Análisis de la comunicación de radio frecuencia con módulos nRF24L01

Abstract

Cuando se busca implementar soluciones de comunicación inalámbrica de IoT (Internet of Things, Internet de las Cosas), tales como sistemas de riego inalámbrico, soluciones de domótica, hay varias opciones por elegir. Las mismas varían en costo, eficiencia y dificultad en su implementación. Hay varios tecnologías inalámbricas que han expandido su implementación en las últimas décadas, tal es el caso de Bluetooth, Wi-Fi y ZigBee. Gracias a dichas tecnologías podemos encontrar artefactos hogareños e industrials, algunos ejemplos incluyen el hornos microondas, routers Wi-fi, teclado inalámbrico, mouse inalámbrico, controles remotos de variada índole, entre otros. Con el acceso a software libre y gratuito al igual que comunidades abiertas de desarrollo de librerías aplicadas a las comunicaciones, se vuelve más accesible realizar implementaciones de comunicaciones inalámbricas. Este trabajo integrador se enfoca en la comunicación de radio frecuencia con un estudio específico del módulo nRF24L01. Es importante una caracterización general de este sistema y módulo de comunicaciones, que está entre los de menor costo y con presencia/disponibilidad en el mercado desde hace varios años. Con el objetivo de llevar a cabo esta caracterización general, evaluar y comprender su funcionamiento se diseñaron diferentes experimentos, que nos permitieron identificar características de dicho módulo. En resume, este trabajo busca identificar y encontrar valores para métricas básicas tales como tiempos de comunicaciones, pérdida de datos, entre otros componentes. Por otro lado, se busca sentar las bases y obtener experiencia para luego proponer e implementar una biblioteca de comunicaciones simple pero completa y confiable para transferencias de datos basadas en nRF24L01.

When looking to implement wireless communication in the space of IoT (Internet of Things), such as smart irrigation systems and home automation, we are faced with multiple communication options. These vary in cost, efficiency and difficulty in its implementation. Wireless technologies such as Bluetooth, Wi-Fi and ZigBee have expanded its adoptions in the last decades. This expansion has been seen both in home and industrial/manufacturing settings which has adopted communications in the ISM band (industrial, scientific and medical) 2.4 GHz. Examples of everyday artifacts include microwave ovens, Wi-Fi routers, wireless keyboard and mouse, entertainment remote controls, amongst others. The development and access of open source software that are built specifically for telecommunications and wireless protocols has lead to the flourish and adoption of wireless communications solutions. The study presented in this document is focused on nRF24L01, a single chip radio transceiver for the world wide 2.4 - 2.5 GHz ISM band. Given its low cost and significant presence in the market, the nRF24L01 has gained reputation amongst wireless adopters. The focus of the study is to evaluate and understand the characteristics and operational function/restrictions of the nRF24L01 chipset. Through experiments carried out in the field, results have been captured that look to identify the basic parameters supported by this module, such as communication efficiency, number of message dropped, amongst others. The overarching goal is to set the base to later expand on building a robust open source library that allows for a complete and trustworthy implementation of communication when using nRF24L01.