订阅趣无尽微信公众号

树莓派与Arduino间的通信实践

最近需要在Arduino之间,以及Arduino和上位机(树莓派)之间传输数据,
原有APC220设备虽然可用,使用也方便,但成本太高,不容易批量,遂寻求其他方案。

一、方案选择

根据搜索的结果和前人经验,有如下几种可行方案:

  • nRF24L01+(RF)
  • ESP8266(WIFI)
  • XBee (ZigBee)
  • ENC28J60(LAN)
  • W5100,W5500(LAN)

其中,Xbee为最优选,但成本太高。
LAN方案不方便,WIFI方案功耗高,蓝牙方案传输距离短,
故考虑RF方案,成本和效果平衡较好。
nRF24L01+价格便宜(5块左右,做工好带天线的15左右),编程简单,
且存在能同时支持树莓派、Arduino、Linux的RF24库。
Git连接为:https://github.com/TMRh20/RF24.git

便宜的(做工一般的)nRF24L01开发板:

二、接线

1、nRF24L01+引脚图

– 1:地
– 2:3.3V(切不可接5V,烧片)
– 3:CE(RF读写控制引脚)
– 4:CSN(选片引脚)
– 5:SCK(SPI时钟)
– 6:MOSI(SPI主出从入)
– 7:MISO(SPI主入从出)
– 8:IRQ(外部中断)

2、接线方法

编号 nRF24L01 Arduino Mega Arduino UNO Rpi(物理管脚)
1 GND 9
2 VCC 1
3 CE 7(可自定义) 7(可自定义) 15(GPIO22)
4 CSN 8(可自定义) 8(可自定义) 24(SPI0CS1)
5 SCK 52 13 23
6 MOSI 51 11 19
7 MISO 53 12 21
8 IRQ

接线示意图:
Arduino UNO

Arduino Mega

RaspberryPi3

三、代码 & 运行

RF24库中自带的GettingStarted例子非常方便,其代码包含发送端和接收端两种类型,
默认为接受模式,输入T时切换为发送,输入R则切为接受模式,并有简单的超时判断。
为了易于理解,可简单修正代码,让接收端返回一自增数字。

1、 Arduino
1)RF24库安装
https://github.com/TMRh20/RF24.git下载RF24后,
将其复制到Arduino安装目录下的libraries目录下,启动ArduinoIDE后,从例子中选择RF24->GettingStarted。

2)代码修改
发送端不必修改,直接编译上传即可。(注意UNO和Mega的选择和串口选择)
接收端将代码中的radioNumber从默认的0修改为1。如下:

bool radioNumber = 0; (自身为2Node,发送给1Node)
  ->
bool radioNumber = 1;(自身为1Node,发送给2Node)

简言之,1Node为接收端,2Node为发送端。
建议:原代码中的got_time不易观察理解,
可将接收端中的got_time发送前赋值为一静态可增计数值。

3)运行
发送端启动后,输入T,使其进入发送模式。
接受端启动即可,无需输入R。(默认为R接收模式)
如上述配置接线正常,可在Serial Monitor中看到发送方和接收方的输出,大致如下:
发送方图(静态自增变量):

2、 树莓派(RaspberryPi)
本文中使用的树莓派为 16年新发布的RPi3 B型,其管脚如下:

1)RF库安装
将RF24库复制到树莓派(或通过git直接获取)。进入RF24目录后执行如下命令,进行编译和安装(选择SPI方式)

./configure --driver=SPIDEV
sudo make install -B

2) 修改系统配置

修改/etc/modprobe.d/raspi-blacklist.conf,如果其中存在
blacklist spi-bcm2708,将其注释。

修改/etc/modules文件,在其中追加一行,开启SPI。
spidev

reboot重启树莓派后,/dev下会新增spidev0.0和spidev0.1两个设备文件。

3)代码修改
修改RF24/example_linux/GettingStarted.cpp文件,
同上面的Arduino一样,发送端不必修改,
接收端将radioNumber从默认的0修改为1,并建议吧回送的时戳数据改为自增数字。
在当前目录下执行make后,生成GettingStarted的二进制文件。

4)运行
使用sudo ./ GettingStarted执行,并输入0进入接收模式。
如Arduino的发送端配置、运行正常,则正常发送回应包。大致如下(自增变量版):

四、注意&体会

便宜版本的nRF24L01效果一般,很容易受到干扰。带天线的会好些,真做项目不可图便宜。
接线要准确,SPI要理解下原理。CE、CSN其实是可以任意指定的,只是要修改下RF24的初始化代码。

五、RH24例子代码简单说明

以下是RH24(TMRh20)自带的Arduino例子,简单说明一下,
树莓派上为C语言实现的版本,变量、语法略有区别,但逻辑是基本一致的。

  • 变量定义
bool radioNumber = 1;  // RF节点名称决定Flag

/* Hardware configuration: Set up nRF24L01 radio on SPI bus plus pins 7 & 8 */
// 指定CE用GPIO7,CSN用GPIO8,需要和接线一致
// 如接线不采用7,8,代码这里需要修改。
RF24 radio(7, 8); 

byte addresses[][6] = {"1Node", "2Node"}; // 两个节点名

bool role = 0; // 发送&接收模式Flag
  • 初始化函数
void setup() {
  Serial.begin(115200);
  Serial.println(F("RF24/examples/GettingStarted"));
  Serial.println(F("*** PRESS 'T' to begin transmitting to the other node"));

  radio.begin();
  radio.setPALevel(RF24_PA_LOW);

  // 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]);
  }

  // 默认为监听模式,开始监听
  radio.startListening();
}
  • 执行逻辑
void loop() {

/****************** Ping Out Role ***************************/  
  if (role == 1)  { // 发送模式

    radio.stopListening();  // 发送数据前要停止监听
    Serial.println(F("Now sending"));

    unsigned long start_time = micros(); // 待发送的时戳

    // RF24内部会自动处理payload和发送数据不等长的问题
    if (!radio.write( &start_time, sizeof(unsigned long) )){ // 发送数据
       Serial.println(F("failed"));
     }

    radio.startListening(); // 数据发送完,需要监听回应数据的到来

    unsigned long started_waiting_at = micros(); 
    boolean timeout = false; 

    while ( ! radio.available() ){  // 超时判断
      if (micros() - started_waiting_at > 200000 ){ 
          timeout = true;
          break;
      }      
    }

    if ( timeout ){  
        Serial.println(F("Failed, response timed out."));

    }else{ // 读数据并显示数据和间隔时间
        unsigned long got_time;  
        radio.read( &got_time, sizeof(unsigned long) );
        unsigned long end_time = micros();

        // Spew it
        Serial.print(F("Sent "));
        Serial.print(start_time);
        Serial.print(F(", Got response "));
        Serial.print(got_time);
        Serial.print(F(", Round-trip delay "));
        Serial.print(end_time-start_time);
        Serial.println(F(" microseconds"));
    }

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

/****************** Pong Back Role ***************************/
if ( role == 0 )  { // 接收模式
    static long count = 1;  // 自增计数
    unsigned long got_time = 0;

    if( radio.available()){

      while (radio.available()) { // 读数据
        radio.read( &got_time, sizeof(unsigned long) ); 
      }

      got_time = count++;  // 为便于理解,回送自增计数值
      radio.stopListening(); 
      radio.write( &got_time, sizeof(unsigned long) ); // 写回应
      radio.startListening(); 
      Serial.print(F("Sent response "));
      Serial.println(got_time);  
   }
 }

/****************** Change Roles via Serial Commands ***************************/
if ( Serial.available() )  { // 发送&接收模式通过串口决定
    char c = toupper(Serial.read());
    if ( c == 'T' && role == 0 ){  // 发送模式
      Serial.println(F("*** CHANGING TO TRANSMIT ROLE -- PRESS 'R' TO SWITCH BACK"));
      role = 1;  

   }else
    if ( c == 'R' && role == 1 ){  //接受模式
      Serial.println(F("*** CHANGING TO RECEIVE ROLE -- PRESS 'T' TO SWITCH BACK"));      
       role = 0; 
       radio.startListening();    
    }
  }

} // Loop

五、参考URL

详细参考(英语):
http://arduino-info.wikispaces.com/Nrf24L01-2.4GHz-HowTo

其他人的成功经验:
http://www.cnblogs.com/hangxin1940/archive/2013/05/01/3053467.html
http://www.cnblogs.com/hangxin1940/archive/2013/05/01/3048315.html
注意:其所使用的RF24库并不相同

转载自 http://blog.csdn.net/ydogg/article/details/53307365

本文来自:树莓派实验室
链接地址:http://shumeipai.nxez.com/2017/03/20/communication-between-arduino-and-raspberry-pi.html

1 Response

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注