Радиомодуль nRF24L01+PA+LNA 2,4 GHz (Trema-модуль)

Используйте радиомодули nRF24L01+PA+LNA в форм-факторе Trema для создания проектов, где требуется соединить несколько отдельных контроллеров в одну общую беспроводную сеть без дополнительного колхоза из проводов. Например приёмопередатчик пригодится при создании умного дома без сверления стен, разработке систем дистанционного управления роботами, организации беспроводных метеостанций для мониторинга погодных условий, создания интерактивных квестов с передачей данных между участниками и т.д.

Видеообзор

Особенности

• Работа в ISM-диапазоне от 2,400 ГГц до 2,525 ГГц, доступном во многих странах без лицензии.
• Возможность создать комбинированную сеть до 1000 устройств.
• Дополнительный усилитель PA+LNA повышает дальность обмен данными: до 1000 метров в пределах прямой видимости и до 300 метров в условиях городской застройки.
• Форм-фактор Trema для совместимости с экосистемой Trema-модулей.
• Отдельный регулятор напряжения с выходом на 3,3 В и током до 500 мА для питания модуля.
• Совместимость с контроллерами с 3,3 и 5 вольтовой логикой.
• Светодиодная индикация питания.

Подробности

Радиомодуль nRF24L01+PA+LNA — это приёмопередатчик для обмена данными по воздуху в частотном диапазоне от 2,4 до 2,525 ГГц, который входит в разрешённый ISM (Industrial, Scientific, and Medical) спектр. Суффиксы PA+LNA отображают наличие встроенного усилителя мощности радиопередающего тракта PA (Power Amplifier) и малошумящему усилителю радиоприёмного тракта LNA (Low-Noise Amplifier). В итоге дальность беспроводной передачи данных достигает до 1000 метров в открытом пространстве и до 300 метров в условиях городской застройки.

Частотный диапазон разделён на 126 каналов с шагом 1 МГц: от 2,400 ГГц до 2,525 ГГц.

На каждом канале можно создать отдельную сеть от двух до семи устройств: один приёмник и до шести передатчиков. Приёмник слушает эфир одновременно от всех передатчиков в своей сети с возможностью подтверждения пакетов данных.

Модули nRF24L01+ поддерживают три скорости обмена данными: 250 Кбит/с, 1 Мбит/с и 2 Мбит/с. Номер канала, скорость и назначение на роль передатчика или приёмника устанавливается программно с возможностью изменения в коде.

Принцип работы

Для визуального понимания построение сети из nRF24L01+ приведём ситуацию на бытовом примере. Представьте многоквартирный дом, где:

• Номер квартиры: номер канала от 0 до 125
• Жильцы: модули nRF24L01+
• Скорость: язык на котором общаются nRF24L01+

В итоге получаем дом из 126 квартир, где в каждой квартире может жить от двух до семи жильцов. Жители каждой квартиры могут общаться все вместе или между собой на одном языке, но соседи из других квартир их не слышат.

Режимы связи

Рассмотрим базовые варианты соединения модулей между собой.

Один к одному (Point-to-Point)

Связь между двумя модулями в одном направлении. Приёмник слушает эфир от передатчика в своей сети с возможностью подтверждения пакетов данных.

Многоточечная связь (Multiceiver)

Один приёмник принимает данные до шести передатчиков одновременно. Приёмник слушает эфир от передатчиков в своей сети с возможностью подтверждения пакетов данных.

Однако это лишь базовые варианты настройки связи. Радиомодули nRF24L01+PA+LNA можно связывать между собой в самых различных комбинациях и создавать целые паутины из устройств:

Начинка

Рассмотрим основные компоненты Trema-модуля nRF24L01+PA+LNA:

Радиомодуль nRF24L01+PA+LNA

На плате Trema за беспроводную связь отвечает распаянный модуль nRF24L01+PA+LNA на базе чипа Nordic nRF24L01+ обеспечивающий обмен данными по воздуху на частоте от 2,4 до 2,525 ГГц, который входит в разрешённый ISM (Industrial, Scientific, Medical) спектр.

Для усиления дальности беспроводной передачи данных на модуле расположен чип RFX2401C, который включает в себя усилитель мощности радиопередающего тракта PA (Power Amplifier) и малошумящий усилитель радиоприёмного тракта LNA (Low-Noise Amplifier). Также модуль оснащён керамической антенной, которая обеспечивает стабильный приём и передачу сигнала в условиях помех и ограниченного пространства. В итоге дальность беспроводной передачи данных достигает до 1000 метров в открытом пространстве и до 300 метров в условиях городской застройки.

Индикаторный светодиод

Для наглядности питания на плате расположен индикаторный светодиод.

Стабилизатор напряжения

Для стабильной работы модуля на плате расположен стабилизатор напряжения XC6202P332 с выходным напряжением 3,3 вольта и максимальным током до 500 мА.

Trema-контакты

Для подключения адаптера к контроллерам на плате предусмотрены семь Trema-контактов в виде гребёнки PLS.

Подключение и программирование

Приёмопередатчик nRF24L01+PA+LNA можно подключать к любым контроллерам с наличием шины SPI, например: Arduino, Piranha или Raspberry Pi. Для коммуникации понадобятся соединительные провода и макетная плата.

Рекомендуем также обратить внимание на дополнительные расширения:

• Trema Expander Hat поможет подключить модуль к Raspberry Pi с помощью шлейфа из комплекта.
• Trema Shield поможет подключить модуль к Arduino с помощью шлейфа из комплекта.
• Trema Set Shield поможет подключить модуль к Arduino без проводов вовсе.

Радиомодуль nRF24L01+PA+LNA общается с внешними контроллерами по шине SPI через потоки байтов. Для комфортной работы используйте библиотеку RF24, которая скрывает в себе все тонкости протокола и предоставляет для работы удобные функции.

Доступные альтернативы

Данный радиомодуль nRF24L01+PA+LNA выполнен в формате Trema c радиусом беспроводной связи — до 1000 метров в пределах прямой видимости и до 300 метров в условиях города. В нашем магазине также есть модификации приёмопередатчиков семейства nRF24L01+PA+LNA с различными отличиями:

• Радиомодуль nRF24L01+ (Trema-модуль) — приёмопередатчик нашего производства Iarduino с дальностью связи до 100 метров.
• Радиомодуль nRF24L01+PA+LNA (Trema-модуль) — приёмопередатчик нашего производства Iarduino с дальностью связи до 1000 метров.
• Радиомодуль nRF24L01+ (Mini) — компактный приёмопередатчик с дальностью связи до 100 метров.
• Радиомодуль nRF24L01+ — приёмопередатчик с дальностью связи до 100 метров.
• Радиомодуль nRF24L01+PA+LNA — приёмопередатчик с дополнительной внешней антенной с дальностью связи до 1000 метров.

Габаритный чертёж

Комплектация

• 1× Радиомодуль nRF24L01+PA+LNA (Trema-модуль)
• 1× Трёхпроводной шлейф «мама-мама»
• 4× Провод «мама-мама»

Характеристики

• Модель: Радиомодуль nRF24L01+PA+LNA (Trema-модуль)
• Модуль: nRF24L01+PA+LNA
  • Чип: nRF24L01+
  • Усилитель PA+LNA: RFX2401C
  • Коэффициент усиления мощности PA: 20 дБ
  • Коэффициент усиления мощности LNA: 12 дБ
• Керамическая антенна: коэффициент усиления сигнала до 2 дБ
• Частотный диапазон ISM: 2,400–2,525 ГГц
• Количество радиоканалов: 126 с шагом 1 МГц
  • Канал №0: 2,400 ГГц
  • Канал №1: 2,401 ГГц
  • Канал №125: 2,525 ГГц
• Время переключения между каналами: 130 мкс
• Радиус действия:
  • в пределах прямой видимости: до 1000 м
  • в условиях города: до 300 м
• Скорость передачи данных: 250 кбит / 1 Мбит / 2 Мбит
• Мощность передатчика:
  • без учёта усилителя PA: -18 / -12 / -6 / 0 дБм
  • c учётом усилителя PA: +2 / +8 / +14 / +20 дБм
• Чувствительность приемника:
  • без учёта усилителя LNA: -82 дБм
  • c учётом усилителя LNA: -94 дБм
• Входное напряжение питания: 5 В
• Напряжение логических уровней: 3,3–5 В
• Потребляемый ток:
  • в режиме ожидания: до 8 мА
  • в режиме передачи данных: до 60 мА
  • в режиме приёма данных: до 120 мА
• Программный интерфейс: SPI с дополнительными пином CE
• Физический интерфейс: Trema-контакты
• Размеры платы: 30×30 мм

Ресурсы

Мы также рекомендуем к чтению ссылки на статьи, документации и другие вспомогательные материалы по приёмопередатчику Piranha nRF24L01+PA+LNA.

Инструкции

• Руководство по использованию nRF24L01+PA+LNA (Trema-модуль)
• Установка и настройка среды Arduino IDE
• Установка библиотек в Arduino IDE

Уроки и примеры

• Сканер ISM диапазона через nRF24L01+.
• Соединение двух Arduino по радиоканалу через nRF24L01+.
• Соединение трёх Arduino по радиоканалу через nRF24L01+.

Документация

• Datasheet на чип nRF24L01+
• Datasheet на усилитель PA+LNA RFX2401C
• Datasheet на стабилизатор напряжения XC6202P332

Библиотеки

• Библиотека RF24 для Arduino и Raspberry Pi