Einführung in das Modulprinzip nRF24L01/nRF24L01+

Das nRF24L01-Modul bietet eine sehr effiziente und kostengünstige Art der Kommunikation. Das nRF24l01-Modul ist eigentlich ein Funk-Transceiver-Modul, das auf der 2,4-GHz-Frequenz arbeitet. Dieses Modul verfügt über die Fähigkeit, Daten gleichzeitig zu senden und zu empfangen und kann in verschiedenen IOT-Projekten zum Aufbau drahtloser Verbindungen eingesetzt werden. Es ist zwar ein sehr kleines Modul, aber seine Funktionalität ist erstaunlich.

nRF24L01/nRF24L01+ Module

Der nRF24L01 ist ein drahtloser Single-Chip-Transceiver-Chip von Nordic Semiconductor. Sein Funkfrequenzband liegt zwischen 2,4 GHz und 2,5 GHz. Dieses Frequenzband gehört auch zu den bereits erwähnten lizenzfreien ISM-Frequenzen (Industrial, Scientific and Medical). Frequenzband. Das um diesen Chip herum entwickelte Modul ist unser gemeinsames nRF24L01-Modul. Es gibt viele Arten solcher Module, wie z. B. das Modul nRF24L01, das Modul nRF24L01+ und das Modul nRF24L01+ PA/LNA.

Sie sind tatsächlich ähnlich, nRF24L01+  ist eine aktualisierte Version des nRF24L01-Chips. nRF24L01 unterstützt nur Übertragungsraten von 1 Mbit/s und 2 Mbit/s, während nRF24L01+ auch Übertragungsraten von 250 Kbit/s unterstützt. Das nRF24L01+ PA/LNA-Modul ist ein externes Antennensignalmodul, das eine Transceiver-Verstärkung auf Basis des nRF24L01+-Moduls integriert, wodurch die Übertragungsentfernung des Moduls erhöht wird. In einer offenen Umgebung beträgt die maximale Übertragungsentfernung des nRF24L01/nRF24L01+-Moduls mit der integrierten PCB-Antenne nur 100 Meter, während das PA/LNA-Modul 1000 Meter erreichen kann.

So funktionieren die Module nRF24L01/nRF24L01+

Das Modul nRF24L01/nRF24L01+ sendet und empfängt auf einer bestimmten Frequenz, die als Kanal bezeichnet wird. Ein oder mehrere Module müssen auf derselben Frequenz miteinander kommunizieren. Diese Frequenz muss also bei einer beliebigen Frequenz zwischen 2,4 GHz und 2,5 GHz liegen, genauer gesagt sollte sie zwischen 2400 MHz und 2525 MHz liegen. Da die von jeder Frequenz belegte Kanalbandbreite (Bandbreite) höchstens 1 MHz beträgt, können im gleichen Bereich bei einer Bandbreite von 1 MHz theoretisch 125 unabhängige Frequenzen verwendet werden.

Das Modul nRF24L01/nRF24L01+ bietet eine native Multi-Sende- und eine Empfangsfunktion, d. h. mehrere Sender können an einen Empfänger senden, die maximale Anzahl der Sender beträgt jedoch 6. Jeder physische Kanal (Kanal) ist in 6 logische Softwaredaten unterteilt Pipes (Data Pipes), jede Datenpipe hat ihre eigene Konfigurationsadresse.

Das nRF24L01/nRF24L01+-Modul in der Mitte kann gleichzeitig Nachrichten von anderen 6 nRF24L01/nRF24L01+-Modulen empfangen und kann auch jederzeit den Empfang beenden und zu einem Sendemodul werden, um Nachrichten an andere Module zu senden, aber der Sendevorgang kann nicht gleichzeitig erfolgen, sondern nur einer Datenpipeline gleichzeitig.

Erweitertes ShockBurst-Protokoll

Wenn das Modul nRF24L01/nRF24L01+ kommuniziert, folgen die Kommunikationsinformationen einem bestimmten Format, dem ShockBurst-Protokoll. Das ursprüngliche ShockBurst-Protokollformat enthält nur die Felder Präambel, Adresse, Nutzlast und CRC.

Nach nRF24L01+ wird das ShockBurst-Protokoll auf ein erweitertes ShockBurst-Protokoll aktualisiert. Feld „Paketkontrolle“ hinzugefügt. Das Hinzufügen des Felds „Paketkontrolle“ bietet folgende Vorteile:

1. Die Länge des Payload-Felds kann im Paketsteuerungsfeld beschrieben werden, und die Länge der einzelnen Paketdaten kann beschrieben werden.

2. Das ID-Tag des Pakets, also die Paket-ID, wird zum PacketControl-Feld hinzugefügt, was für die Nachbearbeitung von Daten praktisch ist.

3. Es kann festgelegt werden, ob ein Bestätigungszeichen (ACK) zurückgegeben werden soll, um zu bestätigen, ob das gesendete Datenpaket empfangen wurde.

Wenn zwei nRF24L01/ nRF24L01+-Module kommunizieren, sendet der Sender Paketdaten mit dem erweiterten ShockBurst-Protokoll an den Empfänger und antwortet nach dem Empfang des Pakets mit einem Bestätigungszeichen (ACK) an den Sender, sodass ein normaler Sendevorgang abgeschlossen ist .

Natürlich gibt es in diesem Prozess manchmal noch zwei weitere Situationen:

1. Wenn das Datenpaket während der Übertragung verloren geht, sendet der Empfänger kein ACK zurück, wenn es nicht empfangen wird, und der Absender sendet es nach einer gewissen Zeit erneut, ohne auf das ACK zu warten.

2. Wenn das Datenpaket gesendet wird, sendet der Empfänger eine Bestätigung an den Absender zurück, die Bestätigung geht jedoch verloren. Ebenso wartet der Absender nicht darauf, dass die Bestätigung nach einer gewissen Zeit erneut gesendet wird.