усилитель любого приёмника и последний усилитель любого передатчика, это антенна. Самая простая антенна - штыревая (отрезок провода определённой длины). Длина антенны (как приёмника, так и передатчика), должна быть кратна четверти длины волны несущей частоты. То есть, штыревые антенны, бывают четвертьволновые (L/4), полуволновые (L/2) и равные длине волны (1L).
Длинна радиоволны вычисляется делением скорости света (299'792'458 м/с) на частоту (в нашем случае 433'920'000 Гц).
L = 299'792'458 / 433'920'000 = 0,6909 м = 691 мм.
Таким образом длина антенн для радио модулей на 433,920 МГц может быть: 691 мм (1L), 345 мм (L/2), или 173 мм (L/4). Антенны припаиваются к контактным площадкам, как показано на схеме подключения.
Видео:
Схема подключения:
Радиопередатчик подключён к выводу D12 (можно подключить к любому выводу Arduino). Радиоприёмник подключён к выводу D2 (при работе с библиотекой iarduino_RF433, его можно подключить только к выводам использующим внешние прерывания). Trema четырехразрядный LED индикатор подключён к цифровым выводам D6 и D7 (можно подключить к любым выводам Arduino). Светодиод подключён к цифровому выводу D11 (для изменения яркости нужны выводы, которые используют ШИМ). Trema потенциометр и слайдер подключены к аналоговым входам A1 и A0 (можно подключить к любым аналоговым входам).
У радиоприёмника имеются два выхода DATA, они электрически соединены между собой, так что Вы можете использовать любой выход.
Приёмник MX-RM-5V критичен даже к небольшим пульсациям на шине питания (см. раздел недостатки).
Для питания Arduino, используйте внешний источник питания, а не шину USB.
Библиотека iarduino_RF433 (а также библиотеки RemoteSwitch и RCSwitch), в отличии от библиотеки VirtualWire, использует не аппаратный таймер, а внешнее прерывание. Это даёт возможность использовать другие библиотеки использующие первый аппаратный таймер и использовать любые выводы ШИМ, но радиоприёмник можно подключить только к тем выводам, которые используют внешнее прерывание:
| Плата Arduino | Выводы использующие внешнее прерывание |
|---|---|
| Uno, ProMini, Nano, Ethernet | 2, 3 |
| Leonadro, Micro | 2, 3, 0, 1, 7 |
| Mega 2560 | 2, 3, 18, 19, 20, 21 |
| Due | Любые выводы |
Алгоритм работы:
Передатчик:
При старте (в коде setup) скетч настраивает работу радиопередатчика, указывая скорость передачи данных и номер трубы. После чего, постоянно (в коде loop), считывает показания с Trema потенциометра и Trema слайдера, сохраняя их в массив data, и отправляет его радиопередатчику.
Приёмник:
При старте (в коде setup) скетч настраивает работу радиоприёмника, указывая те же параметры что и у передатчика, а также инициирует работу с LED индикатором. После чего, постоянно (в коде loop), проверяет нет ли в буфере данных, принятых радиоприёмником. 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 и используется для установки яркости светодиода.
Код программы:
Передатчик:
#include <iarduino_RF433_Transmitter.h> // Подключаем библиотеку для работы с передатчиком FS1000A
iarduino_RF433_Transmitter radio(12); // Создаём объект radio для работы с библиотекой iarduino_RF433, указывая номер вывода к которому подключён передатчик
int data[2]; // Создаём массив для передачи данных
void setup(){
radio.begin(); // Инициируем работу передатчика FS1000A (в качестве параметра можно указать скорость ЧИСЛО бит/сек, тогда можно не вызывать функцию setDataRate)
radio.setDataRate (i433_1KBPS); // Указываем скорость передачи данных (i433_5KBPS, i433_4KBPS, i433_3KBPS, i433_2KBPS, i433_1KBPS, i433_500BPS, i433_100BPS), i433_1KBPS - 1кбит/сек
radio.openWritingPipe (5); // Открываем 5 трубу для передачи данных (передатчик может передавать данные только по одной из труб: 0...7)
} // Если повторно вызвать функцию openWritingPipe указав другой номер трубы, то передатчик начнёт передавать данные по вновь указанной трубе
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
delay(10); // пауза между пакетами
}
Приемник:
#include <iarduino_RF433_Receiver.h> // Подключаем библиотеку для работы с приёмником MX-RM-5V
#include <iarduino_4LED.h> // Подключаем библиотеку для работы с четырёхразрядным LED индикатором
iarduino_RF433_Receiver radio(2); // Создаём объект radio для работы с библиотекой iarduino_RF433, указывая номер вывода к которому подключён приёмник (можно подключать только к выводам использующим внешние прерывания)
iarduino_4LED dispLED(6,7); // Создаём объект dispLED для работы с функциями библиотеки iarduino_4LED, с указанием выводов дисплея ( CLK , DIO )
int data[2]; // Создаём массив для приёма данных
const uint8_t pinLED=11; // Создаём константу с указанием вывода ШИМ к которому подключён светодиод
void setup(){
dispLED.begin(); // Инициируем работу LED индикатора
radio.begin(); // Инициируем работу приёмника MX-RM-5V (в качестве параметра можно указать скорость ЧИСЛО бит/сек, тогда можно не вызывать функцию setDataRate)
radio.setDataRate (i433_1KBPS); // Указываем скорость приёма данных (i433_5KBPS, i433_4KBPS, i433_3KBPS, i433_2KBPS, i433_1KBPS, i433_500BPS, i433_100BPS), i433_1KBPS - 1кбит/сек
radio.openReadingPipe (5); // Открываем 5 трубу для приема данных (если вызвать функцию без параметра, то будут открыты все трубы сразу, от 0 до 7)
// radio.openReadingPipe (2); // Открываем 2 трубу для приёма данных (таким образом можно прослушивать сразу несколько труб)
// radio.closeReadingPipe(2); // Закрываем 2 трубу от приёма данных (если вызвать функцию без параметра, то будут закрыты все трубы сразу, от 0 до 7)
radio.startListening (); // Включаем приемник, начинаем прослушивать открытую трубу
// radio.stopListening (); // Выключаем приёмник, если потребуется
}
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
analogWrite(pinLED, map(data[1],0,1023,0,255)); // Устанавливаем яркость свечения светодиода в соответствии с углом поворота Trema потенциометра
} // Если вызвать функцию available с параметром в виде ссылки на переменную типа uint8_t, то мы получим номер трубы, по которой пришли данные (см. урок 26.5)
}
Проверка модулей:
Работоспособность приёмника и передатчика можно проверить на одной плате Arduino. Для этого подключите приёмник к выводу D3, а передатчик к выводу D4 и загрузите скетч «check» из примеров библиотеки iarduino_RF433.
Обсуждение