Hướng dẫn Truyền nhận dữ liệu giữa Arduino và Raspberry Pi qua sóng RF sử dụng module nrf24l01

Bởi
Cũng giống như con người, để các thiết bị thông minh hơn thì cần phải giao tiếp với nhau để trao đổi thông tin, dữ liệu. Quá trình truyền nhận dữ liệu này được chia thành hai dạng:

  • Truyền dữ liệu có dây: dùng dây điện để kết nối hai thiết bị lại với nhau. Chúng sẽ truyền và nhận dữ liệu theo một chuẩn giao tiếp mà người lập trình quy định sẵn. Ví dụ: UART, I2C, SPI, CAN, ...
  • Truyền dữ liệu không dây: với cách truyền/nhận này, chúng ta không cần dùng dây điện để nối hai thiết bị, mà chúng vẫn có thể giao tiếp được với nhau. Có rất nhiều cách để làm được điều này, tiêu biểu phải kể đến RF (Radio Frequency), Wifi, Bluetooth, ...

Trong số các phương thức truyền/nhận dữ liệu không dây, RF (Radio Frequency) là một giải pháp với giá thành rẻ, dễ sử dụng và khoảng cách truyền nhận xa. Ở bài viết này, mình sẽ hướng dẫn các bạn cách sử dụng module NRF24L01 để truyền và nhận dữ liệu giữa hai board Arduino và Raspberry Pi.

Danh mục chính trong bài viết



1. Chuẩn bị những linh kiện cần thiết

1.1. Arduino


Board Arduino Uno
Bạn có thể dùng nhiều loại board Arduino, có loại nào dùng loại đó cũng được chứ không nhất thiết phải sử dụng board giống trong bài viết của mình (Arduino Uno). Sau khi đã có board, bạn cần tiến hành cài đặt phần mềm Arduino IDE trên máy tính của mình để lập trình và nạp firmware cho Arduino.

Link download: https://www.arduino.cc/en/Main/Software

1.2. Raspberry Pi

Board Raspberry Pi 3 model B
Phức tạp hơn Arduino, Raspberry Pi là một board máy tính nhúng (nghe tới máy tính là thấy nó giống giống Laptop hay PC của bạn rồi đó). Một máy tính muốn hoạt động được thì đòi hỏi phải có hệ điều hành. Nếu chưa biết cài hệ điều hành cho Raspberry Pi, bạn hãy tham khảo bài viết này của mình nhé https://ratdongian.blogspot.com/2020/06/cai-dat-he-dieu-hanh-va-ket-noi-wifi-cho-raspberry-pi.html

1.3. Module NRF24L01


Module RF NRF24L01

Như đã giới thiệu ở đầu bài viết, để truyền nhận dữ liệu không dây qua sóng RF, mình sẽ sử dụng 02 module NRF24L01 (1 cái kết nối với Arduino, 1 cái kết nối với Raspberry Pi).

2. Kết nối dây với module NRF24L01

2.1. Arduino và NRF24L01


Kết nối Module NRF24L01 với Arduino Uno

Arduino NRF24L01
3V3 VCC
GND GND
8 CE
10 CSN
13 SCK
11 MOSI
12 MISO
Không dùng IRQ

2.2. Raspberry Pi và NRF24L01


Raspberry Pi Pinout
Kết nối module NRF24L01 với Raspberry Pi:
Raspberry Pi NRF24L01
17 (3V3) VCC
25 (GND) GND
18 (GPIO24) CE
24 (GPIO8) CSN
23 (SCLK) SCK
19 (MOSI) MOSI
21 (MISO) MISO
22 (GPIO25) IRQ


3. Lập trình giao tiếp Arduino với module NRF24L01

3.1. Tải và cài đặt thư viện NRF24L01 cho Arduino

Tải thư viện nRF24L01 cho Arduino tại đường dẫn: https://drive.google.com/file/d/18PgMGd3G7hk2UYKbY0DUUDwtw9-uCB7f/view?usp=sharing

Cài đặt thư viện: Sketch >> Include Library >> Add .ZIP Library ...
Thêm thư viện vào arduino IDE

3.2. Sử dụng example

Sau khi cài đặt xong thư viện NRF24L01 cho arduino, chúng ta sẽ tiến hành vào phần ví dụ của thư viện này (Chọn File >> Examples >> RF24 >> GettingStarted).
Mở ví dụ NRF24L01

Trước khi nạp chương trình, bạn hãy kiểm tra lại tên board arduino đang sử dụng và chọn cổng COM để nạp và debug chương trình nhé!


Chọn board, cổng COM

Sau khi nạp chương trình GettingStarted xong, tiến hành mở serial monitor trên Arduino để xem debug thông tin code (Tools >> Serial Monitor). Nếu chương trình in ra được các thông tin như hình dưới thì kết nối giữa module và board Arduino đúng. Nếu không giống, vui lòng xem lại kết nối chân ở mục 2.1.
Nạp và chạy chương trình GettingStarted


4. Lập trình Raspberry Pi giao tiếp với module NRF24L01

4.1. Cho phép tính năng SPI trên Raspberry Pi

Cách 1: Trong terminal, nhập command dưới đây và xóa dấu # trước tại dòng dtparam=spi=on

sudo nano /boot/config.txt
Bật tính năng SPI trên Raspberry Pi

Cách 2: Trong termial, nhập command sau và chọn 5 Interfacing Options >> P4 SPI >> YES
sudo raspi-config
Bật tính năng SPI trên Raspberry Pi

4.2. Lập trình giao tiếp Raspberry Pi với module NRF24L01 sử dụng ngôn ngữ C

Tải file install.sh:
wget http://tmrh20.github.io/RF24Installer/RPi/install.sh

 Cấp quyền cho file install.sh:
chmod +x install.sh

 Chạy file install.sh:
./install.sh

 Vào thư mục chứa example:
cd rf24libs/RF24/examples_linux

 Xem và chỉnh sửa code:
nano gettingstarted.cpp

 Build code:
make

 Chạy code vừa build:
sudo ./gettingstarted
GettingStarted Example

  • Nhập 1 nếu bạn muốn Raspberry Pi truyền dữ liệu cho Arduino.
  • Nhập 0 nếu bạn muốn Raspberry Pi nhận dữ liệu từ Arduino.

4.3. Lập trình giao tiếp Raspberry Pi với module NRF24L01 sử dụng ngôn ngữ nodejs

4.3.1. Cài nodejs trên Raspberry Pi

Xem kiến trúc Linux của board Raspberry Pi bạn đang sử dụng:
uname -m
check uname

Tải file cài đặt nodejs:
wget https://nodejs.org/dist/v12.18.0/node-v12.18.0-linux-armv7l.tar.xz

Giải nén file vừa tải:
tar -xz node-v12.18.0-linux-armv7l.tar.xz

Copy nodejs vào thư mục /usr/local:
sudo cp -R * /usr/local/

Kiểm tra version nodejs vừa cài đặt:
node -v
npm -v

4.3.2. Cài đặt thư viện nRF24L01 nodejs trên Raspberry Pi

Cài thư viện:
npm install nrf24 --save

Vào thư mục example:
cd node_modules/nrf24/examples

Khởi chạy file GettingStarted.js:
sudo node GettingStarted.js

Khởi chạy chương trình GettingStarted.js

  • Nhập s nếu bạn muốn Raspberry Pi truyền dữ liệu cho Arduino.
  • Nhập R nếu bạn muốn Arduino truyền dữ liệu cho Raspberry Pi.

5. Source, cách sử dụng và fix lỗi

Arduino: Link Source code cho Arduino
Raspberry Pi: Link Source code cho Raspberry Pi

6. Tổng kết

Qua bài viết trên, mình đã hướng dẫn các bạn cách thiết lập và sử dụng Raspberry Pi và Arduino giao tiếp với module RF NRF24L01. Với module RF nhỏ gọn, chúng có thể truyền nhận dữ liệu khoảng cách xa 1.8km trong điều kiện lý tưởng. Trong thực tế - môi trường có nhiều vật cản, mình có thể truyền nhận ổn địng trong khoảng 150m.

Địa hình nơi test khoảng cách truyền nhận module NRF24L01


Với sự tài trợ về phần cứng lẫn kinh phí tìm hiểu, Xin chân thành gửi lời cảm ơn anh Phan Sơn đã tài trợ cho bài viết này. Hy vọng trong tương lai, sẽ có nhiều hơn những bạn hỗ trợ mình trong quá trình viết bài chia sẻ cho cộng đồng.

Một số tài liệu tham khảo sử dụng trong bài viết:

Nhận xét

Đăng nhận xét

Bài đăng phổ biến từ blog này

Dòng điện, điện áp 1 chiều và các định luật cơ bản

Bởi
Hình ảnh
1. Cường độ dòng điện Là đại lượng đặc trưng cho độ mạnh yếu của dòng điện hay đặc trưng cho số lượng các điện tích đi qua tiết diện của vật dẫn trong một đơn vị thời gian (ký hiệu là I ). Dòng điện một chiều là dòng chuyển động theo một hướng nhất định từ dương sang âm theo quy ước hay là dòng chuyển động theo một hướng của các điện tích tự do. Đơn vị của cường độ dòng điện là Ampere và có các bội số : Kilo Ampere = 1000 Ampere Mega Ampere = 1000.000 Ampere Mili Ampere = 1/1000 Ampre Micro Ampere = 1/1000.000 Ampere 2. Điện áp Khi mật độ các điện tích tập trung không đều tại hai điểm A và B, nếu ta nối một dây dẫn từ A sang B (hình dưới) sẽ xuất hiện dòng chuyển động của các điện tích từ nơi có mật độ cao sang nơi có mật độ thấp, như vậy người ta gọi hai điểm A và B có chênh lệch về điện áp và áp chênh lệch chính là hiệu điện thế . Điện áp tại điểm A gọi là U(A) . Điện áp tại điểm B gọi là U(B) . Chênh lệch điện áp giữa hai điểm A và B gọi là hiệu điện thế U(AB
Read more »

Dòng điện 1 chiều (DC) là gì ?

Bởi
Hình ảnh
1. Khái niệm DC là viết tắt của Direct Current : Hiểu một cách đơn giản là dòng điện chảy theo một hướng cố định, không hề thay đổi (là dòng chuyển động có hướng của các điện tích ). Cường độ có thể tăng hoặc giảm nhưng không hề thay đổi chiều. Một điện áp DC có giá trị luôn luôn là dương hoặc là âm. Giá trị có thể tăng hoặc giảm nhưng không bị thay đổi giữa dương và âm. Ví dụ: nguồn DC +5V vì lý do gì đó bị giảm giá trị xuống 3V hoặc 1V nhưng không thể là -1V (lý do: chạm chập 2 cực âm và dương, sụt áp, ...) Gợn sóng dòng điện DC Các mạch điện thường yêu cầu một nguồn cung cấp DC có giá trị không đổi hoặc là tín hiệu DC có một chút gợn sóng như hình trên. Các bộ nguồn/pin/ắc quy thì cung cấp điện áp DC không đổi, là sự chọn lựa tốt cho các mạch điện của chúng ta. Nguyên tắc chung của các bộ nguồn này là chuyển đổi điện áp AC ngõ vào lớn thành một điện áp AC có biên độ nhỏ hơn. Tiếp đó thì sử dụng cầu diode để chuyển đổi AC thành DC kết hợp với các tụ lọc nhiễu để tạo
Read more »

Các cách mắc điện trở

Bởi
Hình ảnh
Có 3 cách mắc điện trở : - Mắc nối tiếp - Mắc song song - Mắc hỗn hợp trong đó, mắc nối tiếp và mắc song song là 2 cách mắc phổ biến, thường được dùng nhiều nhất. 1. Mắc nối tiếp Điện trở tương đương : R = R1 + R2. Nếu mắc nhiều điện trở nổi tiếp thì: R = R1 + R2 + ... + Rn. Cường độ dòng điện có giá trị như nhau tại mọi điểm: I=I¹=I² Hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch bằng tổng các hiệu điện thế trên mỗi đèn:U=U¹+U² 2. Mắc song song Cách mắc điện trở song song. Công thức tính điện trở tương đương :  Cường độ dòng điện :  chạy qua mạch chính bằng tổng cường độ dòng điện chạy qua các mạch rẽ:  I=I¹+ I² Hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch song song bằng hiệu diện thế giữa hai đầu mỗi đoạn mạch rẽ:  U=U¹=U². 3. Mắc hỗn hợp Cách mắc điện trở hỗn hợp Điện trở tương đương của hệ này là: R = R1 + (R2 x R3) / (R2 + R3).
Read more »

Dòng điện xoay chiều

Bởi
Hình ảnh
1. Khái niệm về dòng điện xoay chiều a. Giới thiệu chung Dòng điện xoay chiều viết tắt là AC - Alternating Current . Nghĩa là chiều của dòng điện trong mạch luôn luôn thay đổi theo thời gian. Khác với dòng điện DC (Direct Current) - dòng chảy trong mạch chỉ theo một chiều nhất định. Dòng điện đang được sử dụng trong nhà chúng ta là AC, có điện áp hiệu dụng là 220V. Thông thường, dây điện khi kéo từ nhà máy điện đến nhà thường có 2 dây dẫn. Ở Việt Nam, hai dây dẫn này thường gọi là dây nóng (hay dây pha) và dây nguội (hay còn gọi là dây trung tính). + Dây nóng : có ký hiệu chuẩn là P hoặc L, là dây luôn luôn có điện và chiều dòng điện luôn luôn thay đổi theo thời gian. Biểu đồ bên dưới mô tả sự thay đổi điện áp này: Ta sẽ thấy điện áp trên dây nóng liên tục giảm từ giá trị dương (V+), trở về giá trị âm (V-) trong một khoảng thời gian rất ngắn. + Dây nguội : hay còn gọi là dây trung tính, ký hiệu là N, là dây không có điện và đã được nối đất tại nhà máy phát điện.
Read more »

Biến áp, Triết áp, Phân loại điện trở

Bởi
Hình ảnh
1. Phân loại điện trở Điện trở gồm có 3 loại : - Điện trở thường : Điện trở thường là các điện trở có công xuất nhỏ từ 0,125W đến 0,5W - Điện trở công suất : Là các điện trở có công xuất lớn hơn từ 1W, 2W, 5W, 10W. - Điện trở sứ, điện trở nhiệt : Là cách gọi khác của các điện trở công suất , điện trở này có vỏ bọc sứ, khi hoạt động chúng toả nhiệt. Các điện trở 2W - 1W - 0.5W - 0.25W Điện trở sứ hay nhiệt 2. Công suất của điện trở Khi mắc điện trở vào một đoạn mạch, bản thân điện trở tiêu thụ một công xuất P tính được theo công thức : P = U . I = U2 / R = I2.R Theo công thức trên ta thấy, công xuất tiêu thụ của điện trở phụ thuộc vào dòng điện đi qua điện trở hoặc phụ thuộc vào điện áp trên hai đầu điện trở. Công xuất tiêu thụ của điện trở là hoàn toàn tính được trước khi lắp điện trở vào mạch. Nếu đem một điện trở có công xuất danh định nhỏ hơn công xuất nó sẽ tiêu thụ thì điện trở sẽ bị cháy. Thông thường người ta lắp điện trở vào mạch có công xuất danh
Read more »