NRF24L01 无线通信（一、理论篇）

一、NRF24L01 简介

NRF24L01 是一款 2.4GHz 的无线收发芯片，工作在 2.4~2.5GHz 世界通用 ISM 频段的单片无线收发器芯片。特点：

1.1 工作频段

频率范围：2.400 GHz ~ 2.525 GHz（ISM 免授权频段）
频率通道：共 125 个通道，每个通道间隔 1 MHz

频率(MHz) = 2400 + Channel
例如：
    通道 0 → 2.400 GHz
    通道 1 → 2.401 GHz
    通道 76 → 2.476 GHz（最常用的默认通道）
    …
    通道 124 → 2.524 GHz

寄存器章节 → “RF_CH – RF Channel”，Reset value: 0x4C

RF_CH寄存器的bit6~bit0（即RF_CH[6:0]）用于配置nRF24L01+的工作频率频道，寄存器默认值为0x4C（十进制76），对应工作频率2.476 GHz。

相关参数可参考官方手册：nRF24L01P_Product_Specification_v1_0.pdf

1.2 数据速率

nRF24L01 在空中无线传输数据的速度，就像网速一样，决定了一秒钟最多发多少位（bit）、传输一个包需要多少时间、传输距离和抗干扰能力

速率越低，每一位的数据在空中“停留时间越长”，接收端更容易分辨出来。

nRF24L01 支持三种空中数据速率（RF 数据速率）：

250 kbps（传输速率最慢、用于远距离通信或更强的抗干扰能力）
1 Mbps（默认、稳定性最好）
2 Mbps （传输速率最快，但距离最短、对干扰敏感）

注意与UART 波特率区分开来，nRF24L01 不支持任意速率，它不是串口模块。

提示：速率越高，通信距离可能越短

• 250 kbps 模式下，通信距离最长且抗干扰能力最好
• 2 Mbps 模式下，数据传输最快，但对障碍物和干扰敏感

//只能选这三种无线速率，没有第四种。
radio.setDataRate(RF24_250KBPS);
// 或
radio.setDataRate(RF24_1MBPS);
// 或
radio.setDataRate(RF24_2MBPS);

1.3 发射功率

nRF24L01 提供四档可调发射功率：

0 dBm（最大功率）
-6 dBm
-12 dBm
-18 dBm（最低功率，最省电）

功率越大，通信距离越远，但耗电也越高。

// 设置发射功率
  // RF24_PA_MIN        = -18 dBm
  // RF24_PA_LOW        = -12 dBm
  // RF24_PA_HIGH       = -6 dBm
  // RF24_PA_MAX        = 0 dBm
  radio.setPALevel(RF24_PA_MAX);   // 设置为 0 dBm 最大功率

二、nRF24L01+ 的基本通信概念

①频段/通道（Frequency Channel）

（类比对讲机频率，比如 462.5625 MHz）

• nRF24L01+ 工作在 2.4 GHz ISM 频段。

• 可选择 0~125 的 信道编号，每个信道对应不同的中心频率：

  频率(MHz) = 2400 + Channel

  // RF24 库官方示例
  radio.setChannel(76);     // RF 通道
  //76 → 2476MHz（不与 WiFi 直冲）
  //2476MHz经验值,避免干扰、通信稳定性更好
  //不手动设置，RF24 库会使用芯片默认值：
  //通道 = 2 （2.402GHz）在 WiFi 环境里可能容易受到干扰。

• 作用：决定无线信号在空中的“频道”，不同频道之间相互干扰小。

• 注意：不同频道的设备 不能直接通信。

②地址（Address） ↔ 对讲机的呼号或小组码( CTCSS/DCS)

• 每个收发器都有一个 接收地址 RX_ADDR（发射器用 TX_ADDR）

• 地址长度 3~5 字节，可区分多个节点

• 作用：同一频道内，收发器通过地址区分谁能接收这条数据

• 地址和频道是 互相独立的，即：

  频道决定频率,地址决定接收目标

③ 地址（Address）和 6 个管道接收数据管道（RX Data Pipe）

• nRF24L01+ 有 6 个接收管道（PIPE0 ~ PIPE5）
• 每个管道可以配置一个不同的 地址
• PIPE0 特殊：
  • 通常用于自动应答（ACK）
  • 可以绑定发射器的 TX_ADDR，实现可靠通信
• PIPE1~PIPE5 可以配置不同地址
• 所以理论上，一个接收器最多可以同时监听 6 个不同地址 的发射器数据

每个管道的特点：

注意：

所有发射器必须 **在同一 Channel**

每个发射器必须有 **唯一地址** 对应接收器的管道

nRF24L01+ **一次只能接收一个数据包**，但硬件会快速轮询各个管道

如果多个发射器几乎同时发送，可能出现冲突，需要软件处理重发机制

总结

三、几种通信模式

①多接收器模式

假设有 一个发射器 + 多个接收器：

• 单发射器广播给多个接收器
  • 发射器设置一个 TX_ADDR
  • 每个接收器设置 相同的 RX_ADDR
  • 所有接收器在 相同频道
  • 优点：简单广播
  • 缺点：没有确认机制，每个接收器独立接收，无法保证所有接收器都收到
• 单发射器定向发给多个接收器
  • 发射器根据目标接收器切换 TX_ADDR
  • 每个接收器有自己 RX_ADDR
  • 可以利用 自动应答/ACK 来保证可靠传输
  • 优点：可靠性高
  • 缺点：需要发射器管理不同目标的地址

②多发射器 + 单接收器特点

接收器可以启用 6 个接收管道（PIPE0~PIPE5）

• 每个管道可以有不同的地址
• 接收器只需一个频道就能接收来自多个发射器的数据

优点：单接收器可以监听多个发射器

注意：

• 所有发射器必须 同一频道
• 地址必须不同，否则接收器无法区分