Εξερευνώντας τις δυνατότητες και τις εφαρμογές του τσιπ επικοινωνίας NRF24L01
2024-04-25 2469

Nrf24L01 είναι ένα τσιπ επικοινωνίας 2.4G που αναπτύχθηκε από την Nordic Company.Έχει τα χαρακτηριστικά της κατανάλωσης χαμηλής ενέργειας, του χαμηλού κόστους και της υψηλής ταχύτητας και μπορεί να παρέχει καλύτερες λύσεις για την εφαρμογή προϊόντων υπολογιστών επιτραπέζιων υπολογιστών και έξυπνων συσκευών.Αυτό το άρθρο θα το εισαγάγει από τον κατασκευαστή, τη δομή, τις εφαρμογές, τους τρόπους εργασίας και την αρχή εργασίας.

Το NRF24L01 είναι ένας νέος μονολιθικός πομποδέκτης RF ειδικά σχεδιασμένος για τη ζώνη συχνοτήτων ISM από 2,4 GHz έως 2,5 GHz.Ενσωματώνει πολλαπλές λειτουργικές ενότητες όπως ο ταλαντωτής Crystal, ο συνθέτης συχνότητας, ο ενισχυτής ισχύος και ο διαμορφωτής και υιοθετεί την προηγμένη τεχνολογία Shockburst.Μέσω της διασύνδεσης SPI, το NRF24L01 μπορεί να επικοινωνεί με τον μικροελεγκτή 5V, έτσι ώστε η ισχύς εξόδου, η επιλογή καναλιού και οι ρυθμίσεις πρωτοκόλλου να μπορούν να ρυθμιστούν μέσω της διασύνδεσης SPI.Αυτό σημαίνει ότι το NRF24L01 μπορεί να συνδεθεί σε σχεδόν όλα τα είδη τσιπς μικροελεγκτή για να επιτευχθεί ασύρματες λειτουργίες μετάδοσης δεδομένων.

- Nrf24L01P-R7

- Nrf24L01P-T

- SI4455-C2A-GM

- SI4455-B1A-FMR

- SI4455-B1A-FM

Το NRF24L01 κατασκευάζεται από το Nordic Semiconductor.Ο Nordic Semiconductor, αρχικά ονομάζεται Nordic VLSI, είναι μια εταιρεία ημιαγωγών Fabless.Η εταιρεία ειδικεύεται σε εξαιρετικά χαμηλά συστήματα ασύρματων συστημάτων απόδοσης και συνδεσιμότητας για τη ζώνη ISM 2,4 GHz, με την κατανάλωση ενέργειας και το κόστος να είναι οι κύριοι τομείς εστίασης.Οι εφαρμογές τελικού χρήστη του Nordic Semiconductor είναι ασύρματα αξεσουάρ κινητού τηλεφώνου, ποντίκια και πληκτρολόγια, ασύρματα ιατρικά, ηλεκτρονικά καταναλωτικά, έξυπνα αθλητικά συστήματα, τηλεχειριστήρια, ασύρματοι ελεγκτές παιχνιδιών, ασύρματες εφαρμογές φωνητικού ήχου (όπως φωνή μέσω IP), ασφάλεια και παιχνίδια.

Το μπλοκ διάγραμμα του Nrf24L01 εμφανίζεται παραπάνω.Από την άποψη του ελέγχου μικροελεγκτή, πρέπει να δώσουμε προσοχή μόνο σε έξι θύρες σήματος ελέγχου, δηλαδή CSN, SCK, MISO, MOSI, IRQ και CE.

- ακουστικά VoIP

- Ενεργό RFID

- ελεγκτές παιχνιδιών

- Περιφερειακά ασύρματα υπολογιστή

- Αθλητικά ρολόγια και αισθητήρες

- Συστήματα ανίχνευσης περιουσιακών στοιχείων

- ποντίκι, πληκτρολόγια και τηλεχειριστήρια

- Δίκτυα αισθητήρων εξαιρετικά χαμηλής ισχύος

- Αρχική και εμπορική αυτοματοποίηση

- Προηγμένα τηλεχειριστήρια του κέντρου μέσων ενημέρωσης

- RF τηλεχειριστήρια για ηλεκτρονικά καταναλωτικά

Δύο επικοινωνία NRF24L01 πρέπει να πληροί τις ακόλουθες τρεις προϋποθέσεις:

- Τα κανάλια είναι τα ίδια (ρυθμίστε το καταχωρητή καναλιών RF_CH).

- Οι διευθύνσεις είναι οι ίδιες (Set TX_ADDR και RX_ADDR_PO το ίδιο).

- Ο αριθμός των bytes που αποστέλλονται και λαμβάνονται κάθε φορά είναι ο ίδιος (εάν το αποτελεσματικό πλάτος δεδομένων του καναλιού έχει οριστεί σε n, τότε ο αριθμός των bytes που αποστέλλονται κάθε φορά πρέπει επίσης να είναι n, φυσικά, n<=32).

Η μονάδα ασύρματης επικοινωνίας NRF24L01 μπορεί να ρυθμιστεί σε μια ποικιλία διαφορετικών τρόπων λειτουργίας, συμπεριλαμβανομένης της λειτουργίας ισχύος, της λειτουργίας αναμονής και της λειτουργίας επεξεργασίας πακέτων δεδομένων.Οι λειτουργίες και οι λειτουργίες κάθε λειτουργίας είναι οι εξής.

Σε λειτουργία Power-Down, κάθε συνάρτηση του NRF24L01 είναι απενεργοποιημένη για να διατηρηθεί στο ελάχιστο η τρέχουσα κατανάλωση.Αφού εισέλθει στη λειτουργία Power-Down, το NRF24L01 σταματάει να λειτουργεί, αλλά τα περιεχόμενα του μητρώου παραμένουν αμετάβλητα.Η λειτουργία Power-Down ελέγχεται από το bit PWR_UP στο μητρώο.

Λειτουργία αναμονής I μειώνει το μέσο ρεύμα κατανάλωσης συστήματος, εξασφαλίζοντας ταχεία εκκίνηση.Στη λειτουργία αναμονής Ι, ο κρύσταλλος λειτουργεί κανονικά.Στη λειτουργία αναμονής II, ορισμένα από τα buffer του ρολογιού βρίσκονται σε λειτουργία λειτουργίας.Όταν ο καταχωρητής TX FIFO στην πλευρά του πομπού είναι κενή και το CE είναι υψηλό, εισέρχεται σε κατάσταση αναμονής II.Κατά τη λειτουργία αναμονής, τα περιεχόμενα των λέξεων διαμόρφωσης καταχωρητή παραμένουν αμετάβλητα.

Οι λειτουργίες επεξεργασίας πακέτων NRF24L01 περιλαμβάνουν τη λειτουργία Shockburst και την βελτιωμένη λειτουργία Shockburst.

Στη λειτουργία ShockBurst, το NRF24L01 μπορεί να συνδεθεί με MCU χαμηλής ταχύτητας χαμηλής ταχύτητας.Η επεξεργασία σήματος υψηλής ταχύτητας αντιμετωπίζεται από το εσωτερικό πρωτόκολλο RF του τσιπ, ενώ η μετάδοση δεδομένων εκτελείται μέσω της διασύνδεσης SPI με ρυθμό δεδομένων που εξαρτάται από την ταχύτητα διεπαφής του ίδιου του MCU.Η λειτουργία Shockburst μειώνει τη μέση κατανάλωση ρεύματος για επικοινωνία επιτρέποντας την επικοινωνία χαμηλής ταχύτητας με το MCU, διατηρώντας παράλληλα την επικοινωνία υψηλής ταχύτητας στην ασύρματη ενότητα.

Η ενισχυμένη λειτουργία Shockburst καθιστά την εκτέλεση του πρωτοκόλλου αμφίδρομης σύνδεσης απλούστερο και πιο αποτελεσματικό.Σε έναν τυπικό αμφίδρομο σύνδεσμο, ο αποστολέας ζητά από την τελική συσκευή να στείλει ένα σήμα απάντησης μετά τη λήψη δεδομένων, έτσι ώστε ο αποστολέας να μπορεί να ανιχνεύσει εάν τα δεδομένα έχουν χαθεί.Εάν προκύψει απώλεια δεδομένων, τα χαμένα δεδομένα ανακτώνται από μια λειτουργία Retransmit.Η ενισχυμένη λειτουργία ShockBurStTM ελέγχει τόσο τις λειτουργίες απάντησης όσο και Retransmit χωρίς να αυξάνει τον φόρτο εργασίας του MCU.

Κατά τη μετάδοση δεδομένων, διαμορφώνουμε πρώτα το NRF24L01 σε λειτουργία μετάδοσης.Στη συνέχεια, γράφουμε τη διεύθυνση TX_ADDR και τα έγκυρα δεδομένα TX_PLD στην περιοχή buffer του NRF24L01 μέσω της θύρας SPI σε σειρά.Το TX_PLD πρέπει να γράφεται συνεχώς ενώ το CSN είναι χαμηλό, ενώ το TX_ADDR πρέπει να γράφεται μόνο μία φορά όταν μεταδίδεται.Στη συνέχεια, θέτουμε το CE υψηλό και το κρατάμε ψηλά για τουλάχιστον 10 μικροδευτερόλεπτα και στη συνέχεια αρχίζουμε να μεταδίδουμε δεδομένα μετά από καθυστέρηση 130 μικροδευτερολέπτων.Εάν η αυτόματη απάντηση είναι ενεργοποιημένη, το NRF24L01 θα εισαγάγει τη λειτουργία λήψης αμέσως μετά τη μετάδοση δεδομένων για να λάβει το σήμα αναγνώρισης (η διεύθυνση λήψης Auto-Answer θα πρέπει να είναι συνεπής με τη διεύθυνση TX_ADDR της λήψης TX_ADDR).Εάν ληφθεί μια απάντηση, η επικοινωνία θεωρείται επιτυχής, η σημαία TX_DS θα ρυθμιστεί υψηλή και το TX_PLD θα εκκαθαριστεί από το TX FIFO.Εάν δεν ληφθεί καμία απάντηση, το NRF24L01 θα αναμεταδίδει αυτόματα τα δεδομένα (εάν είναι ενεργοποιημένη η αυτόματη αναμετάδοση).Εάν ο αριθμός των αναμεταδόσεων (ARC) φτάσει στο ανώτατο όριο, η σημαία MAX_RT θα ρυθμιστεί υψηλά και τα δεδομένα στο TX FIFO θα διατηρηθούν για αναμετάδοση.Όταν η σημαία MAX_RT ή TX_DS έχει οριστεί υψηλή, το IRQ θα εκκαθαριστεί και θα δημιουργηθεί διακοπή για να ειδοποιηθεί η MCU.Τέλος, εάν η μετάδοση είναι επιτυχής και το CE είναι χαμηλό, το NRF24L01 εισέρχεται σε λειτουργία αδράνειας 1. Εάν υπάρχουν δεδομένα στη στοίβα μετάδοσης και το CE είναι υψηλό, εισάγετε την επόμενη μετάδοση.Εάν δεν υπάρχουν δεδομένα στη στοίβα μετάδοσης και το CE είναι υψηλά, εισέρχεται σε λειτουργία αδράνειας 2.

Όταν λαμβάνουμε δεδομένα, διαμορφώνουμε πρώτα το NRF24L01 σε λειτουργία λήψης.Στη συνέχεια, καθυστερεί για 130 μικροδευτερόλεπτα για να εισέλθει στην κατάσταση λήψης και να περιμένει την άφιξη δεδομένων.Όταν ο δέκτης ανιχνεύει μια έγκυρη διεύθυνση και CRC, αποθηκεύει το πακέτο δεδομένων στο RX FIFO και θέτει το Bit Rx_dr της σημαίας διακοπής RX_DR, καθιστώντας το IRQ χαμηλό, δημιουργώντας μια διακοπή και ειδοποίηση της MCU για να διαβάσει τα δεδομένα.Εάν η λειτουργία αυτόματης απάντησης είναι ενεργοποιημένη αυτή τη στιγμή, ο δέκτης θα εισέλθει ταυτόχρονα στην κατάσταση μετάδοσης και θα στείλει ένα σήμα απόκρισης.Τέλος, εάν η λήψη είναι επιτυχής και το CE πηγαίνει χαμηλά, το NRF24L01 εισέρχεται σε λειτουργία αδράνειας 1.

Πρώτον, η ενότητα Α και η ενότητα Β πρέπει να ρυθμιστούν στο ίδιο κανάλι και να βεβαιωθείτε ότι το μήκος δεδομένων μετάδοσης της μονάδας Α είναι ίσο με το μήκος λήψης δεδομένων της μονάδας Β.Στη συνέχεια, διαμορφώστε τη διεύθυνση μετάδοσης της ενότητας Α για να είναι επίσης ADDR_B, έτσι ώστε η μονάδα B να μπορεί να λάβει σωστά τα δεδομένα όταν το στέλνει η ενότητα Α.

Στην πραγματικότητα, η διεύθυνση λήψης ADDR_B που έχει ρυθμιστεί για την ενότητα Β είναι μόνο ένα από τα πολλαπλά κανάλια δεδομένων λήψης.Μια ενότητα έχει συνήθως έξι κανάλια λήψης, πράγμα που σημαίνει ότι η ενότητα Β μπορεί να λαμβάνει δεδομένα από έξι διαφορετικές ενότητες ταυτόχρονα.Φυσικά, η ενότητα Β μπορεί να στείλει μόνο δεδομένα ταυτόχρονα, επειδή η αποστολή δεδομένων στο ίδιο κανάλι ταυτόχρονα μπορεί να προκαλέσει παρεμβολές.

Συμπερασματικά, το NRF24L01 είναι μια αξιόπιστη λύση εάν θέλετε να δημιουργήσετε μια μονάδα RF πομποδέκτη χαμηλού κόστους για το έργο σας.Επικοινωνήστε μαζί μας εάν χρειάζεστε περαιτέρω διευκρίνιση στη συσκευή ή πώς να την ενσωματώσετε στο έργο σας.

Χρησιμοποιεί τη ζώνη 2,4 GHz και μπορεί να λειτουργεί με ρυθμούς baud από 250 Kbps έως 2 Mbps.Εάν χρησιμοποιείται σε ανοιχτό χώρο και με χαμηλότερο ρυθμό baud, το εύρος του μπορεί να φτάσει μέχρι και 100 μέτρα.

Το NRF24L01 είναι ένας πομποδέκτης με ένα ενσωματωμένο Procol Protocol Protocol (Enhanced Shockburst ™), σχεδιασμένο για εφαρμογές εξαιρετικά χαμηλής ισχύος.Το NRF24L01 έχει σχεδιαστεί για λειτουργία στην παγκόσμια ζώνη συχνοτήτων ISM σε 2.400 - 2.4835GHz.

Είναι στην πραγματικότητα παρόμοια, το NRF24L01+ είναι μια αναβαθμισμένη έκδοση του τσιπ Nrf24L01.Το NRF24L01 υποστηρίζει μόνο ρυθμό μετάδοσης 1Mbps και 2Mbps, ενώ το NRF24L01+ υποστηρίζει επίσης τον ρυθμό μετάδοσης 250kbps.

Αλλά μερικές φορές ίσως θέλετε να είστε σε θέση να στείλετε ή να λάβετε χωρίς να χρειάζεται να χρησιμοποιήσετε WiFi ή Bluetooth, τότε το NRF24L01 θα ήταν μια καλή επιλογή.Σε αντίθεση με τους άλλους που χρησιμοποιεί ραδιοφωνικό κύμα για να επικοινωνήσει μεταξύ των ενοτήτων, ο ίδιος τύπος που χρησιμοποιείται σε ασύρματα τηλέφωνα στο σπίτι σας.