كيفية واجهة وحدة rfm69hcw rf مع اردوينو للاتصال اللاسلكي

عندما يتعلق الأمر بمنح مشاريعك قدرات لاسلكية ، فإن جهاز الإرسال والاستقبال الهجين ASK 433 ميجا هرتز هو خيار شائع بين المهندسين والمطورين والهواة بسبب سعره المنخفض والمكتبات سهلة الاستخدام ودعم المجتمع. لقد قمنا أيضًا ببناء عدد قليل من المشاريع مثل أتمتة المنزل التي يتم التحكم فيها عن طريق الترددات اللاسلكية وجرس الباب اللاسلكي باستخدام وحدة التردد اللاسلكي 433 ميجا هرتز ولكن في كثير من الأحيان لا يكفي جهاز الإرسال والاستقبال الهجين ASK ، فهو نطاق منخفض وطبيعة اتصال أحادية الاتجاه تجعله غير مناسب للعديد من التطبيقات

لحل هذه المشكلة المستمرة ، ابتكر المطورون في HopeRF وحدة RF جديدة رائعة تسمى RFM69HCW. في هذا البرنامج التعليمي ، سنتعرف على وحدة RFM69HCW RF ومزاياها. أولاً ، سنصنع PCB منزلي الصنع لـ RFM69HCW ثم نقوم بواجهة RFM69HCW مع Arduino للتحقق من عملها حتى تتمكن من استخدامها في المشاريع التي تختارها. اذا هيا بنا نبدأ.

وحدة RFM69HCW RF

RFM69HCW عبارة عن وحدة راديو رخيصة وسهلة الاستخدام تعمل في نطاق ISM (الصناعة والعلوم والطب) غير المرخص على غرار وحدة الترددات اللاسلكية nRF24L01 التي استخدمناها في المشاريع السابقة. يمكن استخدامه للتواصل بين وحدتين أو يمكن تهيئته كشبكة متداخلة للتواصل بين مئات الوحدات مما يجعلها خيارًا مثاليًا لبناء شبكات لاسلكية قصيرة المدى وغير مكلفة لأجهزة الاستشعار المستخدمة في أتمتة المنزل ومشاريع الحصول على البيانات الأخرى

ميزات RFM69HCW:

• +20 ديسيبل - 100 ميجا واط قدرة خرج الطاقة
• حساسية عالية: حتى -120 ديسيبل ميلي واط بسرعة 1.2 كيلوبت في الثانية
• تيار منخفض: Rx = 16 مللي أمبير ، احتفاظ بسجل 100nA
• العبوة القابلة للبرمجة: -18 إلى +20 ديسيبل في خطوات 1 ديسيبل
• أداء تردد لاسلكي ثابت على مدى جهد للوحدة
• تعديلات FSK و GFSK و MSK و GMSK و OOK
• يقوم Bit Synchronizer بإجراء استعادة على مدار الساعة
• 115 ديسيبل + النطاق الديناميكي RSSI
• مستشعر الترددات اللاسلكية التلقائي مع AFC فائق السرعة
• محرك رزم مزود بمستشعر درجة الحرارة المدمج CRC-16 و AES-128 و 66 بايت FIFO
• ميزانية عالية الارتباط
• تكلفة منخفضة للغاية

RFM69HCW

تكرر

تم تصميم RFM69HCW للعمل في نطاق ISM (الصناعة والعلم والطب) ، وهو مجموعة من ترددات الراديو غير المرخصة للأجهزة منخفضة الطاقة وقصيرة المدى. تعد الترددات المختلفة قانونية في مناطق مختلفة ، ولهذا السبب تحتوي الوحدة على العديد من الإصدارات المختلفة 315،433،868 و 915 ميجاهرتز. جميع معلمات اتصالات RF الرئيسية قابلة للبرمجة ويمكن ضبط معظمها ديناميكيًا ، كما يوفر RFM69HCW الميزة الفريدة لأنماط الاتصال ضيق النطاق والنطاق العريض القابل للبرمجة.

ملحوظة: نظرًا لقوتها المنخفضة نسبيًا وقصر المدى ، لن يكون تنفيذ هذه الوحدة في مشروع صغير مشكلة ، ولكن إذا كنت تفكر في إخراج منتج منه ، فتأكد من أنك تستخدم التردد الصحيح لـ موقعك.

نطاق

لفهم النطاق بشكل أفضل ، يتعين علينا التعامل مع موضوع معقد تمامًا يسمى ميزانية ارتباط التردد اللاسلكي. إذن ، ما هي ميزانية الارتباط هذه وما سبب أهميتها؟ تشبه ميزانية الارتباط أي ميزانية أخرى ، وهي شيء لديك في البداية وتنفقه بمرور الوقت إذا تم استنفاد ميزانيتك ، فلا يمكنك إنفاق المزيد.

ترتبط ميزانية الارتباط أيضًا بالوصلة أو الاتصال بين المرسل والمستقبل ، ويتم ملؤها بواسطة قوة الإرسال الخاصة بالمرسل وحساسية جهاز الاستقبال ويتم حسابها بالديسيبل أو ديسيبل وهو أيضًا التردد- يعتمد. يتم خصم ميزانية الارتباط من خلال جميع أنواع العوائق والضوضاء بين المرسل والمستقبل مثل كبلات المسافة وجدران المباني والأشجار إذا تم استخدام ميزانية الارتباط ، يقوم جهاز الاستقبال فقط بإنشاء بعض الضوضاء عند الإخراج ولن نحصل على أي إشارة قابلة للاستخدام. وفقًا لورقة البيانات الخاصة بـ RFM69HCW ، لديها ميزانية ارتباط تبلغ 140 ديسيبل مقارنة بـ 105 ديسيبل من ASK Hybrid Transmitter ولكن ماذا يعني هذا هل هذا فرق مهم؟ لحسن الحظ ، نجدحاسبات ميزانية Radio Link عبر الإنترنت ، لذلك دعونا نجري بعض العمليات الحسابية لفهم الموضوع بشكل أفضل. أولاً ، لنفترض أن لدينا خط رؤية اتصال بين المرسل والمستقبل وكل شيء على ما يرام لأننا نعلم أن ميزانيتنا لـ RFM69HCW هي 140 ديسيبل ، لذلك دعونا نتحقق من أكبر مسافة نظرية يمكننا توصيلها ، وقمنا بتعيين كل شيء على الصفر والمسافة إلى 500 كيلو متر ، التردد إلى 433 ميجا هرتز ونحصل على قوة استقبال أفقية تبلغ 139.2 ديسيبل ميلي واط

الآن ، قمت بتعيين كل شيء على الصفر والمسافة على تردد 9 كيلومترات إلى 433 ميجا هرتز وحصلنا على طاقة أفقية مستلمة تبلغ 104.3 ديسيبل ميلي واط

لذلك مع المقارنة أعلاه ، أعتقد أنه يمكننا أن نتفق جميعًا على أن وحدة RFM69 أفضل بكثير من ASK Hybrid Transmitter ووحدة الاستقبال.

الهوائي

الحذر! يعد توصيل هوائي بالوحدة أمرًا إلزاميًا لأنه بدونه يمكن أن تتلف الوحدة بسبب قوتها المنعكسة.

إنشاء هوائي ليس بالصعوبة التي قد يبدو عليها. يمكن صنع أبسط هوائي فقط من سلك 22SWG أحادي الجديلة. و الطول الموجي للتردد يمكن حساب الصيغة الخامس / و ، حيث الخامس هو سرعة نقل و و هو (متوسط) تردد الإرسال. في الهواء ، v يساوي c ، سرعة الضوء ، وهي 299.792.458 m / s. الطول الموجي لنطاق 433 ميجاهرتز هو 299.792.458 / 433.000.000 = 34.54 سم. نصف هذا 17،27 سم والربع 8،63 سم.

بالنسبة للنطاق 433 ميجا هرتز ، يكون الطول الموجي 299.792.458 / 433.000.000 = 69.24 سم. نصف هذا هو 34.62 سم ​​والربع 17.31 سم. إذن من الصيغة أعلاه ، يمكننا أن نرى عملية حساب طول سلك الهوائي.

متطلبات الطاقة

يتميز RFM69HCW بجهد تشغيل يتراوح بين 1.8 فولت و 3.6 فولت ويمكنه سحب ما يصل إلى 130 مللي أمبير من التيار عند الإرسال. في الجدول أدناه ، يمكننا أن نرى بوضوح استهلاك الطاقة للوحدة في ظروف مختلفة

تحذير: إذا كان Arduino الذي اخترته يستخدم مستويات منطقية 5 فولت للتواصل مع الأجهزة الطرفية ، فإن توصيل الوحدة مباشرة إلى Arduino سيؤدي إلى إتلاف الوحدة

رمز	وصف	الظروف	دقيقة	النوع	ماكس	وحدة
IDDSL	الحالي في وضع السكون		-	0.1	1	uA
IDDIDLE	الحالي في وضع الخمول	تم تمكين مذبذب RC	-	1.2	-	uA
IDDST	الحالي في وضع الاستعداد	تم تمكين مذبذب الكريستال	-	1.25	1.5	uA
IDDFS	الحالي في المركب الوضع		-	9	-	uA
IDDR	الحالي في وضع الاستلام		-	16	-	uA
IDDT	إمداد التيار في وضع الإرسال مع مطابقة مناسبة ومستقرة عبر نطاق VDD	RFOP = +20 ديسيبل ، على PA_BOOST RFOP = +17 ديسيبل ميلي واط ، على PA_BOOST RFOP = +13 ديسيبل ، على دبوس RFIO RFOP = +10 ديسيبل ، على دبوس RFIO RFOP = 0 ديسيبل ، على دبوس RFIO RFOP = -1 ديسيبل ، على دبوس RFIO	- - - - - -	130 95 45 33 20 16	- - - - - -	مللي أمبير مللي أمبير مللي أمبير مللي أمبير ماما

في هذا البرنامج التعليمي ، سنستخدم اثنين من محولات Arduino Nano واثنين من محولات المستوى المنطقي للتواصل مع الوحدة. نحن نستخدم Arduino nano's لأن المنظم الداخلي المدمج يمكنه إدارة تيار الذروة بكفاءة عالية. سيوضح لك مخطط Fritzing في قسم الأجهزة أدناه بشكل أكثر وضوحًا.

ملاحظة: إذا كان مصدر الطاقة الخاص بك لا يمكنه توفير 130 مللي أمبير من تيار الذروة ، فقد يعيد Arduino تشغيله أو أسوأ من ذلك ، يمكن أن تفشل الوحدة في الاتصال بشكل صحيح ، في هذه الحالة ، يمكن لمكثف ذو قيمة كبيرة مع ESR منخفض تحسين الموقف

منافذ الوحدة النمطية RFM69 والوصف

ضع الكلمة المناسبة	وظيفة	وظيفة	ضع الكلمة المناسبة
ANT	خرج / إدخال إشارة التردد اللاسلكي.	قوة الأرض	GND
GND	هوائي أرضي (مثل أرضي الطاقة)	إدخال / إخراج رقمي ، تكوين برنامج	DIO5
DIO3	إدخال / إخراج رقمي ، تكوين برنامج	إعادة تعيين إدخال الزناد	RST
DIO4	إدخال / إخراج رقمي ، تكوين برنامج	رقاقة SPI حدد الإدخال	NSS
3.3 فولت	3.3 فولت العرض (130 مللي أمبير على الأقل)	مدخلات SPI Clock	SCK
DIO0	إدخال / إخراج رقمي ، تكوين برنامج	إدخال بيانات SPI	MOSI
DIO1	إدخال / إخراج رقمي ، تكوين برنامج	إخراج بيانات SPI	ميسو
DIO2	إدخال / إخراج رقمي ، تكوين برنامج	قوة الأرض	GND

إعداد مجلس التطوير المخصص

عندما اشتريت الوحدة ، لم تكن تأتي مع لوحة اندلاع متوافقة مع اللوح ، لذلك قررنا صنعها بنفسي. إذا كان عليك أن تفعل الشيء نفسه ، فما عليك سوى اتباع الخطوات. لاحظ أيضًا أنه ليس من الضروري اتباع هذه الخطوات ، يمكنك ببساطة لحام الأسلاك بوحدة RF وتوصيلها بلوح التجارب وستظل تعمل. إنني أتبع هذا الإجراء فقط للحصول على إعداد مستقر وصلب.

الخطوة 1: قم بإعداد المخططات لوحدة RFM69HCW

الخطوة 3: قم بإعداد PCB لذلك ، أنا أتبع هذا البرنامج التعليمي Home Made PCB. لقد طبعت البصمة على لوح نحاسي وأسقطتها في محلول النقش

الخطوة 4: اتبع الإجراء لكل من اللوحات ولحام الوحدة الخاصة بك بالبصمة. بعد لحام كلتا الوحدتين الخاصتين بي تبدو هكذا أدناه

و pinout من RFM69HCW RF الوحدة ويرد في الشكل أدناه

المواد المطلوبة

فيما يلي قائمة بالأشياء التي ستحتاجها للتواصل مع الوحدة

• وحدتا RFM69HCW (بترددات مطابقة):
  • 434 ميجا هرتز (WRL-12823)
• اثنان من Arduino (أنا أستخدم Arduino NANO)
• محولات المستوى المنطقي
• لوحان منفصلان (أنا أستخدم لوحة اندلاع مخصصة)
• زر ضغط
• أربعة مصابيح LED
• واحد 4.7 كيلو المقاوم أربعة 220 أوم المقاوم
• أسلاك توصيل
• سلك نحاسي مطلي بالمينا (22AWG) لعمل الهوائي.
• وأخيرًا اللحام (إذا لم تكن قد فعلت ذلك بالفعل)

اتصال الأجهزة

في هذا البرنامج التعليمي ، نستخدم Arduino nano الذي يستخدم منطق 5 فولت ولكن الوحدة النمطية RFM69HCW تستخدم مستويات المنطق 3.3 فولت كما ترون بوضوح في الجدول أعلاه لذلك للتواصل بشكل صحيح بين جهازين ، يكون محول المستوى المنطقي إلزاميًا ، في الرسم التخطيطي المثير أدناه لقد أوضحنا لك كيفية توصيل Arduino nano بوحدة RFM69.

عقدة المرسل مخطط فريتزينج

عقدة مرسل جدول الاتصال

اردوينو دبوس	RFM69HCW دبوس	I / O دبابيس
د 2	DIO0	-
د 3	-	TAC_SWITCH
د 4	-	LED_GREEN
د 5	-	LED_RED
D9	-	LED_BLUE
D10	NSS	-
D11	MOSI	-
D12	ميسو	-
D13	SCK	-

عقدة استقبال مخطط فريتزينج

عقدة استقبال جدول الاتصال

اردوينو دبوس	RFM69HCW دبوس	I / O دبابيس
د 2	DIO0	-
D9	-	يؤدى
D10	NSS	-
D11	MOSI	-
D12	ميسو	-
D13	SCK	-

تشغيل مثال الرسم

في هذا البرنامج التعليمي ، سنقوم بإعداد عقدتين Arduino RFM69 ونجعلهما يتواصلان مع بعضهما البعض. في القسم أدناه ، سنعرف كيفية إعداد الوحدة وتشغيلها بمساعدة مكتبة RFM69 التي كتبها Felix Rusu من LowPowerLab.

استيراد المكتبة

نأمل أن تكون قد قمت ببعض برمجة Arduino من قبل وتعرف كيفية تثبيت مكتبة. إذا لم يكن الأمر كذلك ، فتحقق من قسم استيراد مكتبة.zip من هذا الارتباط

توصيل العقد

قم بتوصيل USB من عقدة المرسل بجهاز الكمبيوتر الخاص بك ، يجب إضافة رقم منفذ COM جديد إلى قائمة "الأدوات / المنفذ" في Arduino IDE ، قم بخفضه ، الآن قم بتوصيل عقدة الاستقبال ، يجب أن يظهر منفذ COM آخر في الأدوات / قائمة المنافذ ، قم أيضًا بخفضها ، بمساعدة رقم المنفذ ، سنقوم بتحميل المخطط إلى المرسل وعقدة المستقبِل.

افتتاح جلستين اردوينو

افتح جلستي Arduino IDE عن طريق النقر المزدوج فوق رمز Arduino IDE بعد تحميل الجلسة الأولى ، ومن الضروري فتح جلستي Arduino لأن هذه هي الطريقة التي يمكنك من خلالها فتح نافذة شاشة Arduino التسلسلية ومراقبة إخراج عقدتين في نفس الوقت

فتح رمز المثال

الآن عندما يتم إعداد كل شيء ، نحتاج إلى فتح رمز المثال في كلتا جلستي Arduino للقيام بذلك ، انتقل إلى

ملف> أمثلة> RFM6_LowPowerLab> أمثلة> TxRxBlinky

وانقر فوقه لفتحه

تعديل رمز المثال

1. بالقرب من أعلى الكود ، ابحث عن #define NETWORKID وقم بتغيير القيمة إلى 0. باستخدام هذا المعرف ، يمكن لجميع عقدك التواصل مع بعضها البعض.
2. ابحث عن #define FREQUENCY قم بتغيير هذا لمطابقة تردد اللوحة (بلدي هو 433_MHz).
3. ابحث عن #define ENCRYPTKEY ، هذا هو مفتاح تشفير 16 بت الخاص بك.
4. ابحث عن #define IS_RFM69HW_HCW ، وأزل التعليق إذا كنت تستخدم وحدة RFM69_HCW
5. وأخيرًا ، ابحث عن #define NODEID ، يجب تعيينه كمستقبل افتراضيًا

الآن قم بتحميل الكود إلى عقدة المستقبل التي قمت بإعدادها مسبقًا.

حان الوقت لتعديل مخطط عقدة المرسل

الآن في #define NODEID الماكرو ، قم بتغييره إلى SENDER وتحميل الكود إلى عقدة المرسل.

هذا كل شيء ، إذا كنت قد فعلت كل شيء بشكل صحيح ، فلديك نموذجان كاملان للعمل جاهزان للاختبار.

العمل على مثال رسم

بعد التحميل الناجح لـ Sketch ، ستلاحظ أن مؤشر LED الأحمر المتصل بالدبوس D4 من Arduino يضيء ، والآن اضغط على الزر في Sender Node وستلاحظ أن مؤشر LED الأحمر ينطفئ والصمام الأخضر وهو متصل بـ Pin D5 من Arduino يضيء كما هو موضح في الصورة أدناه

يمكنك أيضًا ملاحظة الضغط على الزر! نص في نافذة Serial monitor كما هو موضح أدناه

لاحظ الآن مؤشر LED الأزرق المتصل بـ Pin D9 من عقدة المرسل ، وسوف يومض مرتين وفي نافذة Serial Monitor الخاصة بعقدة الاستلام ، ستلاحظ الرسالة التالية وأيضًا مؤشر LED الأزرق المتصل بـ D9 pin في سوف تضيء عقدة الاستقبال. إذا رأيت الرسالة أعلاه في نافذة Serial Monitor الخاصة بعقدة جهاز الاستقبال وأيضًا إذا أضاء LED ، فتهانينا! لقد نجحت في توصيل وحدة RFM69 بـ Arduino IDE. يمكن أيضًا العثور على العمل الكامل لهذا البرنامج التعليمي في الفيديو المقدم في أسفل هذه الصفحة.

الكل في كل هذه الوحدات يثبت أنها رائعة لبناء محطات الطقس وأبواب المرآب ووحدة التحكم في المضخة اللاسلكية بمؤشر وطائرات بدون طيار وروبوتات وقطتك… لا حدود للسماء! آمل أن تكون قد فهمت البرنامج التعليمي واستمتعت ببناء شيء مفيد. إذا كانت لديك أي أسئلة ، فيرجى تركها في قسم التعليقات أو استخدام المنتديات للاستفسارات الفنية الأخرى.