Utilisation d’un module NRF24L01 avec Arduino

Le module radio NRF24L01 est un émetteur-récepteur permettant d’établir une connexion et de transférer des données d’un appareil à un autre via des ondes radio.

Matériel

• Ordinateur
• Arduino UNO x2
• Câble USB A Mâle/B Mâle
• NRF24L01 x2

Principe de fonctionnement

Le module nRF24l01 est un émetteur-récepteur faible puissance qui permet l’échange de données sans fil sur la bande de fréquence radio 2.4GHz. Il permet de communiquer entre deux appareils de manière efficace et sur une moyenne distance (50m) lorsque ces derniers sont en vue directe, c’est-à-dire sans obstacle. Si vous souhaitez communiquer sur de plus longues distances en extérieur, il faudra préférer un module RF433 ou LoRa. En intérieur, si un ou plusieurs murs sont présents entre l’émetteur et le récepteur, il sera préférable d’utiliser la communication WiFi ou Bluetooth.

Schéma

Le module nRF24L01 utilise la protocole SPI pour communiquer avec le microcontrôleur et doit être alimenté entre 1.9 et 3.6V. La communication SPI utilise des boches spécifiques.Le brochage se fait comme suit (à gauche côté NRF24L01, à droite côté Arduino UNO):

• Vcc (Alimentation) <-> 3V3
• CE (Reset) <-> 2
• GND (Masse) <-> GND
• MOSI (Master Output Slave Input) <-> 11
• MISO (Master Input Slave Output) <-> 12
• SCK (Serial Clock) <-> 13
• CS (chip select) <-> 4

Pour améliorer la portée et la stabilité de la connexion, il est conseillé de souder un condensateur entre les broches Vcc et GND sur certains modules.

Code

Pour gérer le module NRF24L01 nous utilisons les librairies RF24.h, nRF24L01.h et SPI.h. Dans le code suivant, qui fonctionne pour le maître (role=0) et l’esclave (role=1), nous définissons un noeud pour chaque module, un qui va envoyer des données l’autre qui va les recevoir.

//Libraries
#include <RF24.h>//https://github.com/nRF24/RF24
#include <nRF24L01.h>//https://github.com/nRF24/RF24/blob/master/nRF24L01.h
#include <SPI.h>//https://www.arduino.cc/en/reference/SPI

//Parameters
byte addresses[2] [6] = {"Node1", "Node2"};
bool radioNumber  = 0;
bool role  = 0;

//Variables
int masterStatus  = 0;
byte cmd  = 0;
int slaveStatus  = 0;
unsigned long myData  = 0;

//Objects
RF24 radio(2, 4);

void setup() {
  //Init Serial USB
  Serial.begin(9600);
  Serial.println(F("Initialize System"));
  //Init radio rf24

  radio.begin();
  //radio.setChannel(125);
  radio.setPALevel(RF24_PA_LOW); // Set the PA Level low to prevent power supply related issues. RF24_PA_MAX is default.
  //radio.setDataRate(RF24_250KBPS);//(RF24_250KBPS);//(RF24_2MBPS);
  //radio.setAutoAck(1);                    // Ensure autoACK is enabled
  //radio.enableAckPayload();               // Allow optional ack payloads
  //radio.setRetries(2,15);                 // Smallest time between retries, max no. of retries
  //radio.setAddressWidth(3);
  //radio.setCRCLength(RF24_CRC_8);          // Use 8-bit CRC for performance
  //radio.setPayloadSize(16);                // Here we are sending 1-byte payloads to test the call-response speed
  //radio.printDetails();                   // Dump the configuration of the rf unit for debugging. Not working on nano



  // Open a writing and reading pipe on each radio, with opposite addresses
  if (radioNumber) {
    radio.openWritingPipe(addresses[1]);
    radio.openReadingPipe(1, addresses[0]);
  } else {
    radio.openWritingPipe(addresses[0]);
    radio.openReadingPipe(1, addresses[1]);
  }

  myData = 1.22;
  // Start the radio listening for data
  radio.startListening();
}

void loop() {
  testRF24();
}

void testRF24( ) { /* function testRF24 */
  ////Test RF24communication change radioNumber and radio to 0(receiver) or 1(transmitter)
  if (role == 1) {
    masterRole();
  } else {
    slaveRole();
  }
}

void masterRole( ) { /* function masterRole */
  ////emit data
  radio.stopListening();                                    // First, stop listening so we can talk.


  Serial.println(F("Now sending"));

  myData = micros();
  if (!radio.write( &myData, sizeof(myData) )) {
    Serial.println(F("failed"));
  }
  //Serial.print("width :  ");Serial.println(radio.R_RX_PL_WID );
  radio.startListening();                                    // Now, continue listening

  unsigned long started_waiting_at = micros();               // Set up a timeout period, get the current microseconds
  boolean timeout = false;                                   // Set up a variable to indicate if a response was received or not

  while ( ! radio.available() ) {                            // While nothing is received
    if (micros() - started_waiting_at > 200000 ) {           // If waited longer than 200ms, indicate timeout and exit while loop
      timeout = true;
      break;
    }
  }

  if ( timeout ) {                                            // Describe the results
    Serial.println(F("Failed, response timed out."));
  } else {
    // Grab the response, compare, and send to debugging spew
    radio.read( &myData, sizeof(myData) );
    myData = micros();

    // Spew it
    Serial.print(F("Sent "));
    Serial.print(myData);
    Serial.print(F(", Got response "));
    Serial.print(myData);
    //Serial.println(myData.value);
  }

  // Try again 1s later
  delay(1000);
}

void slaveRole( ) { /* function slaveRole */
  ////recieve data
  if ( radio.available()) {
    // Variable for the received timestamp
    while (radio.available()) {                          // While there is data ready
      radio.read( &myData, sizeof(myData) );             // Get the payload
    }

    radio.stopListening();                               // First, stop listening so we can talk
    Serial.print(F("Transmission "));
    Serial.println(myData);
    //myData.value += 0.01;                                // Increment the float value
    radio.write( &myData, sizeof(myData) );              // Send the final one back.
    radio.startListening();                              // Now, resume listening so we catch the next packets.
    Serial.print(F(" - Sent response "));
    Serial.println(myData);
    //Serial.print(F(" : "));
    //Serial.println();
  }
}

Applications

• Créer une radiocommande pour piloter votre projet Arduino
• Échanger des données entre deux Arduino

Sources

• https://github.com/nRF24/RF24
• https://github.com/nRF24/RF24/blob/master/nRF24L01.h
• https://www.arduino.cc/en/reference/SPI
• Protocoles de communication