Comunicadores de código de sinal (RFM69): 7 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

Esses comunicadores de rádio de “2 bits” (digitais) fornecem um meio de sinalizar uns aos outros (sobre onde estão; se estiverem prontos …) ao fazer compras em extremidades opostas de uma grande loja; mesmo onde os telefones celulares não têm serviço ou carga de bateria.

Módulos de rádio RFM69 915MHz são usados. Eles são rádios muito eficientes, de baixo consumo de energia, que usam comunicações digitais por pacote. Eles podem se comunicar por mais de 100 metros usando baixa potência, em apenas 10s de miliamperes, e tanto quanto 1/2 quilômetro ou mesmo 1/2 milha usando cerca de 120 ma.

Os módulos de rádio RFM69 são muito mais eficientes e eficazes em distâncias maiores do que um NRF24L01 ou um RFM12.

Para conexões mais distantes e confiáveis ainda maiores, este projeto também poderia ser feito para usar módulos de rádio LoRa. Existem alguns dispositivos LoRa (como um RFM95) por aí que são de tamanho e interface semelhantes. Mas eles custam muito mais, o que para mim era injustificado.

As unidades oferecem suporte a um conjunto de códigos de pergunta e resposta de estilo digital 10-20 (localização?) (Consulte wiki / Ten-code https://en.wikipedia.org/wiki/Ten-code); bem como código Morse opcional. As unidades não oferecem suporte a nenhuma comunicação de voz (analógica).

Eles também podem ser usados como pagers com 3 níveis de solicitações de atenção, quando alguém está convalescendo ou trabalhando embaixo da casa.

Além disso, podem ser muito divertidos, especialmente para crianças ou estudantes.

Etapa 1: reunir componentes

Como o módulo de rádio não suporta uma alimentação de 5 V ou tensão de sinal, você deve usar MCUs de 3,3 V. Observe também que eu uso a versão de alta potência 'H' dos módulos de rádio.

Esta lista é para construir 2 unidades.

• qty 2 Pro Mini 3.3v Arduino MCU
• qty 2 módulos RFM-69HCW 915MHz
• qty 2 Caixa (deveria ser um compartimento de bateria)
• qty 2 baterias Li-ion 3.7v 200 + mah https://www.ebay.com/itm/311682151405 (7x20x30mm, tamanho máximo utilizável 9x24x36mm)
• qty 4 LEDs bicolores de cátodo comum de 5 mm vermelho-verde https://www.ebay.com/itm//112318970450 (fiação e tensão de ruptura são importantes)
• qty 4 interruptores de botão de 6x6x7,5 mm
• qty 2 campainha ativa Piezo
• qty 2 cada resisters… 270 Olm, 1.5kOlm, ~ 5k
• qty 2 limite monolítico de 0,1 uf

Opcional

• qty 2 LEDs brancos (ou azuis) de 3 mm
• qty 2 conectores Phono de 3,5 mm
• qty 2 condensador de filtro de potência 220uf
• Palito de picolé

Outros suprimentos de que você pode precisar

30ga fio sólido https://www.ebay.com/itm/142255037176, Fio 26ga sólido ou 24ga trançado, para aterramento e + V

Fio 22ga sólido, para antena

Diversos: suprimentos de solda, fita, cola quente, ferramentas de prototipagem.

Conversor de USB para TTL

Hardware opcional:

Uma tomada estéreo para conectar um fone de ouvido, para ter certeza de não perder as comunicações de entrada. Além disso, um amplificador de alto-falante portátil pode ser conectado a ele.

O pequeno LED branco (3 mm) é opcional. Eu adicionei para servir como um indicador ON. Foi simples de adicionar porque eu o conectei ao Btn1, que recebe alguma corrente de unidade de um resistor interno (~ 37k). Com uma movimentação tão pequena, este LED deve ser altamente eficiente. Um LED verde ou talvez azul poderia ser usado, mas não amarelo ou vermelho, pois a queda de tensão é muito baixa e faria parecer que o botão foi pressionado. Eu não usaria verde, pois essa cor é usada para sinalizar informações.

A tomada phono também pode ser omitida. Este dispositivo não faz muito barulho, mas se você está preocupado em chamar a atenção de outras pessoas, ele oferece a opção de usar um fone de ouvido. Como alternativa, um pedaço de fita adesiva sobre o orifício para o áudio é eficaz.

Para tornar todas as medições fáceis e precisas, eu realmente gosto deste compasso de calibre barato.

Etapa 2: construir subsistema de rádio MCU

Conecte os fios curtos aos pinos do MCU: 10, 11, 12, 13; um fio de comprimento médio para o pino 2.

Adicione longos (4-5 polegadas) aos pinos de E / S, do MCU, a serem usados (pinos: 3-9). Usei calibre 30 AWG e cores diferentes para os tipos de periféricos. Este fio de pequeno diâmetro é capaz de lidar com os sinais com menos de 100 miliamperes, embora seja muito pequeno e flexível o suficiente (e altamente recomendado) para facilitar a montagem apertada.

Também conecte um aterramento e um fio Vcc (usei 26ga, são os azuis das fotos). Este fio transporta mais corrente, portanto, use uma bitola grande para reduzir a queda de tensão (e a radiação potencial do sinal de ruído).

Conecte o MCU com a placa RFM-69. Todos, exceto os fios longos, vão para ele.

Dobre a placa de rádio para baixo sobre a placa MCU. Não deve haver shorts entre as pranchas. Se parecer haver um potencial real de um curto, use um pedaço de fita adesiva ou plástico.

Adicione o fio da antena (22-24ga. 80mm) na placa do rádio, como pode ser visto na foto.

Etapa 3: Teste de Desenvolvimento

Para a implementação dessas unidades, você pode pular esta seção. Para os interessados, dá um pouco mais de informações sobre como cheguei lá.

Um comprimento de onda de ¼ para 915 MHz é 82 mm. O tutorial do Sparkfun.com sugere o uso de 78 mm. Eu entendo que o técnico da antena diz que quando a antena está a ½ comprimento de onda do aterramento, sua antena agirá como se fosse cerca de 5% mais longa do que é. Quanto a 915Mhz isso seria menos de trinta centímetros e normalmente você opera esta unidade muito mais alta do chão do que isso, descarto esse comprimento de 78mm. No entanto, existem outros fatores que podem causar efeitos semelhantes, sendo recomendável usar menos do que exatamente ¼ de comprimento de onda. Eu me comprometi e cortei os fios da antena para um total de 80 mm (incluindo a seção que passa pelo PCB). Com o equipamento de teste adequado, você pode otimizar melhor o comprimento da antena de sua unidade, mas espero apenas pequenas melhorias.

Após os ajustes, consegui cerca de 250m de alcance máximo com alguns obstáculos. Além de dizer 150m, a orientação e a posição da antena tornaram-se cada vez mais importantes.

Quando usei uma configuração de antena tipo dipolo completo (um elemento ativo vertical de 80 mm oposto a um elemento de fio terra de 80 mm apontando para baixo) para uma unidade, obtive, com posicionamento de tentativa e erro, até 400 metros com várias árvores e uma casa entre eles, e comunicação bidirecional sólida a ½ dessa distância, independentemente da posição ou orientação das unidades remotas.

Etapa 4: preparar a caixa do projeto

A construção deste projeto em uma pequena caixa é bastante desafiadora. Tenho a experiência de construir muitos aparelhos eletrônicos personalizados para projetos domésticos, industriais e aeroespaciais. O novato pode preferir usar uma caixa de contêiner maior, tornando a construção muito mais fácil. Afinal, é o prazer que procuramos, não a frustração. Aliás, você pode notar pequenas diferenças nas fotos das unidades que construí.

Limpe grande parte do interior da caixa. Use um cinzel ou faca X-acto para cortar duas costelas à direita e uma à esquerda. (veja a foto do interior de uma caixa antes e depois)

Aqueça a ponta de um X-acto ou faca de aparar (por ~ 15 segundos usando um isqueiro) e corte o grande poste, dentro da caixa, e baixe os outros dois para cerca de 1/8 de polegada. Assim que montei o interruptor, derreti os dois postes o suficiente para mantê-lo no lugar.

Usei fita adesiva na caixa para marcar os locais dos furos. Veja as fotos acima.

A fim de manter a perfuração dos orifícios na marca, primeiro marquei os pontos com a ponta de um dardo, depois perfurei todos os locais com uma broca 1/16 e, finalmente, perfurei cada orifício até o tamanho desejado.

Faça os furos para os botões, áudio e LEDs na caixa. Os dois orifícios para os LEDs principais, na parte superior, são de 13/64”(5 mm) e estão a 10 mm da borda. Os orifícios para o áudio (bip-buzzer) e o led “On” opcional são de 1/8”(3mm). Eles estão a 10 mm do topo. O pequeno led está a 7 mm de lado. O orifício de áudio é centralizado lado a lado. Os furos para os botões, na lateral, são 9/16”(3,5 mm). Um botão está a 10 mm da parte superior, o outro a 20 mm. Chanfrei o interior dos orifícios dos botões, manualmente, com uma broca de 1/4”, para ajudar a garantir que os botões não ficassem presos quando pressionados.

Se você estiver usando um conector fono para fones de ouvido ou alto-falantes externos, é necessário abrir o orifício pré-existente na parte inferior para 15/64”. O material aqui é bastante espesso e simplesmente tentar perfurá-lo resultaria em um furo muito próximo da borda. Portanto, primeiro faça um furo de 1/16, com seu centro a cerca de 16 cm da borda do furo existente. Em seguida, aumente esse orifício com uma broca de 7/16”. Com uma lâmina pequena e afiada (~ Xacto), corte o material de modo que os dois orifícios adjacentes sejam aproximadamente um. Use uma raspadeira espiral Dremel ou uma lima de rabo de rato para que os orifícios formem um orifício bem redondo, que uma broca centralize facilmente. O orifício deve ter quase 15/64 neste ponto. (Há uma foto do furo neste ponto) Agora fure com uma broca de 15/64”. Não seria 'Horrível' se você usasse ¼ de bit.

Etapa 5: anexando componentes de E / S periféricos

Ao soldar dentro do gabinete, certifique-se de não permitir que nenhuma parte do ferro toque inadvertidamente e, assim, derreta uma parte da caixa, especialmente ao longo de sua borda externa.

Os botões

Prenda os botões com uma pequena quantidade de cola enquanto os posiciona. A cola quente está OK, a cola fina (como a super cola) pode entrar no botão, tornando-o inoperante. Observe que eu removi uma perna de cada um dos botões (redundantes, aos quais eu não estava conectando); dobrou-os para que não se destacassem muito; e conectou os dois pinos inferiores entre os botões. Os botões estão situados de forma que as pernas conectadas internamente fiquem horizontalmente opostas uma à outra.

Dobre os fios do LED “liga / desliga” de 3 mm para que ele possa ser conectado através do Btn1, seu cátodo indo para o lado do aterramento. Este é talvez o problema de montagem mais complicado.

Marque o lado dos LEDs ao lado do ânodo vermelho. Corte os dois ânodos (externos) em cerca de ¼ de polegada. oriente-os com a guia marcada (vermelha) para cima. Deixe o cabo central comprido, eles são mais tarde dobrados para se conectar ao lado terra dos botões. Consulte as fotos.

Anexe os resistentes.

Não use simplesmente os resistores de valor que fiz para os LEDs. Comprei meus LEDs há mais de um ano, não exatamente os listados acima. Como a eficiência do LED varia muito, teste os valores do resistor para usar com os LEDs disponíveis. Escolha resisters para o brilho que você deseja com uma voltagem de 3 a 3,3 volts (de preferência 3,2 V). Para um teste de tensão de alimentação, você pode usar duas baterias de 1,5 V em série ou uma saída digital alta de um chip Arduino de 3,3 V alimentado. Verifique se você obtém um bom amarelo verdadeiro ao dirigir os elementos vermelho e verde. Apare e solde os resistores aos LEDs de maneira semelhante à vista nas fotos.

Em uma unidade, usei um palito de picolé como espaçador em torno dos dois LEDs principais para que eles não se destacassem tanto. Esta é uma preferência estritamente pessoal. Isso tem um efeito colateral negativo de reduzir o brilho efetivo / ângulo de visão desses LEDs.

Coloque um pouco de cola ao longo da borda externa da campainha e cole-a entre os LEDs principais (+ à direita). Ajuste sua posição para que se alinhe com o orifício na caixa antes de ser fixada no lugar.

O interruptor liga / desliga é mantido no lugar derretendo os postes dos orifícios de montagem. Usei a ponta aquecida em uma pequena chave de fenda para isso.

A porca do fone de ouvido não se conecta, então use cola quente na extremidade oposta para prendê-la.

Conecte o aterramento aos botões e LEDs.

Prepare um chumbo positivo e negativo (~ 24ga. Sólido) martelando as pontas aparadas para que tenham o dobro de largura e espessura. As extremidades devem então entrar no conector da bateria facilmente, mas confortáveis. Claro, se você tem ou pode encontrar um cabo de interconexão destinado a se conectar com sua bateria, use-o por suposto.

Ligue o interruptor liga / desliga, o conector do fone de ouvido, a campainha e os fios de alimentação. Consulte o diagrama de fiação anterior.

Eu tenho um pequeno capacitor nas conexões fono. Isso pode ser deixado de fora, pois é um ajuste apertado. Seu objetivo é evitar ruídos de baixo nível na saída.

Depois que os botões (assim como o botão liga / desliga e o conector phono) estiverem totalmente conectados e soldados, cole-os com cola quente no lugar para que não se movam mesmo após um uso extensivo.

Etapa 6: Montagem Final Completa

É hora de conectar o subsistema de rádio MCU ao gabinete com os dispositivos de E / S.

Conecte o subsistema de rádio MCU.

Apare os fios conforme necessário, deixando apenas folga suficiente para que o conjunto do subsistema possa ficar fora do caminho o suficiente para permitir a soldagem das outras extremidades dos fios.

Certifique-se de conectar os fios do LED principal aos corretos vermelho / verde e, principalmente, obter a relação esquerda / direita correta. Os LEDs são invertidos da esquerda para a direita conforme você olha dentro do gabinete para saber como segura e usa o comunicador. (a menos que pretenda usar as unidades com o lado oposto voltado para você, como uma pessoa canhota faria).

Mova o subsistema MCU-Radio no lugar e pressione-o para baixo, dobrando os fios conforme necessário, na caixa; verificando se não há shorts sendo feitos. Coloque um pedaço de fita isolante embaixo dele, se necessário.

Você pode reprogramar esta unidade durante a montagem, conforme visto na próxima seção, com um FDDI conectado temporariamente por meio de um cabo curto. Certifique-se de que o nível de Vcc do cabo de download USB seja 3.3v, não 5v!

Coloque a bateria, deslize a parte traseira e teste-a, visto que você já baixou o software nela. Tenha cuidado para não permitir que a bateria pressione o botão de reinicialização da placa MCU.

BTW, uma bateria de 300 mah deve durar cerca de 12 horas de operação, antes de precisar ser recarregada.

Etapa 7: O Software e Recursos e Operação do Dispositivo

A outra grande parte deste projeto, da qual depende seu funcionamento, é a programação do software. Mas eu resolvi tudo isso, então você não precisa.

Você pode encontrar facilmente instruções para baixar um esboço para um Pro mini Arduino em outro lugar. Configure seu IDE Arduino para o dispositivo e frequência operacional corretos, caso contrário, você obterá um áudio ruim e talvez um comportamento incorreto. Certifique-se de usar um conversor USB-TTL com 3,3 V (não 5 V). A unidade deve estar desligada. Você pode ver que coloquei um cabeçalho de ângulo reto na extremidade do cabo de download e, em seguida, inseri-o nos orifícios associados na placa MCU e deixei a unidade pendurada nele, mantendo uma conexão boa o suficiente, mas temporária.

Você também precisa instalar a biblioteca para o RMF69; consulte "Instalando a Biblioteca RFM69" bem abaixo nesta página.

Edite apropriadamente (veja o segmento de código abaixo), compile e baixe o esboço Two_bit_Comm anexado.

// !!!! Endereços para este nó. REVERSE AS IDs PARA O SEGUNDO NÓ !!!!

#define MYNODEID 1 // ID do meu nó (0 a 255) #define TONODEID 2 // ID do nó de destino (0 a 254, 255 = transmissão)

O software tira proveito da versão 'H' de alta potência dos módulos de rádio, inicialmente usando uma potência média, e depois não consegue obter um reconhecimento de volta ao tentar com a potência máxima. Eu não sei, mas eu esperaria que esta operação não apresentasse nenhum problema se alguém usasse a versão de não alta potência dos rádios.

Documentação Operacional

Inicialização, ao ligar:

Quando uma unidade é reiniciada, ela inicializa todo o seu hardware e software e envia suas configurações de Modo e Opção para a outra unidade, mantendo-as sincronizadas. Há um único bipe curto e, se essa comunicação inicial for bem-sucedida, haverá outro bipe e uma luz verde acesa. Se neste ponto a comunicação falhar, não haverá um segundo bipe e uma luz vermelha será acesa. Se a comunicação falhar, é provável que a outra unidade esteja fora do alcance, desligada ou sem bateria. Várias tentativas e um aumento da potência máxima de transmissão são tentadas antes que a falha seja aceita.

Modo 1 - 10-20 Tipo Comm

• Olá
• Precisa de assistência
• AJUDA!
• Feito ? Pronto para ir ?
• Onde você está ?
• Liga para mim.
• Por favor repita

As convenções de resposta apropriadas também são definidas. Incluindo respostas de "Tipo de área" e "Tipo de seção" para "Onde você está?" solicitações de.

Deve-se observar que você precisa ser paciente quando a unidade estiver exibindo uma resposta, pois os pressionamentos de botão durante esse período serão ignorados.

Modo 2 - permite uma forma de comunicação em código Morse

Ambos os estilos de chave única e de duas chaves são suportados.

O documento anexo "Two_bit_Comm_user_Manual" cobre todos os detalhes da operação funcional suportada pelo software.