nRF24L01 – 작동 원리, Arduino 인터페이스, 회로, 코드

아래 링크에서 이 Arduino 튜토리얼에 필요한 구성요소를 얻을 수 있습니다.

• NRF24L01 트랜시버 모듈………
• 아두이노 보드 .....................................................
• 브레드보드 및 점프 와이어 ..................... 

Arduino 및 nRF24L01 코드

NRF24L01 모듈을 Arduino 보드에 연결하면 송신기와 수신기 모두에 대한 코드를 만들 준비가 된 것입니다.

먼저 프로그래밍을 덜 어렵게 만드는 RF24 라이브러리를 다운로드하여 설치해야 합니다. Arduino IDE 라이브러리 관리자에서 직접 이 라이브러리를 설치할 수도 있습니다. "rf24"를 검색하고 "TMRh20, Avamander"로 검색하여 설치하십시오.

다음은 무선 통신을 위한 두 가지 코드이며 아래에 설명이 나와 있습니다.

송신기 코드

/*
* Arduino Wireless Communication Tutorial
*     Example 1 - Transmitter Code
*                
* by Dejan Nedelkovski, www.HowToMechatronics.com
* 
* Library: TMRh20/RF24, https://github.com/tmrh20/RF24/
*/

#include <SPI.h>
#include <nRF24L01.h>
#include <RF24.h>

RF24 radio(7, 8); // CE, CSN

const byte address[6] = "00001";

void setup() {
  radio.begin();
  radio.openWritingPipe(address);
  radio.setPALevel(RF24_PA_MIN);
  radio.stopListening();
}

void loop() {
  const char text[] = "Hello World";
  radio.write(&text, sizeof(text));
  delay(1000);
}Code language: Arduino (arduino)

수신자 코드

/*
* Arduino Wireless Communication Tutorial
*       Example 1 - Receiver Code
*                
* by Dejan Nedelkovski, www.HowToMechatronics.com
* 
* Library: TMRh20/RF24, https://github.com/tmrh20/RF24/
*/

#include <SPI.h>
#include <nRF24L01.h>
#include <RF24.h>

RF24 radio(7, 8); // CE, CSN

const byte address[6] = "00001";

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  radio.begin();
  radio.openReadingPipe(0, address);
  radio.setPALevel(RF24_PA_MIN);
  radio.startListening();
}

void loop() {
  if (radio.available()) {
    char text[32] = "";
    radio.read(&text, sizeof(text));
    Serial.println(text);
  }
}Code language: Arduino (arduino)

코드 설명

따라서 기본 SPI와 새로 설치된 RF24 라이브러리를 포함하고 RF24 객체를 생성해야 합니다. 여기서 두 가지 인수는 CSN 및 CE 핀입니다.

RF24 radio(7, 8); // CE, CSNCode language: Arduino (arduino)

다음으로 주소를 나타내는 바이트 배열 또는 두 모듈이 통신할 파이프를 만들어야 합니다.

const byte address[6] = "00001";Code language: Arduino (arduino)

이 주소의 값을 임의의 5자리 문자열로 변경할 수 있으며 이를 통해 대화할 수신자를 선택할 수 있으므로 이 경우 수신자와 송신기 모두에서 동일한 주소를 갖게 됩니다.

설정 섹션에서 라디오 객체를 초기화하고 radio.openWritingPipe() 함수를 사용하여 데이터를 보낼 수신기의 주소, 이전에 설정한 5자리 문자열을 설정해야 합니다.

radio.openWritingPipe(address);Code language: Arduino (arduino)

다른 한편으로는 수신기에서 radio.setReadingPipe() 함수를 사용하여 동일한 주소를 설정하고 이러한 방식으로 두 모듈 간의 통신을 활성화합니다.

radio.openReadingPipe(0, address);Code language: Arduino (arduino)

그런 다음 radio.setPALevel() 함수를 사용하여 전력 증폭기 레벨을 설정합니다. 이 경우 모듈이 서로 매우 가깝기 때문에 최소로 설정하겠습니다.

radio.setPALevel(RF24_PA_MIN);Code language: Arduino (arduino)

더 높은 레벨을 사용하는 경우 작동하는 동안 더 안정적인 전압을 가질 수 있도록 GND 및 3.3V 모듈에 바이패스 커패시터를 사용하는 것이 좋습니다.

다음으로 모듈을 송신기로 설정하는 radio.stopListening() 함수가 있고 다른 한편에는 모듈을 수신기로 설정하는 radio.startListening() 함수가 있습니다.

// at the Transmitter
radio.stopListening();Code language: Arduino (arduino)

// at the Receiver
radio.startListening();Code language: Arduino (arduino)

루프 섹션에서 송신기에서 "Hello World" 메시지를 할당할 문자 배열을 만듭니다. radio.write() 함수를 사용하여 해당 메시지를 수신자에게 보냅니다. 여기서 첫 번째 인수는 우리가 보내려는 변수입니다.

void loop() {
 const char text[] = "Hello World";
 radio.write(&text, sizeof(text));
 delay(1000);
}Code language: Arduino (arduino)

변수 이름 앞에 "&"를 사용하여 전송하려는 데이터를 저장하는 변수 표시를 실제로 설정하고 두 번째 인수를 사용하여 해당 변수에서 가져오려는 바이트 수를 설정합니다. 이 경우 sizeof() 함수는 "텍스트" 문자열의 모든 바이트를 가져옵니다. 프로그램이 끝나면 1초 지연이 추가됩니다.

radio.write() 함수를 사용하여 한 번에 최대 32바이트를 보낼 수 있습니다.

반면에 수신기에서는 radio.available() 함수를 사용하여 루프 섹션에서 수신할 데이터가 있는지 확인합니다. 그것이 사실이라면 먼저 "텍스트"라고 하는 32개 요소의 배열을 만들고 여기에 들어오는 데이터를 저장합니다.

void loop() {
  if (radio.available()) {
    char text[32] = "";
    radio.read(&text, sizeof(text));
    Serial.println(text);
  }
}Code language: Arduino (arduino)

radion.read() 함수를 사용하여 데이터를 읽고 "텍스트" 변수에 저장합니다. 결국 우리는 직렬 모니터에 텍스트를 인쇄합니다. 따라서 두 프로그램을 모두 업로드하면 수신기에서 직렬 모니터를 실행할 수 있으며 매초 "Hello World"라는 메시지가 인쇄되는 것을 확인할 수 있습니다.

문제 해결

전원 공급 장치 소음 NRF24L01 모듈과 성공적인 통신을 시도할 때 사람들이 경험하는 가장 일반적인 문제 중 하나입니다. 일반적으로 RF 회로 또는 무선 주파수 신호는 전원 공급 장치 노이즈에 민감합니다. 따라서 전원 공급 라인에 디커플링 커패시터를 포함하는 것이 항상 좋은 생각입니다. 커패시터는 10uF ~ 100uF입니다.

또 다른 일반적인 문제는 Arduino 보드의 3.3V 핀이 항상 NRF24L01 모듈에 충분한 전력을 공급할 수 없다는 것입니다. 따라서 외부 전원으로 모듈에 전원을 공급하는 것도 좋은 생각입니다.

2개의 NRF24L01 및 Arduino를 사용한 양방향 무선 통신

두 번째 예인 두 개의 Arduino 보드 간의 양방향 무선 통신을 살펴보겠습니다. 다음은 회로도입니다.

아래 링크에서 이 예시에 필요한 구성요소를 얻을 수 있습니다.

• NRF24L01 트랜시버 모듈.....................
• 아두이노 보드 ...........................................................
• 조이스틱 모듈 ...........................................................
• 서보 모터 ...........................................................
• 푸시버튼 ...........................................................................
• LED ...........................................................................

nRF24L01 소스 코드

다음은 두 개의 코드와 그에 대한 설명입니다.

송신기 코드

/*
* Arduino Wireless Communication Tutorial
*     Example 2 - Transmitter Code
*                
* by Dejan Nedelkovski, www.HowToMechatronics.com
* 
* Library: TMRh20/RF24, https://github.com/tmrh20/RF24/
*/

#include <SPI.h>
#include <nRF24L01.h>
#include <RF24.h>

#define led 12

RF24 radio(7, 8); // CE, CSN
const byte addresses[][6] = {"00001", "00002"};
boolean buttonState = 0;

void setup() {
  pinMode(12, OUTPUT);
  radio.begin();
  radio.openWritingPipe(addresses[1]); // 00002
  radio.openReadingPipe(1, addresses[0]); // 00001
  radio.setPALevel(RF24_PA_MIN);
}

void loop() {
  delay(5);

  radio.stopListening();
  int potValue = analogRead(A0);
  int angleValue = map(potValue, 0, 1023, 0, 180);
  radio.write(&angleValue, sizeof(angleValue));

  delay(5);
  radio.startListening();
  while (!radio.available());
  radio.read(&buttonState, sizeof(buttonState));
  if (buttonState == HIGH) {
    digitalWrite(led, HIGH);
  }
  else {
    digitalWrite(led, LOW);
  }
}Code language: Arduino (arduino)

수신자 코드

/*
* Arduino Wireless Communication Tutorial
*     Example 2 - Receiver Code
*                
* by Dejan Nedelkovski, www.HowToMechatronics.com
* 
* Library: TMRh20/RF24, https://github.com/tmrh20/RF24/
*/

#include <SPI.h>
#include <nRF24L01.h>
#include <RF24.h>
#include <Servo.h>

#define button 4

RF24 radio(7, 8); // CE, CSN
const byte addresses[][6] = {"00001", "00002"};
Servo myServo;
boolean buttonState = 0;

void setup() {
  pinMode(button, INPUT);
  myServo.attach(5);
  radio.begin();
  radio.openWritingPipe(addresses[0]); // 00001
  radio.openReadingPipe(1, addresses[1]); // 00002
  radio.setPALevel(RF24_PA_MIN);
}

void loop() {
  delay(5);
  radio.startListening();
  if ( radio.available()) {
    while (radio.available()) {
      int angleV = 0;
      radio.read(&angleV, sizeof(angleV));
      myServo.write(angleV);
    }
    delay(5);
    radio.stopListening();
    buttonState = digitalRead(button);
    radio.write(&buttonState, sizeof(buttonState));
  }
}Code language: Arduino (arduino)

여기서 이전 예와 다른 점은 양방향 통신을 위해 두 개의 파이프 또는 주소를 생성해야 한다는 것입니다.

const byte addresses[][6] = {"00001", "00002"};Code language: Arduino (arduino)

설정 섹션에서 두 파이프를 모두 정의해야 하며 첫 번째 Arduino의 쓰기 주소는 두 번째 Arduino의 읽기 주소여야 하고 그 반대의 경우도 첫 번째 Arduino의 읽기 주소는 쓰기 주소여야 합니다. 두 번째 아두이노.

// at the Transmitter
radio.openWritingPipe(addresses[1]); // 00001
radio.openReadingPipe(1, addresses[0]); // 00002Code language: Arduino (arduino)

// at the Receiver
radio.openWritingPipe(addresses[0]); // 00002
radio.openReadingPipe(1, addresses[1]); // 00001Code language: Arduino (arduino)

radio.stopListening() 함수를 사용하는 루프 섹션에서 첫 번째 Arduino를 송신기로 설정하고 Joystick의 값을 0에서 180까지 읽고 매핑하며 radio.write() 함수를 사용하여 데이터를 수신기로 보냅니다.

radio.stopListening();
int potValue = analogRead(A0);
int angleValue = map(potValue, 0, 1023, 0, 180);
radio.write(&angleValue, sizeof(angleValue));Code language: Arduino (arduino)

다른 한편으로는 radio.startListening() 함수를 사용하여 두 번째 Arduino를 수신기로 설정하고 사용 가능한 데이터가 있는지 확인합니다. 사용할 수 있는 데이터가 있는 동안 데이터를 읽고 "angleV" 변수에 저장한 다음 해당 값을 사용하여 서보 모터를 회전합니다.

radio.startListening();
  if ( radio.available()) {
    while (radio.available()) {
      int angleV = 0;
      radio.read(&angleV, sizeof(angleV));
      myServo.write(angleV);
    }Code language: Arduino (arduino)

다음으로, 송신기에서 첫 번째 Arduino를 수신기로 설정하고 빈 "while" 루프를 사용하여 두 번째 Arduino가 데이터를 보낼 때까지 기다립니다. 버튼을 누르면 LED가 켜집니다. 그래서 이러한 과정이 끊임없이 반복되고 두 아두이노 보드는 끊임없이 데이터를 주고 받습니다.

예시 3 – 단일 패키지에 여러 변수 보내기

NRF24L01 모듈을 사용하여 예제 코드를 하나 더 살펴보겠습니다. 모든 것은 이전 예제와 동일하게 유지되며 날짜를 구성하고 보내는 방식을 예상합니다.

송신기 코드

/*
  Arduino Wireless Communication Tutorial
      Example 1 - Transmitter Code

  by Dejan Nedelkovski, www.HowToMechatronics.com

  Library: TMRh20/RF24, https://github.com/tmrh20/RF24/
*/

#include <SPI.h>
#include <nRF24L01.h>
#include <RF24.h>

RF24 radio(7, 8); // CE, CSN

const byte address[6] = "00001";

// Max size of this struct is 32 bytes - NRF24L01 buffer limit
struct Data_Package {
  byte a = 0;
  byte b = 125;
  byte c = 255;
  int d = 1024;
  float e = 3.141592;
  String f = "Test";
};

Data_Package data; // Create a variable with the above structure

void setup() {
  radio.begin();
  radio.openWritingPipe(address);
  radio.setPALevel(RF24_PA_MIN);
  radio.stopListening();
}

void loop() {
  // Send the whole data from the structure to the receiver
  radio.write(&data, sizeof(Data_Package));
  delay(500);
}Code language: Arduino (arduino)

따라서 실제로 다양한 유형의 변수 모음인 구조체를 만들 수 있습니다.

// Max size of this struct is 32 bytes - NRF24L01 buffer limit
struct Data_Package {
  byte a = 0;
  byte b = 125;
  byte c = 255;
  int d = 1024;
  float e = 3.141592;
  String f = "Test";
};

Data_Package data; // Create a variable with the above structureCode language: Arduino (arduino)

이 구조체 데이터의 최대 크기는 32바이트일 수 있음을 명심해야 합니다. 여기에서 3개의 변수 유형 바이트, 하나의 정수 변수(4바이트), 하나의 부동 변수(4바이트) 및 4개의 문자를 포함하는 하나의 문자열(4바이트)이 포함되었음을 알 수 있습니다. 총 15바이트입니다.

수신자 코드

/*
  Arduino Wireless Communication Tutorial
        Example 1 - Receiver Code

  by Dejan Nedelkovski, www.HowToMechatronics.com

  Library: TMRh20/RF24, https://github.com/tmrh20/RF24/
*/

#include <SPI.h>
#include <nRF24L01.h>
#include <RF24.h>

RF24 radio(7, 8); // CE, CSN

const byte address[6] = "00001";

// Max size of this struct is 32 bytes - NRF24L01 buffer limit
struct Data_Package {
  byte a = 0;
  byte b = 125;
  byte c = 255;
  int d = 1024;
  float e = 3.141592;
  String f = "Test";
};

Data_Package data; //Create a variable with the above structure

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  radio.begin();
  radio.openReadingPipe(0, address);
  radio.setPALevel(RF24_PA_MIN);
  radio.startListening();
}

void loop() {
  // Check whether there is data to be received
  if (radio.available()) {
    radio.read(&data, sizeof(Data_Package)); // Read the whole data and store it into the 'data' structure
  }
  Serial.print("a: ");
  Serial.print(data.a);
  Serial.print(" b: ");
  Serial.print(data.b);
  Serial.print(" c: ");
  Serial.print(data.c);
  Serial.print(" d: ");
  Serial.print(data.d);
  Serial.print(" e: ");
  Serial.print(data.e);
  Serial.print(" f: ");
  Serial.println(data.f);
}Code language: Arduino (arduino)

수신자 측에서는 들어오는 데이터를 수신할 수 있도록 동일한 구조체 데이터를 정의해야 합니다. 무선 통신이 제대로 되는지 테스트를 위해 시리얼 모니터에 각각의 변수를 출력해 봤습니다.

결론

NRF24L01 모듈은 Arduino 프로젝트에 무선 통신이 필요할 때 적합한 옵션입니다. 저는 이미 많은 Arduino 프로젝트에서 이 모듈을 사용했습니다.

여기에 내가 이 모듈을 사용한 모든 프로젝트를 나열할 것입니다.

• HC-05 Bluetooth, NRF24L01 및 HC-12 트랜시버 모듈을 사용하는 Arduino 로봇 자동차 무선 제어
• Arduino 무선 기상 관측소 프로젝트
• DIY Arduino RC 송신기
• Arduino Ant Hexapod 로봇
• DIY Arduino 기반 RC 호버크라프트
• Arduino Mecanum 바퀴 로봇
• RC 모델 및 Arduino 프로젝트용 DIY Arduino RC 수신기
• Arduino RC 비행기 | 100% DIY

이러한 각 프로젝트/튜토리얼에는 회로도, 더 나은 통신을 위한 개선된 코드 구현 등을 포함하여 NRF24L01 모듈을 사용하는 방법에 대한 자세한 설명이 있습니다.

내가 가장 좋아하는 프로젝트는 맞춤형으로 설계된 Arduino RC 송신기입니다. 실제로는 거의 모든 Arduino 프로젝트를 제어하는 ​​데 사용할 수 있는 14채널 RC 컨트롤러입니다.

이것이 이 튜토리얼의 전부입니다. 즐겁게 사용하시고 새로운 것을 배우셨기를 바랍니다. 언제나 그렇듯이 아래의 댓글 섹션에서 언제든지 질문하세요.