Komunikátory signálneho kódu (RFM69): 7 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:01

Tieto „2-bitové“(digitálne) rádiové komunikátory poskytujú prostriedky na vzájomnú signalizáciu (pokiaľ ide o to, kde sa nachádzajú; ak sú hotové …) pri nákupe na opačných koncoch veľkého boxového obchodu; dokonca aj tam, kde mobilné telefóny nemajú žiadnu službu alebo sú nabité batériou.

Používajú sa rádiové moduly RFM69 915 MHz. Sú to veľmi účinné rádia s nízkym výkonom, ktoré používajú digitálnu paketovú komunikáciu. Môžu komunikovať viac ako 100 metrov pri nízkom výkone, iba na 10 s, a až na 1/2 kilometra alebo dokonca 1/2 míle pomocou 120 m.

Rádiové moduly RFM69 sú oveľa efektívnejšie a účinnejšie na väčšie vzdialenosti ako NRF24L01 alebo RFM12.

Pre ešte väčšiu spoľahlivosť dlhších vzdialených spojení by tento projekt bolo možné rovnako dobre využiť aj pre použité rádiové moduly LoRa. Existuje niekoľko zariadení LoRa (ako RFM95), ktoré majú podobnú veľkosť a rozhranie. Ale stoja oveľa viac, čo pre mňa nebolo opodstatnené.

Jednotky podporujú súbor digitálnych kódov otázok a odpovedí v štýle 10-20 (umiestnenie?) (Pozrite si wiki/desaťkódový kód https://en.wikipedia.org/wiki/Ten-code); ako aj voliteľnú morzeovku. Jednotky nepodporujú žiadnu hlasovú (analógovú) komunikáciu.

Môžu byť tiež použité ako pagery s 3 úrovňami žiadostí o pozornosť, keď sa niekto zotavuje alebo pracuje pod domom.

Okrem toho môžu byť veľmi zábavné, najmä pre deti alebo študentov.

Krok 1: Zhromaždite komponenty

Pretože rádiový modul nemôže zvládnuť napájacie alebo signálne napätie 5 V, musíte použiť 3,3 V MCU. Všimnite si tiež, že používam vysoko výkonnú verziu rádiových modulov „H“.

Tento zoznam má postaviť 2 jednotky.

• množstvo. 2 Pro Mini 3.3v Arduino MCU
• množstvo. 2 moduly RFM-69HCW 915MHz
• množstvo. 2 Puzdro (malo byť oddelením pre batérie)
• množstvo. 2 lítium-iónové 3,7v 200+mAh batérie https://www.ebay.com/itm/311682151405 (7x20x30mm, ~ maximálna veľkosť použiteľná 9x24x36mm)
• množstvo. 4 červeno-zelené 5mm bežné katódové dvojfarebné LED diódy https://www.ebay.com/itm//112318970450 (dôležité je zapojenie a poruchové napätie)
• množstvo. 4 prepínače 6x6x7,5 mm
• množstvo. 2 Piezo aktívny bzučiak
• množstvo. 2 resisters… 270 Olm, 1,5kOlm, ~ 5k
• množstvo. 2 0,1 uf monolitický strop

Voliteľné

• množstvo. 2 3 mm biele (alebo modré) diódy LED
• množstvo. 2 3,5 mm konektory Phono
• množstvo. 2 220uf kondenzátor výkonového filtra
• Nanuková palica

Ďalšie zásoby, ktoré možno budete potrebovať

Pevný drôt 30ga https://www.ebay.com/itm/142255037176, 26ga drôt plný alebo 24ga lanko, na zem a +V

Pevný drôt 22ga, pre anténu

Rôzne: spájkovacie potreby, páska, horúce lepidlo, prototypovacie nástroje.

Konvertor USB na TTL

Voliteľný hardvér:

Stereo konektor na pripojenie slúchadla, aby ste si nenechali ujsť prichádzajúcu komunikáciu. K nemu je možné pripojiť aj prenosný reproduktorový zosilňovač.

Malá (3 mm) biela dióda LED je voliteľná. Pridal som ho, aby slúžil ako indikátor ON. Pridanie bolo jednoduché, pretože som ho zapojil cez Btn1, ktorý dostal určitý prúd z vnútorného rezistora (~ 37k). S tak malým výkonom musí byť táto LED dióda vysoko účinná. Mohla by byť použitá zelená alebo možno modrá LED, ale nie žltá alebo červená, pretože ich pokles napätia je príliš nízky a vyzerá to, že je tlačidlo stlačené. Zelenú by som nepoužíval, pretože táto farba sa inak používa na signalizačné informácie.

Tiež je možné vynechať zvukový konektor. Toto zariadenie nevydáva veľa hluku, ale ak vám záleží na upútaní pozornosti ostatných, ponúka možnosť použitia slúchadla. Účinný je aj kúsok škótskej pásky cez otvor pre zvuk.

Aby boli všetky merania jednoduché a presné, tento lacný posuvný meradlo sa mi veľmi páči.

Krok 2: Vytvorte subsystém MCU-rádio

Pripojte krátke vodiče k pinom MCU: 10, 11, 12, 13; stredne dlhý drôt na pin2.

Pridajte dlhý (4-5 palcov) k I/O kolíkom MCU, ktoré chcete použiť (kolíky: 3-9). Na periférne typy som použil meradlo 30 AWG a rôzne farby. Tento drôt s malým priemerom dokáže spracovať signály menšie ako 100 miliampérov, napriek tomu je dostatočne malý a dostatočne poddajný (a dôrazne sa odporúča), aby uľahčil tesnú montáž.

Pripojte tiež uzemnenie a vodiče Vcc (použil som 26ga, na fotografiách sú modré). Tieto vodiče prenášajú viac prúdu, preto použite veľký rozchod na zníženie poklesu napätia (a potenciálneho vyžarovania šumového signálu).

Pripojte MCU k doske RFM-69. K tomu smerujú všetky okrem dlhých drôtov.

Sklopte rádiovú dosku cez dosku MCU. Medzi doskami by nemali byť žiadne skraty. Ak sa zdá, že existuje skutočný potenciál krátkeho použitia, použite zasahujúci kus pásky alebo plastového plechu.

Pridajte anténny drôt (22-24 g. 80 mm) na rádiovú dosku, ako je vidieť na fotografii.

Krok 3: Testovanie vývoja

Pri implementácii týchto jednotiek môžete túto časť preskočiť. Pre tých, ktorých to zaujíma, to prináša trochu viac informácií o tom, ako som sa tam dostal.

Vlnová dĺžka 915 MHz je 82 mm. V návode na Sparkfun.com sa odporúča použiť 78 mm. Chápem, že technológia antény hovorí, že keď je anténa v rámci ½ vlnovej dĺžky zeme, vaša anténa bude pôsobiť, ako keby bola o ~ 5% dlhšia, ako je. Pokiaľ ide o 915 MHz, čo by bolo menej ako stopu, a normálne túto jednotku ovládate oveľa vyššie od zeme, túto dĺžku 78 mm odmietam. Existujú však aj ďalšie faktory, ktoré by mohli spôsobiť podobné efekty, a preto sa domnieva, že je múdre používať menej ako presne ¼ vlnovej dĺžky. Urobil som kompromisy a prerušil som moje anténne káble na 80 mm (vrátane sekcie prechádzajúcej doskou plošných spojov). So správnym testovacím zariadením by ste mohli lepšie optimalizovať dĺžku antény pre vašu jednotku, ale očakával by som len malé vylepšenia.

Po úpravách som dostal asi 250 m maximálny dosah s niektorými prekážkami. Orientačná poloha a poloha antény sú stále dôležitejšie ako 150 metrov.

Keď som použil konfiguráciu úplnej dipólovej antény (vertikálny 80 mm aktívny prvok oproti 80 mm uzemňovaciemu prvku smerujúceho nadol) pre jednu jednotku, dostal som s pokusom a omylom polohovanie až 400 metrov s niekoľkými stromami a domom medzi nimi, a solídna obojsmerná komunikácia v polovičnej vzdialenosti bez ohľadu na polohu alebo orientáciu vzdialených jednotiek.

Krok 4: Pripravte si projektový box

Konštrukcia tohto projektu pomocou malého boxu je dosť náročná. Mám skúsenosti s budovaním mnohých mnohých vlastných elektronických zariadení pre domáce, priemyselné a letecké projekty. Začiatočník môže radšej použiť väčšiu škatuľu, čo výrazne uľahčuje stavbu. Koniec koncov, je to radosť, ktorú hľadáme, nie frustrácia. BTW, môžete si všimnúť menšie rozdiely na fotografiách jednotiek, ktoré som postavil.

Vyčistite veľkú časť vnútra škatule. Dlátom alebo nožom X-acto odrežte dve rebrá vpravo a jedno vľavo. (pozrite si fotografiu vnútra krabice pred a po)

Zahrejte koniec noža X-acto alebo krájacieho noža (na ~ 15 sekúnd pomocou zapaľovača) a odrežte jeden veľký stĺpik vo vnútri puzdra a ďalšie dva znížte na asi 1/8 palca. Hneď ako som namontoval vypínač, roztavil som tieto dva stĺpiky tak, aby držali vypínač na svojom mieste.

Na označenie miest dier som použil maskovaciu pásku na škatuľu. Viď fotky vyššie.

Aby som vŕtanie otvorov udržal na značke, najskôr som body označil šípkou, potom som všetky miesta vyvŕtal 1/16 bitom a potom každú dieru nakoniec vyvŕtal na požadovanú veľkosť.

Do puzdra vyvŕtajte otvory pre tlačidlá, zvuk a diódy LED. Dva otvory pre hlavné diódy LED na vrchu sú 13/64 palcov (5 mm) a sú vzdialené 10 mm od okraja. Otvory pre zvuk (pípnutie) a voliteľnú LED diódu „On“sú 3 mm (1/8”). Od vrchu sú vzdialené 10 mm. Malá LED dióda je zboku 7 mm. Zvukový otvor je vycentrovaný zo strany na stranu. Bočné otvory pre tlačidlá sú 3,5 mm (9/16”). Jedno tlačidlo je 10 mm zhora, druhé 20 mm. Ručne som skosil vnútornú stranu dierok na gombíky pomocou 1/4 vŕtačky, aby som zaistil, že sa tlačidlá pri stlačení nezaseknú.

Ak používate konektor phono pre externé slúchadlá alebo reproduktor, musíte otvoriť už existujúci otvor v spodnej časti na 15/64”. Materiál je tu dosť hrubý a obyčajný pokus o jeho vyvŕtanie by viedol k otvoru príliš blízko okraja. Najprv teda vyvŕtajte otvor 1/16 so stredom asi 16 palcov od okraja existujúceho otvoru. Potom tento otvor zväčšite bitom 7/16”. Ostrým malým nožom (~ Xacto) odrežte materiál tak, aby dva susedné otvory boli zhruba jeden. Použite špirálovitú rašple Dremel alebo pilník na krysie chvosty, aby otvory vytvorili dobre okrúhly otvor, do ktorého sa vŕtačka ľahko vycentruje. V tomto mieste by mal byť otvor takmer 15/64. (V tomto mieste je fotka otvoru) Teraz ho vyvŕtajte bitom 15/64”. Nebolo by to „hrozné“, keby ste použili ¼ bit.

Krok 5: Pripojenie periférnych vstupno -výstupných komponentov

Pri spájkovaní v medziach puzdra buďte istí, že nedopatrením nedovolíte, aby sa dotkla akákoľvek časť žehličky, a tým roztavila časť škatule, najmä pozdĺž jej vonkajšieho okraja.

Tlačidlá

Pri umiestňovaní zatlačte gombíky malým množstvom lepidla. Horúce lepidlo je v poriadku, tenké lepidlo (ako super lepidlo) by sa mohlo dostať do tlačidla a spôsobiť tak jeho nefunkčnosť. Všimnite si toho, že som odstránil jednu nohu ku každému z tlačidiel (nadbytočné, ku ktorým som sa nepripojil); ohli ich, aby príliš nevyčnievali; a spojil dva spodné kolíky medzi tlačidlá. Tlačidlá sú umiestnené tak, že vnútorne spojené nohy sú vodorovne oproti sebe.

Ohnite vodiče 3 mm diódy LED „zapnuté/vypnuté“tak, aby ich bolo možné pripojiť cez Btn1, pričom jeho katóda smeruje k uzemnenej strane. Toto je možno najzložitejší problém s montážou.

Označte stranu LED vedľa červenej anódy. Odrežte dve anódy (zvonka) asi na ¼ palca. orientujte ich označeným (červeným) vedením hore. Stredový kábel nechajte dlhý, neskôr sa ohnú a spoja sa so zemnou stranou tlačidiel. Pozrite sa na fotografie.

Pripojte odpory.

Nepoužívajte jednoducho hodnotové odpory, ktoré som urobil pre LED diódy. Kúpil som svoje LED diódy pred viac ako rokmi, nie presne tie, ktoré sú uvedené vyššie. Pretože sa účinnosť LED výrazne líši, otestujte hodnoty odporov pre použitie s diódami LED v ruke. Vyberte si odpory pre požadovaný jas s napájacím napätím 3 až 3,3 voltov (uprednostňuje sa 3,2v). Na testovacie napájacie napätie môžete použiť dve 1,5 V batérie v sérii alebo vysoký digitálny výstup z 3,3 V napájaného čipu Arduino. Overte, či pri jazde s červeným aj zeleným prvkom získate dobrú verzus žltú farbu. Orezajte a spájkujte odpory na LED diódy podobne, ako je to vidieť na fotografiách.

Na jednej jednotke som použil palicu Popsicle ako rozperu okolo dvoch hlavných LED diód, aby toľko nevytŕčali. Toto je výlučne osobná preferencia. To má negatívny vedľajší účinok na zníženie efektívneho jasu / pozorovacieho uhla týchto LED diód.

Naneste trochu lepidla na vonkajší okraj bzučiaka a prilepte ho medzi hlavné diódy LED (+ doprava). Upravte jeho polohu tak, aby lícovala s otvorom v puzdre, než bude upevnený na svojom mieste.

Vypínač je držaný na mieste roztavením stĺpikov montážneho otvoru. Na to som použil zahriaty hrot na malý skrutkovač.

Matica phono jacku sa nepripojí, preto ju zaistite horúcim lepidlom na opačnom konci.

Pripojte uzemnenie k tlačidlám a diódam LED.

Pripravte plus a mínus olovo (~ 24 g. Tuhé) tak, že zastrihnuté konce naklepete tak, aby boli dvakrát také široké ako hrubé. Ich konce by potom mali ísť ľahko, ale pohodlne do konektora batérie. Samozrejme, ak máte alebo môžete nájsť prepojovací kábel určený pre batériu, v každom prípade ho použite.

Zapojte vypínač, phono konektor, bzučiak a napájacie káble. Pozrite sa na predchádzajúcu schému zapojenia.

Cez phono pripojenia mám malý kondenzátor. Toto môže byť vynechané, pretože je tesne uzavreté. Cieľom je zabrániť nízkemu šumu vo výstupe.

Potom, čo sú tlačidlá (ako aj vypínač/vypínač a phono konektor) úplne zapojené a spájkované, zalepte ich horúcim mieste tak, aby sa ani po rozsiahlom použití nepoškodili.

Krok 6: Konečná kompletná montáž

Je načase pripojiť sa v subsystéme MCU-rádio do skrinky s I/O zariadeniami.

Pripojte subsystém MCU-Radio.

Zastrihnite drôty podľa potreby tak, aby v nich zostala len taká vôľa, aby zostava subsystému bola dostatočne mimo cesty, aby bolo možné spájkovať ostatné konce vodičov.

Nezabudnite pripojiť vodiče k hlavnej LED k správnym červeným/zeleným a hlavne správne prepojiť ľavý/pravý vodič. LED diódy sú obrátené zľava doprava, keď sa pozeráte do puzdra, ako držíte a používate komunikátor. (pokiaľ nemáte v úmysle používať jednotky s opačnou stranou oproti vám, ako by to mohlo zaujímať ľaváka).

Presuňte subsystém MCU-Radio na miesto a zatlačte ho nadol, podľa potreby sklopte drôty do puzdra; kontrola, či nedochádza k tvorbe skratov. V prípade potreby položte pod ňu kus elektrickej pásky.

Túto jednotku môžete preprogramovať, keď je zostavená, ako je znázornené v nasledujúcej časti, pomocou dočasne pripojeného FDDI pomocou krátkeho kábla. Uistite sa, že úroveň Vcc z kábla na stiahnutie USB je 3,3 V, nie 5 V!

Pripojte batériu, nasuňte zadnú stranu a vyskúšajte ju, pretože ste do nej už stiahli softvér. Dávajte pozor, aby batéria nestlačila tlačidlo Reset na doske MCU.

BTW, 300 mAh batéria by mala vydržať asi 12 hodín prevádzky, než ju budete musieť nabiť.

Krok 7: Funkcie a obsluha softvéru a zariadenia

Ďalšou hlavnou časťou tohto projektu, od ktorého závisí jeho fungovanie, je softvérové programovanie. Ale to som všetko vyriešil, takže nemusíte.

Pokyny na stiahnutie náčrtu do Pro mini Arduino môžete ľahko nájsť inde. Nastavte svoje Arduino IDE na správne zariadenie a prevádzkovú frekvenciu, inak budete mať zlý zvuk a možno aj nesprávne správanie. Uistite sa, že používate prevodník USB-TTL na 3,3 V (nie na 5 V). Jednotka by mala byť vypnutá. Vidíte, že som na koniec sťahovacieho kábla umiestnil pravouhlú hlavičku a potom ju vložil do príslušných otvorov na doske MCU a nechal z nej jednotku visieť, pričom udržoval dostatočne dobré, ale dočasné pripojenie.

Musíte tiež nainštalovať knižnicu pre RMF69; pozrite si časť „Inštalácia knižnice RFM69“na tejto stránke.

Vhodným spôsobom upravte (pozri segment kódu nižšie), skompilovajte a stiahnite si priložený náčrt Two_bit_Comm.

// !!!! Adresy pre tento uzol. ZMENIŤ ID ICH DRUHÉHO UZLU !!!!

#define MYNODEID 1 // ID môjho uzla (0 až 255) #define TONODEID 2 // ID cieľového uzla (0 až 254, 255 = vysielanie)

Softvér využíva vysoko výkonnú verziu rádiových modulov „H“tým, že spočiatku používa stredný výkon, a potom nemôže získať potvrdenie, že sa pokúša o maximálny výkon. Neviem, ale očakával by som, že táto operácia nebude predstavovať problém, ak by sa použila verzia rádií bez vysokého výkonu.

Prevádzková dokumentácia

Inicializácia pri zapnutí:

Keď sa jednotka reštartuje, inicializuje všetok hardvér a softvér a odošle svoje nastavenia režimu a možností do druhej jednotky a ponechá ich synchronizované. Ozve sa jedno krátke pípnutie a potom, ak je táto počiatočná komunikácia úspešná, zaznie ďalšie pípnutie a rozsvieti sa zelené svetlo. Ak v tomto bode komunikácia zlyhá, nezaznie druhé pípnutie a rozsvieti sa červené svetlo. Ak komunikácia zlyhá, je pravdepodobné, že druhá jednotka je mimo dosahu, je vypnutá alebo vybitá. Pred prijatím poruchy sa pokúsi vykonať niekoľko pokusov a zvýšiť maximálny prenosový výkon.

Režim 1-10-20 Typ Komunikácia

• Ahoj
• Potrebovať pomoc
• POMOC!
• Hotový ? Pripravený ísť ?
• Kde si ?
• Zavolaj mi.
• Prosím zopakuj

Tiež sú definované vhodné konvencie reakcie. Vrátane odpovedí „Typ oblasti“a „Typ sekcie“na „Kde ste?“žiadosti.

Je potrebné poznamenať, že keď jednotka zobrazuje odpoveď, musíte byť trpezliví, pretože stlačenia tlačidiel počas tejto doby budú ignorované.

Režim 2 - umožňuje formu komunikácie podľa Morseovej abecedy

Podporovaný je štýl jedného aj dvoch klávesov.

Priložený dokument „Two_bit_Comm_user_Manual“obsahuje všetky podrobnosti o funkčných operáciách podporovaných softvérom.