Современная электроника №2/2020

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 46 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2020 Модуль радиосвязи nRF24L01 для Интернета вещей Рис. 1. Внешний вид модуля nRF24L01 Рис. 2. Принципиальная электрическая схема модуля nRF24L01 Важным компонентом для проектов Интернета вещей является средство коммуникации. С одним из таких недорогих и доступных компонентов в виде модуля радиосвязи nRF24L01 и знакомит статья. Олег Вальпа (sandh@narod.ru ) В ВЕДЕНИЕ Одним из самым популярных и доступных радиомодулей для про- ектов Интернета вещей является модуль nRF24L01 от компании Nordic Semiconductor [1]. С помощью такого модуля можно организовать доста- точно надёжную многоканальную скоростную связь с подтверждением доставки пакетов между двумя или несколькими микроконтроллерны- ми устройствами. Модуль nRF24L01 легко найти в интернет-магазинах, он имеет миниатюрные размеры и сто- ит всего $1. При помощи такого модуля можно объединить до семи приборов в одну общую радиосеть, один из модулей будет выступать в качестве ведущего, а остальные в качестве ведомых моду- лей связи. Благодаря высокой скоро- сти передачи информации через эти радиомодули можно транслировать даже оцифрованный звук и изобра- жение. Модуль nRF24L01 с успехом мож- но применять в следующих областях: мобильная электроника; компью- терные сети; автоматизированные системы; системы умного дома; сиг- нализация; игровые устройства; бес- проводные клавиатуры и манипу- ляторы; бытовая электроника; бес- проводный опрос датчиков; системы радиоуправления различными робо- тами; портативные приёмопередат- чики для голосового общения по радиоканалу. О ПИСАНИЕ МОДУЛЯ Название модуля nRF24L01 образо- вано от сокращения слов Nordic Radio Frequency 2,4 ГГц. Он предназначен для передачи и приёма данных по радиоканалу в разрешённом диапазо- не радиочастот ISM (Industrial Scientific Medical). Внешний вид модуля приве- дён на рисунке 1. Частотный диапазон модуля nRF24L01 разбит на 128 каналов с шагом 1МГц: от 2,4 ГГц до 2,527 ГГц. Например, на кана- ле 0 передача и приём и будут вестись на частоте 2,4 ГГц, а на канале 37 будет использована частота 2,437 ГГц. Модуль способен работать на любом из 128 каналов. На каждом канале можно сфор- мировать сеть из шести передатчиков и одного приёмника. Модуль nRF24L01 создан на базе 20-выводной высоко интегрированной одноимённой микросхемы nRF24L01 в корпусе QFN20, включающей синтеза- тор частот, демодулятор, усилители и другие составляющие. Принципиаль- ная электрическая схема радиомоду- ля nRF24L01 приведена на рисунке 2. Модуль имеет интерфейс SPI для свя- зи с внешним управляющим устрой- ством. По интерфейсу SPI производится настройка протокола, устанавливается выходная мощность сигнала, задают- ся каналы обмена данными и другие параметры. Модуль имеет четыре рабочих режи- ма: приём данных – RX Mode, переда- ча данных –TXMode, спящий режим – Standby, отключённое состояние – Power Down. Стабильнуюинадёжнуюсвязь радио- модулей обеспечивает протокол Enhanced ShockBurst, согласно которо- му принимающее устройство форми- рует ответ о приёме данных, подтверж- дая тем самым исправность кана- ла связи. Данный протокол является усовершенствованным протоколом ShockBurst. Основным отличием усо- вершенствованного протокола явля- ется возможность простой и эффек- тивной передачи данных с обратной связью. Таким образом в трансивере аппаратно реализована отправка под- тверждения приёма пакета. В против- ном случае передача пакета повторя- ется. Использование вышеупомянутой функции позволяет снизить нагрузку управляющего микроконтроллера, сняв с него задачу анализа потерян- ных пакетов. Также данный протокол CE U 1 CE C9 +3,3 В C8 C7 R2 22K 10нФ 0402 1нФ 0402 33нФ 0402 0402 1 15 2 3 4 5 14 13 12 11 6 7 8 9 10 20 19 18 17 16 CSN SCK MOSI MISO IRQ VDD VSS ANT2 ANT1 VDD_PA CSN nRF24L01+ NRF24L01 SCK MISO IRQ VDD VSS VSS DVDD VDD VSS IREF XC2 XCI MOSI L1 L3 С5 Антенна С6 С3 XI R1 1M 16 МГц С4 L2 8,2 нГн 0402 3,9 нГн 1,5 пФ 0402 0402 1 пФ 0402 2,7 нГн 0402 4,7 пФ 0402 2,2 пФ 0402 С1 С2 22 пФ 0402 22 пФ 0402