4.10.1. Лабораторная работа №4.10.1.md

Беспроводная связь - сканер радиоэфира

Тема работы

До сих пор все наши устройства были «привязаны» проводами. В этой лабораторной работе мы сделаем первый шаг в мир беспроводных технологий. Мы познакомимся с популярным радиомодулем NRF24L01, который позволяет устройствам общаться друг с другом «по воздуху». Мы не будем передавать данные, а напишем полезную программу-сканер, которая покажет нам, какие радиоканалы свободны, а какие заняты. Это важнейший первый шаг перед настройкой любой беспроводной связи.

Цель

Понять назначение и принцип работы интерфейса SPI.
Познакомиться с характеристиками и возможностями радиомодуля NRF24L01.
Научиться использовать специальные разъёмы на плате Рудирон для быстрой установки модулей.
Написать программу-сканер для анализа радиоэфира.

Оборудование и материалы

Отладочная плата Рудирон.
1 радиомодуль NRF24L01.
USB-кабель для подключения Рудирона.
Компьютер с Arduino IDE и установленной библиотекой Rudiron_NRF24L01.

Ход работы

Интерфейс SPI

Радиомодуль NRF24L01 обменивается данными с микроконтроллером по интерфейсу SPI (Serial Peripheral Interface). В отличие от I2C, SPI — это более быстрый и простой интерфейс, который идеально подходит для устройств, требующих высокой скорости передачи данных, таких как радиомодули, дисплеи или SD-карты.

В простейшем случае SPI использует 4 линии:
- MISO (Master In, Slave Out) — данные от ведомого к ведущему.
- MOSI (Master Out, Slave In) — данные от ведущего к ведомому.
- SCK (Serial Clock) — тактовый сигнал, синхронизирующий передачу.
- CS или SS (Chip Select / Slave Select) — пин для выбора ведомого устройства, с которым будет общаться ведущий.
Рудирон, как ведущий, управляет всем процессом, а NRF24L01 является ведомым.
Модуль `NRF24L01

NRF24L01 — это трансивер, то есть он может и передавать, и принимать данные. Он работает на частоте 2.4 ГГц (как Wi-Fi и Bluetooth).

Важно! Модуль NRF24L01 очень чувствителен к питанию и работает от 3.3В. Никогда не подключайте его вывод VCC к пину 5V — это мгновенно выведет модуль из строя!

На плате Рудирон есть специальный разъём, предназначенный для прямой установки модуля NRF24L01. Это невероятно удобно, так как вам не нужно соединять 8 пинов проводами.
- Установите модуль. Просто вставьте NRF24L01 в соответствующий разъём на плате Рудирон. Убедитесь, что он вставлен правильно, согласно ключу (маркировке) на плате и модуле.
Блокируемые пины и прерывание IRQ:
- При установке модуля NRF24L01 задействуются пины 20, 21, 22, 24, 28, которые становятся недоступными для других задач.
- Модуль также использует линию прерывания, которая подключена к кнопке B2 (пин 31). Чтобы прерывания от радиомодуля работали корректно, необходимо установить перемычку IRQ на плате.
Установка библиотеки Rudiron_NRF24L01
- Скачайте архив с библиотекой из репозитория Rudiron Libraries.
- В Arduino IDE перейдите в меню Sketch → Include Library → Add .ZIP Library… и выберите скачанный архив.

Написание и загрузка кода

Установите перемычку PRG | RUN в положение PRG.

В Arduino IDE введите следующий код:

#include <Rudiron_NRF24L01.h>

// Создаём объект для работы с радиомодулем
RF24 radio(28, 20); // Пины CE, CSN

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  Serial.println("Starting NRF24L01 Channel Scanner...");

  if (!radio.begin()) {
  Serial.println("Радиомодуль не найден! Проверьте подключение.");
  while (true); // Бесконечный цикл, если модуль не работает
  }

  // Устанавливаем минимальную мощность для сканирования
  radio.setPALevel(RF24_PA_MIN);
}

void loop() {
  const int num_channels = 126;
  int values[num_channels];

  // Сканируем все каналы
  for (int i = 0; i < num_channels; i++) {
  radio.setChannel(i);
  radio.startListening();
  delayMicroseconds(128);
  radio.stopListening();

  if (radio.testCarrier()) {
      values[i] = 1; // Канал занят
  } else {
      values[i] = 0; // Канал свободен
  }
  }

  // Выводим карту каналов в монитор порта
  for (int i = 0; i < num_channels; i++) {
  Serial.print(values[i]);
  }
  Serial.println();

  delay(1000); // Пауза перед следующим сканированием
}

Нажмите кнопку «Upload», чтобы загрузить код на плату.

Проверка работы
- Откройте Монитор последовательного порта (Tools → Serial Monitor) и установите скорость 115200 бод.
- Вы увидите строки из нулей и единиц. 0 означает, что радиоканал свободен, а 1 — что на нём есть какая-то активность (например, работает ваш Wi-Fi роутер).

Результаты

Вы создали полезную утилиту — сканер радиоэфира. Теперь вы можете определить, на каких каналах меньше всего помех, и использовать эту информацию для настройки надёжной беспроводной связи между вашими устройствами.

Анализ результатов

#include <Rudiron_NRF24L01.h>. Мы подключили библиотеку для работы с NRF24L01.
RF24 radio(28, 20);. Мы создали объект radio и указали пины CE и CSN, которые используются на Рудироне (28 и 20).
radio.testCarrier(). Эта функция «слушает» эфир на выбранном канале и возвращает true, если обнаруживает несущую частоту (сигнал от другого устройства).

Выводы

В этой лабораторной работе вы научились работать с радиомодулем NRF24L01 и интерфейсом SPI. Вы поняли, как использовать специальные разъёмы на плате Рудирон для быстрой сборки проектов и как важно правильно настраивать перемычки. Навыки работы с беспроводными технологиями открывают огромные возможности для создания систем «умного дома», роботов с дистанционным управлением и сетей датчиков.

Вопросы для самопроверки

Для чего используется интерфейс SPI?
Почему модуль NRF24L01 нельзя подключать к 5V?
Какие пины на Рудироне задействуются при установке NRF24L01 в специальный разъём?
Какую перемычку и в какое положение нужно установить для корректной работы прерываний от радиомодуля?
Что означает 1 в выводе сканера? А 0?
Как бы вы выбрали лучший канал для своего проекта, глядя на вывод сканера?

Поздравляем с первым шагом в мир беспроводной связи! Это завершает наше знакомство с основными возможностями Рудирона. Вы прошли огромный путь и теперь готовы к созданию практически любых проектов, которые только сможете придумать