Τρόπος διασύνδεσης rfm69hcw rf module με arduino για ασύρματη επικοινωνία

Όσον αφορά την παροχή ασύρματων δυνατοτήτων στα έργα σας, ο υβριδικός πομπός 433Mhz ASK και ο δέκτης είναι μια κοινή επιλογή μεταξύ μηχανικών, προγραμματιστών και χόμπι λόγω της χαμηλής τιμής, των εύχρηστων βιβλιοθηκών και της υποστήριξης της κοινότητας. Έχουμε επίσης κατασκευάσει λίγα έργα όπως οικιακός αυτοματισμός ελεγχόμενος με ραδιοσυχνότητες και ασύρματο κουδούνι χρησιμοποιώντας αυτή τη μονάδα RF 433MHz. Αλλά πολλές φορές ένας υβριδικός πομπός ASK και δέκτης δεν αρκεί, είναι χαμηλής εμβέλειας και η μονόδρομη φύση επικοινωνίας το καθιστά ακατάλληλο για πολλές εφαρμογές

Για την επίλυση αυτού του συνεχούς προβλήματος, οι προγραμματιστές στο HopeRF επινόησαν μια νέα, μοντέρνα μονάδα RF που ονομάζεται RFM69HCW. Σε αυτό το σεμινάριο, θα μάθουμε για την ενότητα RFM69HCW RF και τα πλεονεκτήματά της. Αρχικά, θα φτιάξουμε σπιτικό PCB για RFM69HCW και στη συνέχεια θα συνδέσουμε το RFM69HCW με το Arduino για να ελέγξουμε τη λειτουργία του, ώστε να μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε σε έργα της επιλογής σας. Ας ξεκινήσουμε λοιπόν.

Ενότητα RFM69HCW RF

Το RFM69HCW είναι μια φθηνή, εύχρηστη μονάδα ραδιοφώνου που λειτουργεί στη ζώνη ISM (Βιομηχανία, Επιστήμη και Ιατρική) χωρίς άδεια, παρόμοια με τη μονάδα RF nRF24L01 που έχουμε χρησιμοποιήσει σε προηγούμενα έργα. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για επικοινωνία μεταξύ δύο μονάδων ή μπορεί να διαμορφωθεί ως δίκτυο πλέγματος για επικοινωνία μεταξύ εκατοντάδων ενοτήτων που το καθιστά ιδανική επιλογή για την κατασκευή φθηνών ασύρματων δικτύων μικρής εμβέλειας για αισθητήρες που χρησιμοποιούνται σε οικιακούς αυτοματισμούς και άλλα έργα απόκτησης δεδομένων.

Χαρακτηριστικά του RFM69HCW:

• +20 dBm - Ικανότητα εξόδου ισχύος 100 mW
• Υψηλή ευαισθησία: έως -120 dBm στα 1,2 kbps
• Χαμηλό ρεύμα: Rx = 16 mA, 100nA κατακράτηση μητρώου
• Προγραμματιζόμενο σύκο: -18 έως +20 dBm σε βήματα 1dB
• Σταθερή απόδοση RF σε εύρος τάσης μονάδας
• Διαμορφώσεις FSK, GFSK, MSK, GMSK και OOK
• Ενσωματωμένος συγχρονιστής bit που εκτελεί αποκατάσταση ρολογιού
• 115 dB + Dynamic Range RSSI
• Αυτόματη RF Sense με εξαιρετικά γρήγορο AFC
• Μηχανή πακέτου με ενσωματωμένο αισθητήρα θερμοκρασίας CRC-16, AES-128, 66 byte FIFO
• Προϋπολογισμός υψηλού συνδέσμου
• Πολύ χαμηλό κόστος

RFM69HCW

Συχνότητα

Το RFM69HCW έχει σχεδιαστεί για να λειτουργεί στη ζώνη ISM (Βιομηχανία, Επιστημονική και Ιατρική), ένα σύνολο ραδιοσυχνοτήτων χωρίς άδεια για συσκευές μικρής ισχύος, μικρής εμβέλειας. Διαφορετικές συχνότητες είναι νόμιμες σε διαφορετικές περιοχές, γι 'αυτό η ενότητα έχει πολλές διαφορετικές εκδόσεις 315.433.868 και 915MHz. Όλες οι κύριες παράμετροι επικοινωνίας RF είναι προγραμματιζόμενες και οι περισσότερες από αυτές μπορούν να ρυθμιστούν δυναμικά, επίσης το RFM69HCW προσφέρει το μοναδικό πλεονέκτημα των προγραμματιζόμενων τρόπων επικοινωνίας στενής και ευρείας ζώνης.

Σημείωση: Λόγω της σχετικά χαμηλής ισχύος και της μικρής εμβέλειας, η εφαρμογή αυτής της μονάδας σε ένα μικρό έργο δεν πρόκειται να είναι πρόβλημα, αλλά εάν σκέφτεστε να δημιουργήσετε ένα προϊόν από αυτό, βεβαιωθείτε ότι χρησιμοποιείτε τη σωστή συχνότητα για η τοποθεσία σου.

Εύρος

Για να κατανοήσουμε καλύτερα το εύρος, πρέπει να αντιμετωπίσουμε ένα πολύ περίπλοκο θέμα που ονομάζεται RF Link Budget. Λοιπόν, ποιος είναι αυτός ο προϋπολογισμός σύνδεσης και γιατί είναι τόσο σημαντικός; Ο προϋπολογισμός συνδέσμου είναι όπως κάθε άλλος προϋπολογισμός, κάτι που έχετε στην αρχή και το οποίο ξοδεύετε με την πάροδο του χρόνου, εάν ο προϋπολογισμός σας εξαντληθεί, δεν μπορείτε να ξοδέψετε περισσότερα.

Ο προϋπολογισμός συνδέσμου έχει επίσης σχέση με έναν σύνδεσμο ή τη σύνδεση μεταξύ του αποστολέα και του παραλήπτη, συμπληρώνεται από την ισχύ μετάδοσης του αποστολέα και την ευαισθησία του δέκτη και υπολογίζεται σε ντεσιμπέλ ή dB είναι επίσης συχνότητα- εξαρτώμενος. Ο προϋπολογισμός συνδέσμου αφαιρείται από όλα τα είδη εμποδίων και θορύβου μεταξύ του αποστολέα και του δέκτη, όπως καλώδια απόστασης, τοίχοι κτιρίων δέντρων εάν εξαντληθεί ο προϋπολογισμός σύνδεσης, ο δέκτης δημιουργεί μόνο θόρυβο στην έξοδο και δεν θα λάβουμε κανένα χρησιμοποιήσιμο σήμα. Σύμφωνα με το δελτίο δεδομένων του RFM69HCW , έχει προϋπολογισμό σύνδεσης 140 dB σε σύγκριση με 105 dB του υβριδικού πομπού ASK, αλλά τι σημαίνει αυτό είναι σημαντική διαφορά; Ευτυχώς, βρίσκουμεΑριθμομηχανές προϋπολογισμού Radio Link online, οπότε Ας κάνουμε μερικούς υπολογισμούς για να κατανοήσουμε καλύτερα το θέμα. Αρχικά, ας υποθέσουμε ότι έχουμε μια γραμμή οπτικής σύνδεσης μεταξύ του αποστολέα και του δέκτη και ότι όλα είναι τέλεια καθώς γνωρίζουμε ότι ο προϋπολογισμός μας για RFM69HCW είναι 140 dB, οπότε ας ελέγξουμε τη μεγαλύτερη θεωρητική απόσταση που μπορούμε να επικοινωνήσουμε, θέτουμε τα πάντα στο μηδέν και την απόσταση έως 500KM, Συχνότητα στα 433MHz και έχουμε οριζόντια λαμβανόμενη ισχύ 139,2 dBm

Τώρα, ρυθμίζω τα πάντα στο μηδέν και η απόσταση στα 9KM Frequency στα 433MHz και έχουμε οριζόντια λαμβανόμενη ισχύ 104,3 dBm

Έτσι, με την παραπάνω σύγκριση, νομίζω ότι όλοι μπορούμε να συμφωνήσουμε ότι η μονάδα RFM69 είναι πολύ καλύτερη από την ASK Hybrid Transmitter και μια μονάδα δέκτη.

Η κεραία

Προσοχή! Η προσάρτηση μιας κεραίας στο δομοστοιχείο είναι υποχρεωτική, διότι χωρίς αυτήν, η μονάδα μπορεί να καταστραφεί από τη δική της ανακλώμενη ισχύ.

Η δημιουργία κεραίας δεν είναι τόσο δύσκολη όσο ακούγεται. Η απλούστερη κεραία μπορεί να κατασκευαστεί μόνο από ένα μονόκλωνο καλώδιο 22SWG. Το μήκος κύματος μιας συχνότητας μπορεί να υπολογιστεί με τον τύπο v / f , όπου v είναι η ταχύτητα μετάδοσης και f είναι η (μέση) συχνότητα μετάδοσης. Στον αέρα, το v είναι ίσο με το c , η ταχύτητα του φωτός, που είναι 299.792.458 m / s. Το μήκος κύματος για τη ζώνη 433 MHz είναι επομένως 299.792.458 / 433.000.000 = 34,54 cm. Το μισό από αυτά είναι 17,27 cm και το ένα τέταρτο είναι 8,63 cm.

Για τη ζώνη 433 MHz, το μήκος κύματος είναι 299.792.458 / 433.000.000 = 69,24 cm. Το μισό από αυτό είναι 34,62 εκ. Και το ένα τέταρτο είναι 17,31 εκ. Έτσι, από τον παραπάνω τύπο, μπορούμε να δούμε τη διαδικασία υπολογισμού του μήκους του καλωδίου της κεραίας.

Απαίτηση ισχύος

Το RFM69HCW έχει τάση λειτουργίας μεταξύ 1,8V και 3,6V και μπορεί να αντλήσει έως και 130mA ρεύματος κατά τη μετάδοση. Παρακάτω στον πίνακα, μπορούμε να δούμε καθαρά την κατανάλωση ισχύος της μονάδας σε διαφορετικές συνθήκες

Προειδοποίηση: Εάν το Arduino που επιλέξατε χρησιμοποιεί επίπεδα λογικής 5V για να επικοινωνήσει με το περιφερειακό που συνδέει τη μονάδα απευθείας στο Arduino, θα βλάψει τη μονάδα

Σύμβολο	Περιγραφή	Συνθήκες	Ελάχ	Τύπος	Μέγιστη	Μονάδα
IDDSL	Τρέχουσα σε κατάσταση αναστολής λειτουργίας		-	0.1	1	uA
IDDIDLE	Τρέχων σε κατάσταση αναμονής	Ο ταλαντωτής RC ενεργοποιήθηκε	-	1.2	-	uA
IDDST	Τρέχουσα σε κατάσταση αναμονής	Ο κρυσταλλικός ταλαντωτής ενεργοποιήθηκε	-	1.25	1.5	uA
IDDFS	τρέχουσα στο Synthesizer τρόπος		-	9	-	uA
IDDR	τρέχουσα σε λειτουργία λήψης		-	16	-	uA
IDDT	Παροχή ρεύματος σε λειτουργία μετάδοσης με κατάλληλη αντιστοίχιση, σταθερή σε όλο το εύρος VDD	RFOP = +20 dBm, στο PA_BOOST RFOP = +17 dBm, στο PA_BOOST RFOP = +13 dBm, στον ακροδέκτη RFIO RFOP = +10 dBm, στον ακροδέκτη RFIO RFOP = 0 dBm, στον ακροδέκτη RFIO RFOP = -1 dBm, στον ακροδέκτη RFIO	- - - - - -	130 95 45 33 20 16	- - - - - -	μΑ μΑ μΑ μΑ μαμά

Σε αυτό το σεμινάριο, θα χρησιμοποιήσουμε δύο Arduino Nano και δύο μετατροπείς επιπέδου λογικής για να επικοινωνήσουμε με την ενότητα. Χρησιμοποιούμε το Arduino nano's επειδή ο ενσωματωμένος εσωτερικός ρυθμιστής μπορεί να διαχειριστεί το ρεύμα αιχμής πολύ αποτελεσματικά. Το διάγραμμα Fritzing στην παρακάτω ενότητα υλικού θα σας εξηγήσει πιο καθαρά.

ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Εάν το τροφοδοτικό σας δεν μπορεί να παρέχει 130mA ρεύματος αιχμής, το Arduino ενδέχεται να επανεκκινήσει ή χειρότερα η μονάδα μπορεί να μην επικοινωνήσει σωστά, σε αυτήν την περίπτωση ένας πυκνωτής μεγάλης αξίας με χαμηλό ESR μπορεί να βελτιώσει την κατάσταση

Καρφίτσες και περιγραφή μονάδας RFM69

Επιγραφή	Λειτουργία	Λειτουργία	Επιγραφή
ΜΥΡΜΗΓΚΙ	Έξοδος / είσοδος σήματος RF.	Ισχύς	GND
GND	Γείωση κεραίας (ίδιο με το έδαφος ισχύος)	Ψηφιακό I / O, λογισμικό διαμορφωμένο	DIO5
DIO3	Ψηφιακό I / O, λογισμικό διαμορφωμένο	Επαναφορά εισόδου σκανδάλης	RST
DIO4	Ψηφιακό I / O, λογισμικό διαμορφωμένο	SPI Chip επιλέξτε είσοδο	NSS
3.3V	Παροχή 3.3V (τουλάχιστον 130 mA)	Εισαγωγή ρολογιού SPI	SCK
DIO0	Ψηφιακό I / O, λογισμικό διαμορφωμένο	Εισαγωγή δεδομένων SPI	MOSI
DIO1	Ψηφιακό I / O, λογισμικό διαμορφωμένο	Έξοδος δεδομένων SPI	ΜΙΣΟ
DIO2	Ψηφιακό I / O, λογισμικό διαμορφωμένο	Ισχύς	GND

Προετοιμασία του Custom Board

Όταν αγόρασα τη λειτουργική μονάδα δεν συνοδεύτηκε από έναν πίνακα διάσπασης συμβατό με το breadboard, οπότε αποφασίσαμε να φτιάξω έναν εαυτό μου. Εάν ίσως χρειαστεί να κάνετε το ίδιο, απλώς ακολουθήστε τα βήματα. Επίσης, λάβετε υπόψη ότι δεν είναι υποχρεωτικό να ακολουθήσετε αυτά τα βήματα, μπορείτε απλά να κολλήσετε καλώδια στη μονάδα RF και να τα συνδέσετε στο breadboard και θα εξακολουθούσε να λειτουργεί. Ακολουθώ αυτήν τη διαδικασία μόνο για να αποκτήσω μια σταθερή και στιβαρή ρύθμιση.

Βήμα 1: Προετοιμάστε τα σχήματα για την ενότητα RFM69HCW

Βήμα 3: Προετοιμάστε ένα PCB για αυτό, παρακολουθώ αυτό το Home Made PCB σεμινάριο. Εκτύπωσα το αποτύπωμα σε μια χαλκοσανίδα και το έριξα στο διάλυμα χάραξης

Βήμα 4: Ακολουθήστε τη διαδικασία και για τις δύο σανίδες και κολλήστε τη μονάδα σας στο αποτύπωμα. Μετά την συγκόλληση και των δύο ενοτήτων μου μοιάζουν παρακάτω

Το pinout του RFM69HCW RF Module δίνεται στο παρακάτω σχήμα

Απαιτούμενα υλικά

Ακολουθεί η λίστα με τα πράγματα που θα χρειαστείτε για να επικοινωνήσετε με την ενότητα

• Δύο μονάδες RFM69HCW (με αντίστοιχες συχνότητες):
  • 434 MHz (WRL-12823)
• Two Arduino (χρησιμοποιώ το Arduino NANO)
• Δύο μετατροπείς επιπέδου λογικής
• Δύο πίνακες ξεμπλοκαρίσματος (χρησιμοποιώ έναν προσαρμοσμένο πίνακα ξεμπλοκαρίσματος)
• Ένα μπουτόν
• Τέσσερα LED
• Μία αντίσταση 4.7K τέσσερις αντίσταση 220Ohms
• Καλώδια αλτών
• Σμάλτο χάλκινο σύρμα (22AWG), για την κατασκευή της κεραίας.
• Και τελικά συγκόλληση (αν δεν το έχετε κάνει ήδη)

Σύνδεση υλικού

Σε αυτό το σεμινάριο χρησιμοποιούμε το Arduino nano που χρησιμοποιεί λογική 5 volt, αλλά η μονάδα RFM69HCW χρησιμοποιεί επίπεδα λογικής 3,3 volt, όπως μπορείτε να δείτε με σαφήνεια στον παραπάνω πίνακα, ώστε να επικοινωνήσετε σωστά μεταξύ δύο συσκευών, είναι υποχρεωτικός ένας μετατροπέας επιπέδου λογικής, στο παρακάτω διάγραμμα fritzing σας δείξαμε πώς να συνδέσετε το Arduino nano με τη μονάδα RFM69.

Κόμβος αποστολέα Fritzing Diagram

Κόμβος αποστολέα πίνακα σύνδεσης

Arduino Pin	Καρφίτσα RFM69HCW	Καρφίτσες I / O
Δ2	DIO0	-
Δ3	-	TAC_SWITCH
Δ4	-	LED_GREEN
Δ5	-	LED_RED
Δ9	-	LED_BLUE
Δ10	NSS	-
Δ11	MOSI	-
Δ12	ΜΙΣΟ	-
Δ13	SCK	-

Κόμβος δέκτη Fritzing Diagram

Κόμβος δέκτη πίνακα σύνδεσης

Arduino Pin	Καρφίτσα RFM69HCW	Καρφίτσες I / O
Δ2	DIO0	-
Δ9	-	LED
Δ10	NSS	-
Δ11	MOSI	-
Δ12	ΜΙΣΟ	-
Δ13	SCK	-

Εκτέλεση του παραδείγματος σκίτσου

Σε αυτό το σεμινάριο, θα δημιουργήσουμε δύο κόμβους Arduino RFM69 και θα τους κάνουμε να επικοινωνούν μεταξύ τους. Στην παρακάτω ενότητα θα μάθουμε πώς να θέσουμε σε λειτουργία τη μονάδα με τη βοήθεια της βιβλιοθήκης RFM69, η οποία γράφτηκε από τον Felix Rusu του LowPowerLab.

Εισαγωγή της βιβλιοθήκης

Ας ελπίσουμε ότι έχετε ήδη κάνει λίγο προγραμματισμό Arduino και γνωρίζετε πώς να εγκαταστήσετε μια βιβλιοθήκη. Εάν όχι, ελέγξτε την ενότητα Εισαγωγή βιβλιοθήκης.zip αυτού του συνδέσμου

Σύνδεση στους κόμβους

Συνδέστε το USB του κόμβου αποστολέα στον υπολογιστή σας, θα πρέπει να προστεθεί ένας νέος αριθμός θύρας COM στη λίστα "Εργαλεία / θύρα" του Arduino IDE, στυλό κάτω, τώρα συνδέστε τον κόμβο δέκτη μια άλλη θύρα COM θα πρέπει να εμφανίζεται στα Εργαλεία / Λίστα λιμένων, επίσης στυλό κάτω, με τη βοήθεια του αριθμού θύρας θα ανεβάσουμε το σκίτσο στον αποστολέα και στον κόμβο δέκτη.

Άνοιγμα δύο συνεδριών Arduino

Ανοίξτε δύο συνεδρίες Arduino IDE κάνοντας διπλό κλικ στο εικονίδιο Arduino IDE μετά τη φόρτωση της πρώτης περιόδου λειτουργίας, είναι υποχρεωτικό να ανοίξετε δύο συνεδρίες Arduino γιατί έτσι μπορείτε να ανοίξετε δύο παράθυρο σειριακής οθόνης Arduino και ταυτόχρονα να παρακολουθείτε την έξοδο δύο κόμβων

Άνοιγμα του παραδείγματος κώδικα

Τώρα, όταν όλα έχουν ρυθμιστεί, πρέπει να ανοίξουμε τον κώδικα παραδείγματος και στις δύο συνεδρίες Arduino για να το κάνουμε, πηγαίνετε

Αρχείο> Παραδείγματα> RFM6_LowPowerLab> Παραδείγματα> TxRxBlinky

και κάντε κλικ για να το ανοίξετε

Τροποποίηση του παραδείγματος κώδικα

1. Κοντά στην κορυφή του κώδικα, αναζητήστε το #define NETWORKID και αλλάξτε την τιμή σε 0. Με αυτό το αναγνωριστικό, όλοι οι κόμβοι σας μπορούν να επικοινωνούν μεταξύ τους.
2. Αναζητήστε το #define FREQUENCY αλλάξτε αυτό για να ταιριάζει με τη συχνότητα του πίνακα (η δική μου είναι 433_MHz).
3. Αναζητήστε το #define ENCRYPTKEY αυτό είναι το κλειδί κρυπτογράφησης 16-bit.
4. Αναζητήστε το #define IS_RFM69HW_HCW και αποσυνδέστε το εάν χρησιμοποιείτε μια μονάδα RFM69_HCW
5. Και τέλος, αναζητήστε το #define NODEID, θα πρέπει να οριστεί ως RECEIVER από προεπιλογή

Τώρα ανεβάστε τον κωδικό στον κόμβο δέκτη που έχετε ρυθμίσει προηγουμένως.

Ώρα να τροποποιήσετε το Σκίτσο για τον Κόμβο Αποστολέα

Τώρα στη μακροεντολή #define NODEID αλλάξτε το σε SENDER και ανεβάστε τον κώδικα στον κόμβο αποστολέα σας.

Αυτό είναι, αν έχετε κάνει τα πάντα σωστά, έχετε δύο πλήρη μοντέλα εργασίας έτοιμα για δοκιμή.

Εργασία του παραδείγματος σκίτσο

Μετά την επιτυχή αποστολή του Sketch, θα παρατηρήσετε το κόκκινο LED που είναι συνδεδεμένο με τον ακροδέκτη D4 του Arduino που ανάβει, τώρα πατήστε το κουμπί στον κόμβο αποστολέα και θα παρατηρήσετε ότι το κόκκινο LED σβήνει και το πράσινο LED που είναι συνδεδεμένο με το Pin D5 του Arduino ανάβει όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα

Μπορείτε επίσης να παρατηρήσετε το κουμπί Πιεσμένο! κείμενο στο παράθυρο Serial monitor όπως φαίνεται παρακάτω

Τώρα παρατηρήστε το μπλε LED που είναι συνδεδεμένο με τον πείρο D9 του κόμβου αποστολέα, θα αναβοσβήνει δύο φορές και στο παράθυρο Serial Monitor του κόμβου λήψης θα παρατηρήσετε το ακόλουθο μήνυμα και επίσης το μπλε LED που είναι συνδεδεμένο στον πείρο D9 στο ο κόμβος δέκτη θα ανάψει. Εάν δείτε το παραπάνω μήνυμα στο παράθυρο Serial Monitor του κόμβου του δέκτη και επίσης αν η λυχνία LED ανάψει Συγχαρητήρια! Έχετε κοινοποιήσει επιτυχώς τη μονάδα RFM69 με το Arduino IDE. Η πλήρης εργασία αυτού του σεμιναρίου μπορεί επίσης να βρεθεί στο βίντεο που παρέχεται στο κάτω μέρος αυτής της σελίδας.

Συνολικά, όλες αυτές οι μονάδες αποδεικνύονται εξαιρετικές για την κατασκευή μετεωρολογικών σταθμών, γκαράζ, ασύρματου χειριστηρίου αντλίας με ένδειξη, drone, ρομπότ, τη γάτα σας… ο ουρανός είναι το όριο! Ελπίζω να καταλάβατε το σεμινάριο και απολαύσατε να φτιάξετε κάτι χρήσιμο. Εάν έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις, αφήστε τις στην ενότητα σχολίων ή χρησιμοποιήστε τα φόρουμ για άλλες τεχνικές ερωτήσεις.