利用nRF24L01组件组件小型控制网络

最新推荐文章于 2024-08-27 10:03:41 发布

21ic电子工程师

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分类专栏：嵌入式基础知识文章标签：单片机嵌入式硬件

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最新心血来潮，看着手里的一块STM32开发板和几个AT89C4051和nRF24L01无线模块，准备利用它们做成一套无线控制系统。由于nRF24L01无线模块的特点，打算利用不同的物理地址，通过程序控制，实现组网控制。有了想法，开始着手设计。

首先是主控制系统，使用早期入手的智嵌STM32开发板。为啥要用这块板子呢？因为这个开发板上已经设置nRF24L01接口，不用单独设计了，拿来直接使用就行，很方便。

各个被控制的分机，使用AT89C4051。其实更想用STC家的产品，因为有看门狗，在无人值守的时候，更适合对应程序跑飞这种情况。奈何手里的这几片AT89C4051实在是闲置太久，本着不想浪费的原则，就只好将就一下了。为了防止程序跑飞，只能再考虑在各个分机的公用电源控制上，加一个单独的有看门狗的电源控制模块。

主控制板的图片如下：

网口下面的那个8口双排插座的位置就是给nRF24L01用的。可以直接插上nRF24L01使用。而且卖家还提供了例程，例程里就有nRF24L01的，拿来改改就能用。话说“天下**一大抄，抄来抄去有提高”，其实程序也是这样，哈哈哈，题外话了。作为测试，修改目标是，按下开发板上四个按键中的某一个时，向地址匹配的分机发送信号。主机加载nRF24L01的样子如下：

分机的样子如下：

1对应的是接收信号用的nRF24L01模块。

2对应的外部测量信号输入端，配合AT89C4051的比较器使用。如果使用可以互换的STC芯片，这个地方可以用AD输入作为动作条件。

3对应的驱动外部继电器模块。提供5V、GND、驱动信号。驱动信号低电平有效。

4对应的是串口输入输出。主要是开发阶段测试用。实际应用时，可以不用串口。空出P3.0和P3,1给U3（24C64）作为控制信号用。

5对应的是拨码开关。目的是设置分机的地址。这个地址是和主控板的K1-K4一一对应的。

挂载了nRF24L01模块、继电器模块、连接串口的分机，如下图所示：

主控板主处理代码如下：

int main(void) {

unsignedchar i=0, kv=0, tmp_buf[TX_PLOAD_WIDTH], addr1=0, addr2=0, errorFlag=0;

/* 串口初始化 */

Printf_Init();

SysTick_Configuration(); //系统初始化

Key_Configuration(); // 初始化按键用到的GPIO口

LED_Configuration(); // 初始化LED用到的GPIO口

NVIC_Configuration();

NRF24L01_Init(); // 初始化处理器与NRF24L01连接的GPIO口

while(NRF24L01_Check()) { //24L01在线检测

printf("Didn't find NRF24L01，Please check whether NRF24L01 is online！\n\r");

delay_ms(2000);

}

printf("NRF24L01 OK\n\r");

/*****熄灭四个led灯******/

LED1_OFF;

LED2_OFF;

LED3_OFF;

LED4_OFF;

RX_Mode(kv); //默认接收模式

// 打印本机地址

NRF24L01_Read_Buf(RX_ADDR_P0, tmp_buf, RX_ADR_WIDTH);

// 输出到串口

printf("Receive address of channel 0：");

for (i=0;i<5;i++) {

printf("%c", tmp_buf);

}

printf("\n\r");

while(1){

kv= Key_Value(); //读取按键值

if(kv) { //如果有键按下，则进入到发送模式，并将键值发送出去

//设置发送数据

tmp_buf[0]=0xC0; // 指令码

tmp_buf[1]=0x00; // 通讯数据1

tmp_buf[2]=0x14; // 通讯数据2

tmp_buf[3]=0x05; // 通讯数据3

tmp_buf[4]=getVerCode(tmp_buf, 0, 3);

// 根据按键，设置目标分机地址

addr1=TX_ADDRESS[3] + kv/10;

addr2=TX_ADDRESS[4] + kv%10;

// 转为发射模式

TX_Mode(kv);

if(NRF24L01_TxPacket(tmp_buf)== TX_OK) //如果发送成功

{

printf("Sendingdata...\n\r");

}else {

printf("Transfer failed.\n\r");

}

RX_Mode(kv); //发送完成后进入到接收模式

}

//如果接收成功，则点亮相应的LED

if(NRF24L01_RxPacket(tmp_buf) == 0) {

// 对方发射的目标机是本机？指令码是否正确？

if (tmp_buf[0]==addr1 && tmp_buf[1]==addr2 &&tmp_buf[2]==0xC1) {

// 判断校验码

if (tmp_buf[3]!=8) {

printf("Wrong datalength.\n\r");

errorFlag=1;

} else {

if(tmp_buf[8]!=getVerCode(tmp_buf, 0, 7)) {

printf("Errorcheck code.\n\r");

errorFlag=1;

} else {

// 根据对方分机的编号，点亮对应的LED

i=(addr1-0x30)*10 +(addr2-0x30);

if (i>0 && i< 5) {

One_LED_ON(i); //点亮LED

} else {

printf("Wrongaddress of sub-device.\n\r");

errorFlag=1;

}

} else {

errorFlag=1;

}

if (errorFlag == 1) {

// 全亮，表示出错:可能数据错误，可能分机编号不对

One_LED_ON(1);

One_LED_ON(2);

One_LED_ON(3);

One_LED_ON(4);

// 输出到串口

printf("Receiveddata:\r\n");

for(i=0;i<TX_PLOAD_WIDTH;i++) {

printf("%2x ",tmp_buf);

}

printf("\n\r");

}

主机nRF24L01模块的部分处理代码：

//启动NRF24L01发送一次数据

//txbuf:待发送数据首地址

//返回值:发送完成状况

u8 NRF24L01_TxPacket(u8 *txbuf) {

u8state, i;

// 输出到串口

printf("Sent data:");

for (i=0;i<TX_PLOAD_WIDTH;i++) {

printf("%2x ", txbuf);

}

printf("\n\r");

Clr_NRF24L01_CE;

NRF24L01_Write_Buf(WR_TX_PLOAD,txbuf,TX_PLOAD_WIDTH);//写数据到TX BUF 32个字节

Set_NRF24L01_CE; //启动发送

while(READ_NRF24L01_IRQ!=0); //等待发送完成

state=NRF24L01_Read_Reg(STATUS); //读取状态寄存器的值

NRF24L01_Write_Reg(SPI_WRITE_REG+STATUS,state); //清除TX_DS或MAX_RT中断标志

if(state&MAX_TX) //达到最大重发次数

{

NRF24L01_Write_Reg(FLUSH_TX,0xff); //清除TX FIFO寄存器

returnMAX_TX;

}

if(state&TX_OK) //发送完成

{

NRF24L01_Write_Reg(FLUSH_TX,0xff); //清除TX FIFO寄存器

returnTX_OK;

}

return0xff; //其他原因发送失败

}

//启动NRF24L01接收一次数据

//rxbuf:待接收数据首地址

//返回值:0，接收完成；其他，错误代码

u8 NRF24L01_RxPacket(u8 *rxbuf) {

u8state, i;

state=NRF24L01_Read_Reg(STATUS); //读取状态寄存器的值

NRF24L01_Write_Reg(SPI_WRITE_REG+STATUS,state);//清除TX_DS或MAX_RT中断标志

if(state&RX_OK) //接收到数据

{

NRF24L01_Read_Buf(RD_RX_PLOAD,rxbuf,RX_PLOAD_WIDTH);//读取数据

NRF24L01_Write_Reg(FLUSH_RX,0xff); //清除RX FIFO寄存器

// 输出到串口

printf("Received data::");

for (i=0;i<TX_PLOAD_WIDTH;i++) {

printf("%2x ", rxbuf);

}

printf("\n\r");

return0;

}

return1; //没收到任何数据

}

//该函数初始化NRF24L01到RX模式

//设置RX地址,写RX数据宽度,选择RF频道,波特率和LNA HCURR

//当CE变高后,即进入RX模式,并可以接收数据了

void RX_Mode(u8 offset) {

u8 addr[RX_ADR_WIDTH],i;

for (i=0;i<RX_ADR_WIDTH;i++) {

addr=RX_ADDRESS;

}

// 根据预设子机地址，重新设定主机无线模块地址

addr[RX_ADR_WIDTH-2]=offset/10 + addr[RX_ADR_WIDTH-2];

addr[RX_ADR_WIDTH-1]=offset%10 + addr[RX_ADR_WIDTH-1];

Clr_NRF24L01_CE;

//写RX节点地址

NRF24L01_Write_Buf(SPI_WRITE_REG+RX_ADDR_P0,(u8*)addr,RX_ADR_WIDTH);

// 自动应答

NRF24L01_Write_Reg(SPI_WRITE_REG+EN_AA,0x01);

//使能通道0的接收地址

NRF24L01_Write_Reg(SPI_WRITE_REG+EN_RXADDR,0x01);

//设置RF通信频率

NRF24L01_Write_Reg(SPI_WRITE_REG+RF_CH,40);

//选择通道0的有效数据宽度

NRF24L01_Write_Reg(SPI_WRITE_REG+RX_PW_P0,RX_PLOAD_WIDTH);

//设置TX发射参数,0db增益,2Mbps,低噪声增益开启

NRF24L01_Write_Reg(SPI_WRITE_REG+RF_SETUP,0x0f);

//配置基本工作模式的参数;PWR_UP,EN_CRC,16BIT_CRC,PRIM_RX接收模式

NRF24L01_Write_Reg(SPI_WRITE_REG+CONFIG,0x0f);

//CE为高,进入接收模式

Set_NRF24L01_CE;

}

//该函数初始化NRF24L01到TX模式

//设置TX地址,写TX数据宽度,设置RX自动应答的地址,填充TX发送数据,

//选择RF频道,波特率和LNA HCURR PWR_UP,CRC使能

//当CE变高后,即进入RX模式,并可以接收数据了

//CE为高大于10us,则启动发送.

void TX_Mode(u8 offset) {

u8 addr[TX_ADR_WIDTH],i;

// 根据预设子机地址，重新设定主机无线模块地址

for (i=0;i<TX_ADR_WIDTH;i++) {

addr=TX_ADDRESS;

}

addr[TX_ADR_WIDTH-2]=offset/10 + addr[TX_ADR_WIDTH-2];

addr[TX_ADR_WIDTH-1]=offset%10 + addr[TX_ADR_WIDTH-1];

// 输出到串口

printf("Target sub-device address:");

for (i=0;i<TX_ADR_WIDTH;i++) {

printf("%2x ", addr);

}

printf("\n\r");

Clr_NRF24L01_CE;

//写TX节点地址

NRF24L01_Write_Buf(SPI_WRITE_REG+TX_ADDR,(u8*)addr,TX_ADR_WIDTH);

//设置TX节点地址,主要为了使能ACK

NRF24L01_Write_Buf(SPI_WRITE_REG+RX_ADDR_P0,(u8*)addr,RX_ADR_WIDTH);

//使能通道0的自动应答

NRF24L01_Write_Reg(SPI_WRITE_REG+EN_AA,0x01);

//NRF24L01_Write_Reg(SPI_WRITE_REG+EN_AA,0x00);

//使能通道0的接收地址

NRF24L01_Write_Reg(SPI_WRITE_REG+EN_RXADDR,0x01);

//设置自动重发间隔时间:‘1111’-等待 4000+86us;最大自动重发次数:3次

NRF24L01_Write_Reg(SPI_WRITE_REG+SETUP_RETR,0xf3);

//设置RF通道为40

NRF24L01_Write_Reg(SPI_WRITE_REG+RF_CH,40);

//设置TX发射参数,0db增益,2Mbps,低噪声增益开启

NRF24L01_Write_Reg(SPI_WRITE_REG+RF_SETUP,0x0f);

//配置基本工作模式的参数;PWR_UP,EN_CRC,16BIT_CRC,PRIM_RX发送模式,开启所有中断

NRF24L01_Write_Reg(SPI_WRITE_REG+CONFIG,0x0e);

// CE为高,10us后启动发送

Set_NRF24L01_CE;

}

分机主处理代码：

void main (void) {

bit et0Status=ET0;

u8 i=0, state=0;

// 初始化

system_init();

transstr("main start...\r\n");

// 初始化nRF24L01关联口线

nRF24L01P_Init();

if(NRF24L01_Check()==1) { //24L01在线检测

transstr("Didn'tfind NRF24L01，Please check whether NRF24L01 is online！\r\n");

delay_ms(300);

}

transstr("slaver-NRF24L01 OK\r\n");

// 接收模式

nRF24L01P_RX_Mode();

// 主循环

while (1) {

// 等待nRF2*4L01的中断信号，表明收到了来自主机的指令

if (NRF24L01_IRQ==0) {

transstr("main_NRF24L01_interrupt:\r\n");

// 保存当前定时器0中断状态，

et0Status=ET0;

// 禁止Timer0的中断

ET0=0;

TR0=0;

// 检查在中断类型

state=nRF24L01P_Read_Reg(REG_STATUS);

if(state & RX_DR) {

// 收到来自nRF24L01的中断请求，开始接收nRF24L01的数据

if(!nRF24L01P_RxPacket(rx_buf)){

// 检查数据是什么指令，并执行对应的动作

AnalysisCommand();

} else {

// 没有收到数据？

}

// 达到最大重发次数

if(state&MAX_RT) {

// 清除TX_DS或MAX_RT中断标志

nRF24L01P_Write_Reg(WRITE_REG +REG_STATUS, state);

// 清除nRF24L01的发送缓冲区

nRF24L01P_Write_Reg(FLUSH_TX,0xff);

}

// 发送完成

if(state&TX_DS) {

// 清除TX_DS或MAX_RT中断标志

nRF24L01P_Write_Reg(WRITE_REG +REG_STATUS, state);

// 清除nRF24L01的发送缓冲区

nRF24L01P_Write_Reg(FLUSH_TX,0xff);

}

if (et0Status) {

ET0=1;

TR0=1;

}

到这里，简单地使用STM32和51单片机，以nRF24L01实现组网通讯的实验，就完成了。后续准备在STM32开发板上增加系统设置、液晶显示等功能，实现动态地控制子设备的控制。比如用子设备控制什么时候开关灯、开关多久灯。本套系统中，因为使用了4位拨码开关来控制分机地址，所以是可以组建1个主机、16个子机的小型无线网络，当然需要修改下主机程序，以适应16个子机的选址。

实际上，以nRF24L01组网，除了改变物理地址方式实现，还可以使用其它方式，比如开放其它通道；比如使用相同的物理地址，采用禁止应答，在通讯数据中增设逻辑地址检查。逻辑地址一致的才应答。灵活使用nRF24L01，可以很方便的制作小型家用电子网络应用。
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作者：suncat0504
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来源：21ic.com
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