NRF-Nano V3.0 fejlesztőkártya, CH340, ATMega328p NRF24L01-gyel, C típus

Ez az útmutató az NRF-Nano V3.0 kártyát használja fejlesztőkártyaként, amelyet az Arduino IDE-ben Arduino Nano-ként programozunk, külön Arduino kártya nélkül. A kártya egy ATmega328P mikrovezérlőt egyesít egy 2.4 GHz-es nRF24L01+ rádióval, ezért távirányítókhoz, szenzorhálózatokhoz és minden olyan projekthez használható, ahol két vagy több kártyának vezeték nélkül kell adatot cserélnie.

Két azonos kártyával egy rádiós tesztet építünk. Mindkét kártyához csatlakoztatunk egy gombot és egy LED-et, és mindegyik kártya elküldi a saját gombjának állapotát, valamint felkapcsolja a másik kártya LED-jét. A tápellátást és a programozást a számítógépről, USB Type-C csatlakozón keresztül végezzük.

Működés:

A kártya két részből áll, amelyek együttműködnek. Az ATmega328P mikrovezérlő futtatja a programot, az nRF24L01+ rádió pedig 2.4 GHz-es sávban küld és fogad csomagokat. A kettő SPI-n keresztül kommunikál, a CE a D7-en, a CSN a D8-on, a MOSI a D11-en, a MISO a D12-n és az SCK a D13-on van. Emiatt ez az öt láb más célra nem használható.

A rádió 1 MHz-es csatornákon működik, 0-tól 125-ig számozva. Egy csatorna frekvenciáját így számítjuk: frekvencia = 2400 MHz + a csatorna száma. A programban használt 76-os csatornára ez 2400 + 76 = 2476 MHz. A két kártyának ugyanazt a csatornát és ugyanazt az adatsebességet kell használnia.

Minden kártyának van egy 5 bájtos címe. Az A kártya a B kártya címére küld, és a saját címén figyel. A B kártya fordítva működik. A rádió automatikus csomagnyugtázást használ, ezért a write() függvény csak akkor ad vissza true értéket, ha a másik kártya megkapta a csomagot. Egy csomag legfeljebb 32 bájt lehet, mi viszont csak egy bájtot küldünk a gomb állapotával.

A gombot INPUT_PULLUP móddal olvassuk. A belső ellenállás a lábat 5 V-ra húzza, megnyomáskor pedig a gomb a GND-re köti, ezért nyomva tartott gombnál a beolvasás LOW. A LED-sorba 220 ohmos ellenállás kerül. A LED árama közelítőleg (5 V - 2 V) / 220 ohm = 14 mA, ami a láb 40 mA-es határa alatt van.

Csatlakoztatás:

Csatlakoztassa a kártyát USB Type-C csatlakozón keresztül a számítógép egyik USB-portjához, 5 V-on. A kártya logikai szintje 5 V, a rádiót pedig a kártyán lévő szabályozó belsőleg 3.3 V-ra táplálja, ezért nincs szükség szintillesztőre, és a rádióhoz sem kell külön tápellátás. Mindkét kártyára ugyanazokat az alkatrészeket szerelje fel.

Gombok, beállítások és jelzők:

A RESET gombnak nincs hosszú nyomásra más funkciója. Miután összeépítette az áramkört, nyomja meg egyszer, és a soros monitoron megjelenik az indítóüzenet, ami megerősíti, hogy a program újraindult.

A D13-as teszt LED-et nem kell beállítani. Ebben az útmutatóban a programból nem vezéreljük, és halványan villoghat, mert a D13 viszi a rádió SPI órajelét. Ez normális.

A D2-es gomb és a D3-as LED az Ön által felszerelt alkatrészek. Indításkor a gomb legyen szabadon (HIGH olvasás) és a LED kialudva. Gomb megnyomásakor a másik kártya LED-jének fel kell kapcsolnia.

Kártya és könyvtárak:

Az Arduino IDE-ben válassza a Tools > Board > Arduino AVR Boards > Arduino Nano menüpontot. Az Arduino AVR Boards csomag az Arduino IDE-vel együtt érkezik, külön telepíteni nem kell. A Tools > Processor menüben válassza az ATmega328P-t, és ha a feltöltés hibát ad, válassza az ATmega328P (Old Bootloader) lehetőséget. A Tools > Port menüben válassza az újonnan megjelent soros portot.

A Library Managerből telepítse a TMRh20 által készített RF24 könyvtárat, 1.4.0-s vagy újabb verzióban. Az SPI könyvtár az Arduino IDE-vel jön, azt nem kell telepíteni.

A kód:

Ugyanazt a programot töltse fel mindkét kártyára. Az egyetlen különbség a program elején lévő NODE_ID érték, ami az első kártyán 0, a másodikon 1.

/*
  NRF-Nano V3.0 radio test: two boards, each sends its button state
  and lights the LED of the other board.
  Board in Arduino IDE: Arduino Nano (Tools > Board > Arduino AVR Boards > Arduino Nano)
  Processor: ATmega328P (if upload fails, use ATmega328P (Old Bootloader))
  Board package: Arduino AVR Boards (comes with Arduino IDE)
  Library to install from Library Manager: RF24 by TMRh20 (version 1.4.0 or newer)
  SPI library comes with Arduino IDE.
  Wiring on each board:
    D2  -> push button pin 1 (button pin 2 -> GND), INPUT_PULLUP
    D3  -> resistor 220 ohm -> LED anode (LED cathode -> GND)
  Built-in radio nRF24L01+: CE = D7, CSN = D8, MOSI = D11, MISO = D12, SCK = D13
  Upload this same sketch to both boards.
  Set NODE_ID to 0 for the first board and to 1 for the second board.
*/
#include <SPI.h>
#include <RF24.h>
// Identity of this board: 0 for the first board, 1 for the second board
#define NODE_ID 0
// Pin definitions
const uint8_t PIN_BUTTON = 2;   // Push button to GND, read with internal pull-up
const uint8_t PIN_LED = 3;      // LED through 220 ohm resistor
const uint8_t PIN_CE = 7;       // Radio CE pin on NRF-Nano V3.0
const uint8_t PIN_CSN = 8;      // Radio CSN pin on NRF-Nano V3.0
// Timing settings in milliseconds
const unsigned long SEND_INTERVAL_MS = 100;    // How often the button state is sent
const unsigned long LINK_TIMEOUT_MS = 1000;    // Link is lost after this time without packets
const unsigned long PRINT_INTERVAL_MS = 500;   // How often the status is printed
// Radio object
RF24 radio(PIN_CE, PIN_CSN);
// One address for each board (5 characters plus the end of string)
const byte addresses[][6] = {"NODE0", "NODE1"};
// State variables
uint8_t localState = 0;        // 1 when the local button is pressed
uint8_t remoteState = 0;       // 1 when the button of the other board is pressed
bool lastSendOk = false;       // Result of the last transmission
bool everReceived = false;     // True after the first packet is received
unsigned long lastSend = 0;
unsigned long lastReceive = 0;
unsigned long lastPrint = 0;
// Prints the current status on the serial monitor
void printStatus() {
  bool linkOk = everReceived && (millis() - lastReceive < LINK_TIMEOUT_MS);
  Serial.print(F("Local: "));
  Serial.print(localState ? F("PRESSED") : F("RELEASED"));
  Serial.print(F(" | Sent: "));
  Serial.print(lastSendOk ? F("OK") : F("FAILED"));
  Serial.print(F(" | Remote: "));
  Serial.print(remoteState ? F("PRESSED") : F("RELEASED"));
  Serial.print(F(" | Link: "));
  Serial.println(linkOk ? F("OK") : F("LOST"));
}
void setup() {
  // Start the serial monitor
  Serial.begin(9600);
  // Configure the button with pull-up and the LED as output
  pinMode(PIN_BUTTON, INPUT_PULLUP);
  pinMode(PIN_LED, OUTPUT);
  digitalWrite(PIN_LED, LOW);
  // Start the radio and stop if it does not answer
  if (!radio.begin()) {
    Serial.println(F("Radio not responding. Check CE and CSN pins."));
    while (true) {
      // Wait here forever
    }
  }
  // Radio settings, they must be the same on both boards
  radio.setPALevel(RF24_PA_LOW);   // Low power is enough for a bench test
  radio.setChannel(76);            // 2400 + 76 = 2476 MHz
  // This board writes to the other board and listens on its own address
  const uint8_t ownIndex = NODE_ID;
  const uint8_t peerIndex = 1 - NODE_ID;
  radio.openWritingPipe(addresses[peerIndex]);
  radio.openReadingPipe(1, addresses[ownIndex]);
  // Listen by default
  radio.startListening();
  Serial.print(F("Radio ready on channel 76, node "));
  Serial.println(NODE_ID);
}
void loop() {
  unsigned long now = millis();
  // Read the button and send its state at a fixed interval
  if (now - lastSend >= SEND_INTERVAL_MS) {
    lastSend = now;
    localState = (digitalRead(PIN_BUTTON) == LOW) ? 1 : 0;  // LOW means pressed
    radio.stopListening();                                   // Switch to transmit mode
    lastSendOk = radio.write(&localState, sizeof(localState));
    radio.startListening();                                  // Back to receive mode
  }
  // Read every packet that arrived
  while (radio.available()) {
    radio.read(&remoteState, sizeof(remoteState));
    lastReceive = millis();
    everReceived = true;
  }
  // Turn the LED on only while the link is alive and the remote button is pressed
  bool linkOk = everReceived && (millis() - lastReceive < LINK_TIMEOUT_MS);
  digitalWrite(PIN_LED, (linkOk && remoteState) ? HIGH : LOW);
  // Print the status from time to time
  if (now - lastPrint >= PRINT_INTERVAL_MS) {
    lastPrint = now;
    printStatus();
  }
}

A kód működése:

Először definiáljuk a NODE_ID-t, a PIN_BUTTON (D2), PIN_LED (D3), PIN_CE (D7) és PIN_CSN (D8) lábakat, valamint a SEND_INTERVAL_MS, LINK_TIMEOUT_MS és PRINT_INTERVAL_MS időközöket. A rádió objektumot a RF24 radio(PIN_CE, PIN_CSN) sorral hozzuk létre, az addresses tömb pedig a két kártya címeit tartalmazza.

A setup() függvényben 9600 baudon elindítjuk a soros portot, a gombot INPUT_PULLUP módba, a LED-et kimenetként állítjuk be, majd elindítjuk a rádiót a radio.begin() hívással. Ha a rádió nem válaszol, a program kiír egy üzenetet és leáll. Ezután beállítjuk a 76-os csatornát, az RF24_PA_LOW teljesítményszintet, a másik kártya írási címét az openWritingPipe() függvénnyel, a saját olvasási címet pedig az openReadingPipe() függvénnyel. Végül meghívjuk a startListening() függvényt, így a kártya alapértelmezés szerint figyel.

A loop() függvényben minden SEND_INTERVAL_MS időnként elküldjük a gomb állapotát. Először a localState változóba olvassuk a gombot, ami 1, ha a gomb meg van nyomva. Leállítjuk a figyelést a stopListening() függvénnyel, a write() függvénnyel elküldjük a bájtot, az eredményt a lastSendOk változóba mentjük, majd újra elindítjuk a figyelést.

Amíg a radio.available() igaz, beolvassuk a csomagot a remoteState változóba, és a lastReceive változóban eltároljuk a fogadás idejét. A D3-as LED a remoteState állapotát követi. Ha LINK_TIMEOUT_MS ideig nem érkezik semmi, a LED biztonsági okból kialszik. PRINT_INTERVAL_MS időnként a printStatus() függvény kiírja a helyi gomb állapotát, a küldés eredményét, a másik kártya gombjának állapotát és a kapcsolat állapotát.

Eredmény:

Nyissa meg a Tools > Serial Monitor menüt, és állítsa a sebességet 9600 baudra. Indítás után a két kártya másodpercenként kétszer kiírja az állapotát. Ha megnyom az egyik kártya gombját, a másik LED-je felkapcsol, a soros monitoron pedig RELEASED vagy PRESSED sor jelenik meg.

Radio ready on channel 76, node 0
Local: RELEASED | Sent: FAILED | Remote: RELEASED | Link: LOST
Local: RELEASED | Sent: OK | Remote: RELEASED | Link: OK
Local: RELEASED | Sent: OK | Remote: RELEASED | Link: OK
Local: PRESSED | Sent: OK | Remote: RELEASED | Link: OK
Local: PRESSED | Sent: OK | Remote: RELEASED | Link: OK
Local: RELEASED | Sent: OK | Remote: PRESSED | Link: OK
Local: RELEASED | Sent: OK | Remote: PRESSED | Link: OK
Local: RELEASED | Sent: OK | Remote: RELEASED | Link: OK

Gyakori problémák:

A kártya nem jelenik meg soros portként. Ennek oka általában egy csak töltésre használható kábel vagy a CH340 driver. Használjon adatátvitelre alkalmas USB-A - USB Type-C kábelt, és ha a port továbbra sem jelenik meg, telepítse a Download szakaszban található drivert, mert a 2023-as legfrissebb verzió inkompatibilis lehet a kártyával.

A feltöltés az avrdude not in sync hibával leáll. A kártyán régebbi bootloader van. A Tools > Processor menüben válassza az ATmega328P (Old Bootloader) változatot, és töltse fel újra.

A soros monitoron az jelenik meg, hogy a rádió nem válaszol. Ellenőrizze, hogy a V3.0-hoz helyes RF24 radio(7, 8) sort használja. A régebbi RF-Nano V1 és V2 kártyákon a CE a D10-en, a CSN a D9-en van, ezért ezeknél próbálja ki az RF24 radio(10, 9) sort. Ellenőrizze azt is, hogy nincs semmi csatlakoztatva a D7, D8, D11, D12 vagy D13 lábra.

A kapcsolat állapota folyamatosan LOST. Ellenőrizze, hogy a két kártyán a NODE_ID eltérő (0 és 1), mindkettő a 76-os csatornát használja, és mindkettő táplálva van. Vigye közelebb a kártyákat néhány méterre, és távolítsa el őket fémtárgyaktól.

A LED folyamatosan ki van kapcsolva vagy folyamatosan világít. Ellenőrizze a LED polaritását (az anód az ellenállás felé) és hogy a gomb átlósan van beszerelve, az egyik láb a D2-n, a másik a GND-n. INPUT_PULLUP mellett a gombnak csak akkor szabad LOW értéket olvasnia, ha meg van nyomva.

A rádió véletlenszerűen leáll vagy újraindul. A rádió érzékeny az ingadozó tápfeszültségre. Használjon közvetlenül a számítógép USB-portját vagy jó minőségű tápegységet, ne gyengén táplált USB-elosztót.

Korlátok és tanácsok:

A D7, D8, D11, D12 és D13 lábakat a rádió foglalja le, így az érzékelőknek a D2 - D6, az A0 - A7 (az A6 és A7 csak analóg bemenet) és a soros D0 és D1 lábak maradnak szabadon. Minden I/O láb legfeljebb 40 mA-t bír el, ezért a reléket és motorokat tranzisztorokon vagy külön modulokon keresztül vezérelje.

Egy rádiós csomag legfeljebb 32 bájt lehet, a hatótávolság pedig a környezettől, az akadályoktól és a beállított teljesítménytől függ. Az RF24_PA_LOW teljesítmény asztali tesztekhez elegendő, nagyobb távolságokhoz a szintet a setPALevel() függvénnyel emelheti, de csak stabil tápellátás mellett.

Erre a kapcsolásra építve többgombos távirányítót, hőmérsékletszenzort, amely értékeket küld egy központi kártyának, vagy csillag-topológiájú hálózatot is készíthet, ahol egy kártya több adótól fogad több címen.