利用NRF24L01收發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)Arduino與NodeMCU的無(wú)線通信

時(shí)間：2024-11-21 10:20:46

關(guān)鍵字： NRF24L01 收發(fā)模塊 Arduino NodeMCU 無(wú)線通信

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[導(dǎo)讀]射頻通信是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中最常用的通信技術(shù)之一，我們之前在兩臺(tái)Arduino之間的通信中使用了433 MHz的射頻模塊。在本教程中，我們將使用NRF24L01收發(fā)模塊在Arduino板和NodeMCU之間進(jìn)行無(wú)線通信。在這里，我們將使用NodeMCU ESP8266從互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器獲取實(shí)時(shí)時(shí)間戳，并通過NRF24L01收發(fā)器無(wú)線傳輸?shù)紸rduino uno，并將其打印在連接到Arduino uno的16x2 LCD顯示屏上。

射頻通信是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中最常用的通信技術(shù)之一，我們之前在兩臺(tái)Arduino之間的通信中使用了433 MHz的射頻模塊。在本教程中，我們將使用NRF24L01收發(fā)模塊在Arduino板和NodeMCU之間進(jìn)行無(wú)線通信。在這里，我們將使用NodeMCU ESP8266從互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器獲取實(shí)時(shí)時(shí)間戳，并通過NRF24L01收發(fā)器無(wú)線傳輸?shù)紸rduino uno，并將其打印在連接到Arduino uno的16x2 LCD顯示屏上。

因此，nRF24L01模塊將在發(fā)送端與ESP8266接口，在接收端與Arduino Uno接口。

材料

?Arduino UNO R3

?NodeMCU

?NRF24L01收發(fā)模塊

?16*2字母數(shù)字液晶顯示

?連接電線

?電路試驗(yàn)板

?電力供應(yīng)

NRF24L01收發(fā)模塊

nRF24L01收發(fā)模塊用于兩個(gè)微控制器之間的無(wú)線通信。它在2.4 GHz全球ISM頻段運(yùn)行，并使用GFSK調(diào)制進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)傳輸速率支持250kbps、1Mbps和2Mbps。如果在沒有障礙物的開放空間中使用，以較低的波特率運(yùn)行，其范圍可達(dá)100米。

nRF24L01收發(fā)模塊通過SPI接口通信，最大數(shù)據(jù)速率為10Mbps。SPI總線使用主從總線的概念。這里Arduino/NodeMCU的SPI總線引腳可以連接到NRF24L01收發(fā)模塊的SPI總線引腳上。

nRF24L01收發(fā)模塊在一定頻帶內(nèi)收發(fā)數(shù)據(jù)，稱為信道。如果需要多個(gè)NRF24L01收發(fā)模塊相互通信，必須將它們配置為相同的信道。該信道可以在2.4 GHz ISM頻段的任何頻率。每個(gè)通道占用的帶寬不超過1MHz。這為我們提供了125個(gè)信道，帶寬間隔為1MHz。因此，NRF24L01模塊可以使用125個(gè)可能的通信信道，它可以在2.400到2.525 GHz之間。

什么是2.4 GHz ISM頻段?

2.4 GHz頻段是國(guó)際上為使用未經(jīng)許可的低功率設(shè)備保留的工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療(ISM)頻段之一。例如使用ISM頻率的NFC設(shè)備、無(wú)繩電話和藍(lán)牙設(shè)備。

技術(shù)規(guī)格:

?2.4Ghz免license ISM頻段。

?最高數(shù)據(jù)傳輸速度2Mbps，高效GFSK調(diào)制，抗干擾性強(qiáng)，特別適合工業(yè)控制。

?125信道，可達(dá)到不同點(diǎn)或跳頻通信需要。

?低功耗1.9 - 3.6V，待機(jī)狀態(tài)下僅需1uA。

?發(fā)送和接收中斷信號(hào)，每次最多發(fā)送28字節(jié)。

?集成專用穩(wěn)壓器，使用包括DC/DC電源在內(nèi)的任何電源都能有更好的通信效果。

?雙通道數(shù)據(jù)接收，內(nèi)置圓形天線，在開放無(wú)干擾環(huán)境下通信距離可達(dá)100米。

?尺寸：39mm * 17mm * 1mm(PCB嵌入式天線)

nRF24L01輸出：

nRF24L01引腳說明：

GND：這是接地參考引腳。

VCC：這是模塊的電源引腳，可以從1.9伏到3.9伏供電?？蛇B接Arduino和NodeMCU模塊的3.3V引腳。

CE：它是芯片使能引腳，是一個(gè)有效的高引腳。該引腳模式?jīng)Q定模塊是在發(fā)送還是在接收。

CSN：它代表芯片選擇不，它是一個(gè)活動(dòng)的低引腳，通常保持高。當(dāng)此引腳變低時(shí)，nRF24L01開始在其SPI端口上偵聽任何傳入數(shù)據(jù)。

SCK：它是串行時(shí)鐘引腳，接受來(lái)自SPI主設(shè)備的傳入時(shí)鐘脈沖。

莫西：它代表主出從入。負(fù)責(zé)NRF24L01收發(fā)模塊的輸入。

MISO：它代表主入從出。它負(fù)責(zé)NRF24L01收發(fā)模塊的輸出。

IRQ：這是一個(gè)中斷引腳，當(dāng)任何新的傳入數(shù)據(jù)可用時(shí)，它可以通知主設(shè)備。

線路圖

nRF24L01發(fā)送端帶NodeMCU ESP8266

在發(fā)送端，NodeMCU is模塊與NRF24L01模塊連接，NRF24L01模塊作為發(fā)送端。如圖所示，NodeMCU的SPI引腳連接到NRF24L01模塊的SPI引腳上。除此之外，CE和CSN引腳連接到NodeMCU的數(shù)字輸出引腳。

nRF24L01與NodeMCU的連接關(guān)系如下表所示：

在發(fā)送端，我們使用“pool.ntp.org”服務(wù)器從ESP8266的內(nèi)置時(shí)間庫(kù)中獲得當(dāng)前的時(shí)間戳和日期。然后我們可以對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過NRF24L01模塊無(wú)線發(fā)送到接收端。

接收器端與Arduino Uno：

如圖所示，我們將NRF24L01連接到Arduino Uno上，這里NRF24L01模塊的SPI引腳連接到Arduino Uno板上。LCD的數(shù)據(jù)引腳和控制引腳也連接到Arduino板的數(shù)字引腳上。一個(gè)電位器連接到LCD上，以改變LCD顯示的對(duì)比度。

LCD與Arduino Uno的連接如下表所示：

nrf24l01與Arduino Uno的連接：

編程的解釋

在本教程的最后給出了NRF24L01 ESP8266接收器側(cè)和NRF24L01 Arduino Uno發(fā)射器側(cè)的完整程序。

NRF24L01發(fā)射機(jī)側(cè)：

第一步是安裝并包含我們將在這個(gè)項(xiàng)目中使用的所有依賴庫(kù)。

這里，我們?yōu)闊o(wú)線NRF24L01模塊使用了RF_NRF24.h頭文件?？梢詮倪@里下載。同樣，在ESP8266模塊中使用WiFi功能，我們必須包含ESP8266WiFi庫(kù)。在這里，我們將找到當(dāng)前的時(shí)間和日期，因此我們還需要在程序中包含時(shí)間庫(kù)。

下一步是定義NodeMCU將連接到的網(wǎng)絡(luò)的憑據(jù)。所以用write_your_ssid和write_your_pass替換你的網(wǎng)絡(luò)ssid和密碼。

程序的下一步是定義一個(gè)名為nrf24的對(duì)象，該對(duì)象定義NodeMCU的兩個(gè)連接引腳。這意味著我們已經(jīng)將NRF24L01的CE和CSN分別連接到NodeMCU的D4， D2引腳上。

在這一步中，我們配置了無(wú)線模塊初始化命令，如信道選擇，傳輸功率，數(shù)據(jù)速率，并檢查它們是否初始化完美，沒有任何錯(cuò)誤。否則，它將在串行終端中解析錯(cuò)誤。

然后通過調(diào)用WiFi.mode()函數(shù)將NodeMCU設(shè)置為站模式。之后我們稱之為WiFi。Begin函數(shù)使用給定的網(wǎng)絡(luò)憑據(jù)連接到網(wǎng)絡(luò)。

在時(shí)間庫(kù)中，configTime函數(shù)支持以秒為單位定義時(shí)區(qū)。以時(shí)區(qū)和夏令時(shí)值為參數(shù)。我們還將傳遞服務(wù)器名稱作為參數(shù)，從中我們可以獲得當(dāng)前時(shí)間，即“pool.ntp.org”和“time.nist.gov”。在印度，時(shí)區(qū)是UTC +5:30，因此我們可以把它寫成5.30*3600，也可以寫成11*1800。這里不考慮日光節(jié)約，所以取0。

在無(wú)限循環(huán)中，我們調(diào)用了time()函數(shù)來(lái)獲取當(dāng)前時(shí)間，然后將其轉(zhuǎn)換為字符串變量。然后將該字符串變量轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)組，因?yàn)镹RF24L01收發(fā)器只以二進(jìn)制格式傳輸數(shù)據(jù)。最后使用nrf24.send()函數(shù)，我們可以將這個(gè)二進(jìn)制時(shí)間數(shù)組發(fā)送到接收端。

Arduino Uno接收端：

在接收端，第一步是包含必要的庫(kù)文件，并定義Arduino板的引腳，該引腳將連接到LCD顯示器。

接下來(lái)，我們創(chuàng)建了一個(gè)新的二進(jìn)制數(shù)組，其中包含該庫(kù)支持的RadioHead用戶消息的最大長(zhǎng)度，并使用sizeof()庫(kù)計(jì)算了它的長(zhǎng)度。

最后一步是將接收到的數(shù)據(jù)打印成16x2的LCD。但在此之前，我們已經(jīng)將其轉(zhuǎn)換為字符串，因?yàn)槲覀儽仨殞⑼暾臄?shù)據(jù)子字符串化，以明確地獲得時(shí)間和日期。為此，調(diào)用函數(shù)data.substring()。substring()方法從字符串中提取兩個(gè)指定索引之間的字符，并返回新的子字符串。

注意：不要忘記打開你的熱點(diǎn)和移動(dòng)數(shù)據(jù)與打開電源的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)電路。

這就是Arduino和NodeMCU使用NRF24L01模塊進(jìn)行無(wú)線通信的方式。在這里，互聯(lián)網(wǎng)時(shí)間通過nRF24L01從NodeMCU發(fā)送到Arduino Uno，并顯示在接收器側(cè)的LCD上。