כיצד לממשק מודול rfm69hcw rf עם ארדואינו לתקשורת אלחוטית

כשמדובר במתן יכולות אלחוטיות לפרויקטים שלך, משדר המקלט 433Mhz ASK והמקלט הוא בחירה נפוצה בקרב מהנדסים, מפתחים וחובבים בגלל מחירו הנמוך, ספריות נוחות לשימוש ותמיכתו בקהילה. בנינו גם כמה פרויקטים כמו אוטומציה ביתית מבוקרת RF ופעמון דלת אלחוטי באמצעות מודול RF זה 433 מגה-הרץ. אך לעיתים קרובות משדר ומקלט היברידי של ASK פשוט לא מספיק, זה טווח נמוך ואופי תקשורת חד כיווני הופך אותו לא מתאים ליישומים רבים.

כדי לפתור את הבעיה המתרחשת כל העת, המפתחים ב- HopeRF תכננו מודול RF חדש ומגניב בשם RFM69HCW. במדריך זה נלמד על מודול RF RFM69HCW ויתרונותיו. ראשית, אנו נכין PCB תוצרת בית עבור RFM69HCW ואז נתממשק RFM69HCW עם Arduino כדי לבדוק את פעולתו כך שתוכל להשתמש בו בפרויקטים על פי בחירתך. אז בואו נתחיל.

RFM69HCW מודול RF

RFM69HCW הוא מודול רדיו קל לשימוש זול הפועל ברצועת ISM (תעשיה, מדע ורפואה) ללא רישיון בדומה למודול RF nRF24L01 בו השתמשנו בפרויקטים קודמים. ניתן להשתמש בו כדי לתקשר בין שני מודולים או יכול להיות מוגדר כרשת Mesh כדי לתקשר בין מאות מודולים ההופכים אותו לבחירה מושלמת לבניית רשתות אלחוטיות קצרות טווח אלחוטי לחיישנים המשמשים לאוטומציה ביתית ופרויקטים אחרים של רכישת נתונים.

תכונות של RFM69HCW:

• +20 dBm - 100 mW יכולת פלט כוח
• רגישות גבוהה: עד -120 dBm ב -1.2 kbps
• זרם נמוך: Rx = 16 mA, שימור רישום 100nA
• Pout לתכנות: -18 עד +20 dBm בצעדים של 1dB
• ביצועי RF קבועים בטווח מתח של מודול
• FSK, GFSK, MSK, GMSK ו- OOK
• סנכרון ביט מובנה המבצע שחזור שעון
• 115 dB + טווח דינמי RSSI
• Sense RF אוטומטי עם AFC מהיר במיוחד
• מנוע חבילות עם CRC-16, AES-128, 66 בתים FIFO חיישן טמפרטורה מובנה
• תקציב קישור גבוה
• עלות נמוכה מאוד

RFM69HCW

תדירות

ה- RFM69HCW מתוכנן לעבוד בלהקת ISM (תעשייה, מדע ורפואה), קבוצה של תדרי רדיו ללא רישיון למכשירים בעלי הספק נמוך וטווח קצר. תדרים שונים הם חוקיים באזורים שונים ולכן לכן יש למודול גרסאות רבות ושונות 315,433,868 ו- 915MHz. כל הפרמטרים העיקריים לתקשורת RF ניתנים לתכנות ורובם ניתנים להגדרה דינמית, כמו כן ה- RFM69HCW מציע את היתרון הייחודי של מצבי תקשורת עם פס רחב ופס רחב.

הערה: בגלל ההספק הנמוך יחסית והטווח הקצר שלו, הטמעה של מודול זה בפרויקט קטן לא תהיה בעיה, אך אם אתה חושב לייצר ממנו מוצר, ודא שאתה משתמש בתדר הנכון עבור המיקום שלך.

טווח

כדי להבין את הטווח טוב יותר עלינו להתמודד עם נושא די מורכב שנקרא תקציב קישור RF. אז מהו תקציב הקישור הזה ולמה הוא כל כך חשוב? תקציב הקישור הוא כמו כל תקציב אחר, משהו שיש לך בהתחלה ושאותו אתה מוציא לאורך זמן אם התקציב שלך נוצל אתה לא יכול להוציא יותר.

תקציב הקישור קשור גם לקישור או לחיבור בין השולח למקלט, הוא מתמלא בכוח השידור של השולח ורגישות המקלט והוא מחושב בדציבלים או dB הוא גם תדר- תלוי. תקציב הקישור מנוכה על ידי כל מיני מכשולים ורעש בין השולח למקלט כמו כבלי מרחק קירות עצים בניינים אם תקציב הקישור מנוצל, המקלט רק יוצר רעש ביציאה ולא נקבל שום אות שמיש. על פי גיליון הנתונים של ה- RFM69HCW , יש לו תקציב קישור של 140 dB לעומת 105 dB של משדר היברידי ASK אך מה זה אומר האם זה הבדל חשוב? למרבה המזל, אנו מוצאיםמחשבי תקציב רדיו קישור מקוונים אז בואו נעשה כמה חישובים כדי להבין את הנושא טוב יותר. ראשית, נניח שיש לנו קו ראייה בין השולח למקלט והכל מושלם מכיוון שאנו יודעים שהתקציב שלנו עבור RFM69HCW הוא 140 dB, אז בואו נבדוק את המרחק התיאורטי הגדול ביותר שנוכל לתקשר, הגדרנו הכל לאפס ואת המרחק. ל- 500KM, תדר ל- 433MHz ואנחנו מקבלים הספק מתקבל אופקי של 139.2 dBm

עכשיו, הגדרתי את הכל לאפס ואת המרחק לתדר 9 ק"מ ל 433 מגה הרץ ואנחנו מקבלים עוצמה מתקבלת אופקית של 104.3 dBm

אז עם ההשוואה לעיל, אני חושב שכולנו יכולים להסכים שמודול ה- RFM69 טוב בהרבה מהמשדר ההיברידי של ASK ומודול מקלט.

האנטנה

זְהִירוּת! חיבור אנטנה למודול הוא חובה מכיוון שבלעדיה המודול יכול להיפגע מכוחו המשתקף משלו.

יצירת אנטנה אינה קשה ככל שהיא נשמעת. ניתן להכין את האנטנה הפשוטה רק מחוט 22SWG חד-גדילי. הגל של תדר יכול להיות מחושב על ידי הנוסחה v / f , שבו נ היא המהירות של העברת ו F הוא תדר השידור (בממוצע). באוויר, v שווה ל- c , מהירות האור, שהיא 299.792.458 m / s. אורך הגל של רצועת 433 MHz הוא אם כן 299.792.458 / 433.000.000 = 34,54 ס"מ. מחציתם 17,27 ס"מ ורבע 8,63 ס"מ.

עבור הלהקה 433 MHz אורך הגל הוא 299.792.458 / 433.000.000 = 69,24 ס"מ. מחציתם 34,62 ס"מ ורבע 17,31 ס"מ. אז מהנוסחה שלעיל אנו יכולים לראות את תהליך חישוב אורך חוט האנטנה.

דרישת חשמל

ל- RFM69HCW מתח הפעלה בין 1.8V ל- 3.6V ויכול למשוך עד 130mA זרם כאשר הוא משדר. להלן בטבלה, אנו יכולים לראות בבירור את צריכת החשמל של המודול בתנאים שונים

אזהרה: אם הארדואינו שבחרת משתמש ברמות לוגיות של 5 וולט כדי לתקשר עם ציוד ההיקפי שחיבור המודול ישירות לארדואינו יפגע במודול.

סֵמֶל	תיאור	תנאים	דקה	טיפ	מקסימום	יחידה
IDDSL	זרם במצב שינה		-	0.1	1	uA
IDDIDLE	זרם במצב סרק	מתנד RC מופעל	-	1.2	-	uA
IDDST	זרם במצב המתנה	מתנד קריסטל מופעל	-	1.25	1.5	uA
IDDFS	הנוכחי בסינתיסייזר מצב		-	9	-	uA
IDDR	הנוכחי במצב קבלה		-	16	-	uA
IDDT	ספק זרם במצב שידור עם התאמה מתאימה, יציב בטווח VDD	RFOP = +20 dBm, ב- PA_BOOST RFOP = +17 dBm, ב- PA_BOOST RFOP = +13 dBm, על סיכת RFIO RFOP = +10 dBm, על סיכת RFIO RFOP = 0 dBm, על סיכת RFIO RFOP = -1 dBm, על סיכת RFIO	- - - - - -	130 95 45 33 20 16	- - - - - -	אִמָא אִמָא אִמָא אִמָא אִמָא

במדריך זה נשתמש בשני ארדואינו ננו ושני ממירים ברמת לוגיקה כדי לתקשר עם המודול. אנו משתמשים ב- Arduino ננו מכיוון שהווסת הפנימי המובנה יכול לנהל את זרם השיא ביעילות רבה. תרשים ה- Fritzing בסעיף החומרה שלהלן יסביר לכם את זה בצורה ברורה יותר.

הערה: אם ספק הכוח שלך לא יכול לספק זרם שיא של 130mA, ה- Arduino שלך עשוי לאתחל מחדש או גרוע מכך שהמודול לא מצליח לתקשר כראוי, במצב זה קבל בעל ערך גדול עם ESR נמוך יכול לשפר את המצב

סיכות ותיאור של מודול RFM69

תווית	פוּנקצִיָה	פוּנקצִיָה	תווית
נְמָלָה	פלט / קלט אות RF.	קרקע כוח	GND
GND	קרקע אנטנה (זהה לקרקע כוח)	קלט / פלט דיגיטלי, תוכנה מוגדרת	DIO5
DIO3	קלט / פלט דיגיטלי, תוכנה מוגדרת	אפס את קלט ההדק	RST
DIO4	קלט / פלט דיגיטלי, תוכנה מוגדרת	קלט לבחירת שבב SPI	NSS
3.3 וולט	אספקת 3.3 וולט (לפחות 130 מיליאמפר)	קלט שעון SPI	SCK
DIO0	קלט / פלט דיגיטלי, תוכנה מוגדרת	קלט נתונים SPI	MOSI
DIO1	קלט / פלט דיגיטלי, תוכנה מוגדרת	פלט נתונים SPI	מיסו
DIO2	קלט / פלט דיגיטלי, תוכנה מוגדרת	קרקע כוח	GND

הכנת מועצת פיתוח בהתאמה אישית

כשקניתי את המודול הוא לא הגיע עם לוח פריצה תואם קרש לחם, אז החלטנו להכין אחד בעצמי. אם ייתכן שתצטרך לעשות את אותו הדבר פשוט עקוב אחר השלבים. כמו כן, שים לב כי אין חובה לבצע את השלבים הבאים, אתה יכול פשוט להלחין חוטים למודול ה- RF ולחבר אותם לקרש לחם וזה עדיין יעבוד. אני עוקב אחר הליך זה רק כדי לקבל מערך יציב ומחוספס.

שלב 1: הכן את הסכימות למודול RFM69HCW

שלב 3: הכן PCB לקראתו, אני עוקב אחר מדריך PCB זה תוצרת בית. הדפסתי את טביעת הרגל על ​​לוח נחושת ושמטתי אותה בתמיסת התחריט

שלב 4: עקוב אחר ההליך עבור הלוחות והלחם את המודול שלך לטביעת הרגל. לאחר הלחמה שני המודולים שלי נראים כך למטה

Pinout של מודול RFM69HCW RF ניתן באיור הבא

חומרים נדרשים

הנה רשימת הדברים שתצטרך לתקשר עם המודול

• שני מודולי RFM69HCW (עם תדרים תואמים):
  • 434 מגהרץ (WRL-12823)
• שני ארדואינו (אני משתמש ב- Arduino NANO)
• שני ממירים ברמת לוגיקה
• שני לוחות פריצה (אני משתמש בלוח פריצה בהתאמה אישית)
• לחצן כפתור
• ארבעה נוריות LED
• נגד 4.7K ארבעה נגד 220Ohm
• חוטי מגשר
• חוט נחושת אמייל (22AWG), להכנת האנטנה.
• ולבסוף הלחמה (אם כבר לא עשיתם את זה)

חיבור חומרה

במדריך זה אנו משתמשים ב- Arduino ננו המשתמשת בהיגיון של 5 וולט, אך מודול RFM69HCW משתמש ברמות לוגיקה של 3.3 וולט כפי שניתן לראות בבירור בטבלה שלעיל כדי לתקשר כראוי בין שני מכשירים, ממיר רמת לוגיקה הוא חובה, בתרשים ההפצה להלן. הראינו לך כיצד לחבר את ננו הארדואינו למודול RFM69.

צומת שולח תרשים פריצינג

צומת שולח טבלת חיבור

פין ארדואינו	פין RFM69HCW	סיכות קלט / פלט
D2	DIO0	-
D3	-	TAC_SWITCH
D4	-	LED_GREEN
D5	-	LED_RED
D9	-	LED_BLUE
D10	NSS	-
D11	MOSI	-
D12	מיסו	-
D13	SCK	-

צומת מקלט תרשים פריצינג

צומת מקלט שולחן חיבור

פין ארדואינו	פין RFM69HCW	סיכות קלט / פלט
D2	DIO0	-
D9	-	לד
D10	NSS	-
D11	MOSI	-
D12	מיסו	-
D13	SCK	-

הפעלת סקיצה לדוגמא

במדריך זה, אנו עומדים להקים שני צמתים של Arduino RFM69 ולגרום להם לתקשר זה עם זה. בחלק שלהלן נדע כיצד להפעיל את המודול בעזרת ספריית RFM69 שנכתבה על ידי פליקס רוסו מ- LowPowerLab.

ייבוא ​​הספרייה

אני מקווה שעשית קצת תכנות של Arduino בעבר וידעת להתקין ספרייה. אם לא, עיין בסעיף ייבוא ​​ספריית.zip בקישור זה

חיבור הצמתים

חבר את ה- USB של צומת השולח למחשב שלך, יש להוסיף מספר יציאת COM חדש לרשימת "כלים / יציאה" של Arduino IDE, העט אותו למטה, כעת חבר את צומת המקלט יציאת COM אחרת אמורה להופיע בכלי / רשימת יציאות, גם עטו אותה כלפי מטה, בעזרת מספר היציאה נעלה את הסקיצה לשולח ולצומת המקלט.

פתיחת שני מפגשי ארדואינו

פתח שני מפגשים של Arduino IDE על ידי לחיצה כפולה על סמל ה- Arduino IDE לאחר טעינת ההפעלה הראשונה, חובה לפתוח שני מפגשי Arduino מכיוון שכך ניתן לפתוח שני חלון צגים סדרתי של Arduino ולפקח בו זמנית על הפלט של שני צמתים.

פתיחת הקוד לדוגמא

כעת כאשר הכל מוגדר עלינו לפתוח את קוד הדוגמה בשתי הפעלות הארדואינו לשם כך, הולך

קובץ> דוגמאות> RFM6_LowPowerLab> דוגמאות> TxRxBlinky

ולחץ עליו כדי לפתוח אותו

שינוי קוד הדוגמה

1. בחלק העליון של הקוד, חפש את #define NETWORKID ושנה את הערך ל- 0. בעזרת מזהה זה, כל הצמתים שלך יכולים לתקשר זה עם זה.
2. חפש את #define FREQUENCY שנה את זה כדי להתאים לתדר הלוח (שלי הוא 433_MHz).
3. חפש את #define ENCRYPTKEY זהו מפתח ההצפנה שלך של 16 סיביות.
4. חפש את #define IS_RFM69HW_HCW, ובטל את ההערה אם אתה משתמש במודול RFM69_HCW
5. ולבסוף, חפש את #define NODEID יש להגדיר אותה כמקבל כברירת מחדל

כעת העלה את הקוד לצומת המקלט שהגדרת בעבר.

הגיע הזמן לשנות את הסקיצה לצומת השולח

עכשיו במאקרו #define NODEID שנה אותו ל- SENDER והעלה את הקוד לצומת השולח שלך.

זהו, אם אתה עשית הכל נכון יש לך שני מודלים עובדים שלמים מוכנים לבדיקה.

עבודה של סקיצה לדוגמא

לאחר ההעלאה המוצלחת של ה- Sketch תוכלו לראות את נורית ה- LED המחוברת לסיכה D4 של ה- Arduino נשנית, כעת לחצו על הכפתור בצומת השולח ותראו כי ה- LED האדום נכבה וה- LED הירוק שנמצא מחובר לסיכה D5 של הארדואינו נדלק כפי שמוצג בתמונה למטה

אתה יכול גם לצפות בכפתור לחוץ! טקסט בחלון המסך הסידורי כמוצג להלן

כעת התבונן בנורד הכחול המחובר לסיכה D9 של צומת השולח, הוא יהבהב פעמיים ובחלון צג הסידורי של צומת הקבלה תבחין בהודעה הבאה וגם בנור הכחול המחובר לסיכת D9 צומת המקלט נדלק. אם אתה רואה את ההודעה לעיל בחלון Monitor Serial של צומת המקלט וגם אם נורית הנורית דולקת. מזל טוב! שידרת בהצלחה את מודול RFM69 עם Arduino IDE. את העבודה המלאה של מדריך זה ניתן למצוא בסרטון המופיע בתחתית עמוד זה.

בסך הכל המודולים הללו מוכיחים שהם נהדרים לבניית תחנות מזג אוויר, דלתות מוסך, בקר משאבה אלחוטי עם מחוון, מזל"טים, רובוטים, החתול שלך… השמיים הם הגבול! מקווה שהבנתם את ההדרכה ונהניתם לבנות משהו שימושי. אם יש לך שאלות, השאיר אותן בסעיף ההערות או השתמש בפורומים לשאילתות טכניות אחרות.