Com connectar el mòdul rfm69hcw rf amb arduino per a la comunicació sense fils

Quan es tracta de proporcionar capacitats sense fils als vostres projectes, el transmissor i receptor híbrid ASK de 433Mhz és una opció habitual entre enginyers, desenvolupadors i aficionats pel seu baix preu, les biblioteques fàcils d’utilitzar i el seu suport per a la comunitat. També hem construït pocs projectes com la domòtica controlada per RF i el timbre sense fil mitjançant aquest mòdul RF de 433 MHz. Però sovint un transmissor i un receptor ASK híbrids no n’hi ha prou, és de poc abast i la naturalesa de la comunicació de sentit únic fa que no sigui adequat per a moltes aplicacions

Per resoldre aquest problema, els desenvolupadors de HopeRF van idear un nou mòdul de RF anomenat RFM69HCW. En aquest tutorial, coneixerem el mòdul RFM69HCW i els seus avantatges. En primer lloc, fabricarem PCB fabricats a casa per a RFM69HCW i, a continuació, farem una interfície entre RFM69HCW i Arduino per comprovar el seu funcionament i poder-lo utilitzar en els projectes que vulgueu. Comencem, doncs.

Mòdul RFM69HCW

El RFM69HCW és un mòdul de ràdio fàcil d'utilitzar que funciona a la banda ISM sense llicència (Indústria, Ciència i Medicina) similar al mòdul RF nRF24L01 que hem utilitzat en projectes anteriors. Es pot utilitzar per comunicar-se entre dos mòduls o es pot configurar com una xarxa de malla per comunicar-se entre centenars de mòduls, cosa que el converteix en una opció perfecta per construir xarxes sense fils de baix abast per a sensors utilitzats en la domòtica i altres projectes d’adquisició de dades.

Característiques de RFM69HCW:

+20 dBm - Capacitat de sortida de potència de 100 mW
Alta sensibilitat: fins a -120 dBm a 1,2 kbps
Corrent baix: Rx = 16 mA, retenció de registre 100nA
Pout programable: -18 a +20 dBm en passos de 1dB
Rendiment de RF constant en un rang de tensió del mòdul
Modulacions FSK, GFSK, MSK, GMSK i OOK
Sincronitzador de bits integrat que realitza la recuperació de rellotge
115 dB + rang dinàmic RSSI
Sensor automàtic de RF amb AFC ultra-ràpid
Motor de paquets amb CRC-16, AES-128, sensor de temperatura incorporat FIFO de 66 bytes
Pressupost d’enllaç elevat
Molt baix cost

RFM69HCW

Freqüència

El RFM69HCW està dissenyat per funcionar a la banda ISM (Indústria, Científic i Mèdic), un conjunt de freqüències de ràdio sense llicència per a dispositius de baix consum i poc abast. Les diferents freqüències són legals en diferents àrees, de manera que el mòdul té moltes versions diferents de 315.433.868 i 915 MHz. Tots els paràmetres principals de comunicació de RF són programables i la majoria es poden configurar dinàmicament, a més, el RFM69HCW ofereix l'avantatge únic dels modes de comunicació programables de banda estreta i banda ampla.

Nota: A causa de la seva potència i abast relativament baix, la implementació d’aquest mòdul en un petit projecte no serà un problema, però si esteu pensant a fer-ne un producte, assegureu-vos que utilitzeu la freqüència correcta per a la teva localització.

Rang

Per entendre millor la gamma, hem de tractar un tema força complicat anomenat Pressupost d’enllaç RF. Quin és el pressupost d’aquest enllaç i per què és tan important? El pressupost de l’enllaç és com qualsevol altre pressupost, cosa que teniu al principi i que invertiu amb el temps si s’esgota el pressupost, no podeu gastar més.

El pressupost de l’enllaç també té a veure amb un enllaç o la connexió entre l’emissor i el receptor, s’omple amb la potència de transmissió de l’emissor i la sensibilitat del receptor i es calcula en decibels o dB, també és freqüència. dependent. El pressupost de l’enllaç es dedueix de tota mena d’obstacles i sorolls entre l’emissor i el receptor, com ara cables de distància, parets d’arbres, edificis, si s’esgota el pressupost d’enllaç, el receptor només crea una mica de soroll a la sortida i no obtindrem cap senyal útil. Segons el full de dades del RFM69HCW , té un pressupost d’enllaç de 140 dB en comparació amb els 105 dB de l’emissor híbrid ASK, però què significa això, és una diferència important? Afortunadament, ho trobemCalculadores de pressupostos de Radio Link en línia, així que fem alguns càlculs per entendre millor el tema. En primer lloc, suposem que tenim una connexió de línia visual entre l’emissor i el receptor i que tot és perfecte, ja que sabem que el nostre pressupost per a RFM69HCW és de 140 dB, així que comprovem la distància teòrica més gran que podem comunicar, ho establim tot a zero i la distància a 500 KM, freqüència a 433 MHz i obtenim una potència horitzontal de 139,2 dBm

Ara, ho poso tot a zero i la distància a 9 KM de freqüència a 433 MHz i obtenim una potència horitzontal de 104,3 dBm

Per tant, amb la comparació anterior, crec que podem estar d’acord que el mòdul RFM69 és molt millor que el transmissor híbrid ASK i un mòdul receptor.

L’antena

Atenció! Connectar una antena al mòdul és obligatori perquè sense ella el mòdul es pot danyar per la seva pròpia potència reflectida.

Crear una antena no és tan dur com pot semblar. L'antena més senzilla es pot fabricar només a partir d'un cable 22SWG d'una sola cadena. La longitud d'ona d'una freqüència es pot calcular mitjançant la fórmula v / f , on v és la velocitat de transmissió i f és la freqüència de transmissió (mitjana). A l’aire, v és igual a c , la velocitat de la llum, que és 299.792.458 m / s. La longitud d'ona de la banda de 433 MHz és, per tant, de 299.792.458 / 433.000.000 = 34,54 cm. La meitat fa 17,27 cm i una quarta part és de 8,63 cm.

Per a la banda de 433 MHz, la longitud d'ona és de 299.792.458 / 433.000.000 = 69,24 cm. La meitat fa 34,62 cm i una quarta part és de 17,31 cm. Per tant, a partir de la fórmula anterior, podem veure el procés de càlcul de la longitud del cable de l’antena.

Requisit de potència

El RFM69HCW té una tensió de funcionament entre 1,8V i 3,6V i pot consumir fins a 130mA de corrent quan transmet. A continuació, a la taula, podem veure clarament el consum d'energia del mòdul en diferents condicions

Advertiment: si el vostre Arduino escollit utilitza nivells lògics de 5V per comunicar-se amb el perifèric connectant el mòdul directament a Arduino, el mòdul es danyarà.

Símbol	Descripció	Condicions	Mín	Tipus	Màx	Unitat
IDDSL	Actual en mode de repòs		-	0,1	1	uA
IDDIDLE	Actual en mode d'inici	Oscil·lador RC habilitat	-	1.2	-	uA
IDDST	Corrent en mode d'espera	S'ha activat l'oscil·lador de cristall	-	1,25	1.5	uA
IDDFS	actual al sintetitzador mode		-	9	-	uA
IDDR	actual en mode de recepció		-	16	-	uA
IDDT	Subministre el corrent en mode de transmissió amb una coincidència adequada, estable en el rang de VDD	RFOP = +20 dBm, a PA_BOOST RFOP = +17 dBm, a PA_BOOST RFOP = +13 dBm, al pin RFIO RFOP = +10 dBm, al pin RFIO RFOP = 0 dBm, al pin RFIO RFOP = -1 dBm, al pin RFIO	- - - - - -	130 95 45 33 20 16	- - - - - -	mA mA mA mA mAmA

En aquest tutorial, utilitzarem dos Arduino Nano i dos convertidors de nivell lògic per comunicar-nos amb el mòdul. Estem utilitzant Arduino nano's perquè el regulador intern incorporat pot gestionar el corrent pic de manera molt eficient. El diagrama de Fritzing de la secció de maquinari següent us ho explicarà amb més claredat.

NOTA: Si la font d'alimentació no pot proporcionar 130 mA de corrent pic, Arduino pot reiniciar-se o pitjor encara, el mòdul no pot comunicar-se correctament. En aquesta situació, un condensador de gran valor amb un ESR baix pot millorar la situació

Pinouts i descripció del mòdul RFM69

Etiqueta	Funció	Funció	Etiqueta
FORMIGA	Sortida / entrada de senyal RF.	Terra de potència	GND
GND	Terra de l'antena (igual que la terra de potència)	E / S digital, programari configurat	DIO5
DIO3	E / S digital, programari configurat	Restableix l'entrada del disparador	RST
DIO4	E / S digital, programari configurat	Entrada de selecció de xip SPI	NSS
3,3V	Subministrament de 3,3 V (almenys 130 mA)	Entrada de rellotge SPI	SCK
DIO0	E / S digital, programari configurat	Entrada de dades SPI	MOSI
DIO1	E / S digital, programari configurat	Sortida de dades SPI	MISO
DIO2	E / S digital, programari configurat	Terra de potència	GND

Preparació del tauler de desenvolupament personalitzat

Quan vaig comprar el mòdul, no venia amb una placa de ruptura compatible amb taulers, de manera que hem decidit fer-ne un jo mateix. Si és possible que hagueu de fer el mateix, seguiu els passos. Tingueu en compte, a més, que no és obligatori seguir aquests passos, simplement podeu soldar cables al mòdul RF i connectar-los a la taula de treball i encara funcionaria. Segueixo aquest procediment només per obtenir una configuració estable i resistent.

Pas 1: prepareu els esquemes per al mòdul RFM69HCW

Pas 3: Prepareu-ne un PCB, estic seguint aquest tutorial de PCB casolà. Vaig imprimir la petjada sobre una pissarra de coure i la vaig deixar caure a la solució de gravat

Pas 4: seguiu el procediment per a les dues taules i soldeu el mòdul a la petjada. Després de soldar els dos mòduls, semblen els següents

El detall del mòdul RFM69HCW es dóna a la figura següent

Materials necessaris

Aquí teniu la llista de coses que necessitareu per comunicar-vos amb el mòdul

Dos mòduls RFM69HCW (amb freqüències coincidents):
- 434 MHz (WRL-12823)
Dos Arduino (estic fent servir Arduino NANO)
Dos convertidors de nivell lògic
Dos taulers de trencament (estic fent servir un tauler de trencament personalitzat)
Un polsador
Quatre LED
Una resistència de 4,7K, quatre de 220Ohms
Filferros de pont
Fil de coure esmaltat (22AWG), per fer l’antena.
I finalment soldar (si encara no ho heu fet)

Connexió de maquinari

En aquest tutorial estem utilitzant Arduino nano que utilitza una lògica de 5 volts, però el mòdul RFM69HCW utilitza nivells lògics de 3,3 volts, tal com es pot veure clarament a la taula anterior, de manera que per comunicar-se correctament entre dos dispositius és obligatori un convertidor de nivell lògic, al diagrama de fritzing següent. us hem mostrat com connectar l'Arduino nano al mòdul RFM69.

Fritzing Diagram Sender Node

Node remitent de la taula de connexions

Pin Arduino	Pin RFM69HCW	Pins d'E / S
D2	DIO0	-
D3	-	TAC_SWITCH
D4	-	LED_GREEN
D5	-	LED_RED
D9	-	LED_BLU
D10	NSS	-
D11	MOSI	-
D12	MISO	-
D13	SCK	-

Fritzing Diagram Receptor Node

Node receptor de taula de connexions

Pin Arduino	Pin RFM69HCW	Pins d'E / S
D2	DIO0	-
D9	-	LED
D10	NSS	-
D11	MOSI	-
D12	MISO	-
D13	SCK	-

Execució de l’esbós d’exemple

En aquest tutorial, configurarem dos nodes Arduino RFM69 i aconseguirem que es comuniquin entre ells. A la secció següent, sabrem com posar en funcionament el mòdul amb l'ajut de la biblioteca RFM69, escrita per Felix Rusu, de LowPowerLab.

Importació de la biblioteca

Amb sort, heu fet una mica de programació Arduino abans i heu sabut instal·lar una biblioteca. Si no és així, comproveu la secció Importació d’una biblioteca.zip d’aquest enllaç

Connectar els nodes

Connecteu l'USB del node remitent al vostre PC, s'hauria d'afegir un nou número de port COM a la llista "Eines / Port" de l'IDE Arduino, traieu-lo cap avall, ara connecteu el node Receptor que aparegui un altre port COM a les Llista de ports, també la traieu, amb l'ajuda del número de port, penjarem l'esbós al remitent i al node receptor.

Inauguració de dues sessions Arduino

Obriu dues sessions Arduino IDE fent doble clic a la icona Arduino IDE després que es carregui la primera sessió. És obligatori obrir dues sessions Arduino perquè és així com podeu obrir dues finestres de monitor sèrie Arduino i controlar simultàniament la sortida de dos nodes.

Obertura del codi d'exemple

Ara, quan tot està configurat, hem d'obrir el codi d'exemple a les dues sessions d'Arduino per fer-ho, anem

Fitxer> Exemples> RFM6_LowPowerLab> Exemples> TxRxBlinky

i feu-hi clic per obrir-lo

Modificació del codi d'exemple

A prop de la part superior del codi, cerqueu #define NETWORKID i canvieu el valor a 0. Amb aquest identificador, tots els vostres nodes es poden comunicar entre ells.
Cerqueu el #define FREQUENCY canvieu-lo perquè coincideixi amb la freqüència de la placa (la meva és de 433_MHz).
Cerqueu el #define ENCRYPTKEY que és la vostra clau de xifratge de 16 bits.
Cerqueu #define IS_RFM69HW_HCW i descomenteu-lo si utilitzeu un mòdul RFM69_HCW
I, finalment, busqueu #define NODEID, per defecte s’hauria d’establir com a RECEPTOR

Ara pengeu el codi al node receptor que heu configurat anteriorment.

És hora de modificar l’esbós del node remitent

Ara, a la macro #define NODEID, canvieu-la a SENDER i pengeu el codi al vostre node remitent.

Això és tot, si ho heu fet tot correctament, teniu dos models de treball complets a punt per provar.

Funcionament de l’esbós d’exemple

Després de carregar correctament el Sketch, observareu el LED vermell que està connectat amb el pin D4 de l'Arduino que s'encén, ara premeu el botó del node remitent i observareu que el LED vermell s'apaga i el LED verd que està connectat al Pin D5 de l’Arduino s’il·lumina com es mostra a la imatge següent

També podeu observar el botó premut. text a la finestra del monitor sèrie com es mostra a continuació

Ara observeu el LED blau connectat al pin D9 del node remitent, parpellejarà dues vegades i a la finestra del monitor sèrie del node de recepció observareu el següent missatge i també el LED blau connectat al pin D9 a s’encendrà el node receptor. Si veieu el missatge anterior a la finestra del monitor sèrie del node receptor i també si el LED s’encén Felicitats! Heu comunicat amb èxit el mòdul RFM69 amb Arduino IDE. El funcionament complet d'aquest tutorial també es pot trobar al vídeo que es mostra al final d'aquesta pàgina.

Tot plegat, aquests mòduls resulta fantàstic per a la construcció d’estacions meteorològiques, portes de garatge, controlador de bomba sense fils amb indicador, drons, robots, el vostre gat… el cel és el límit! Espero que hàgiu entès el tutorial i us hagi agradat construir alguna cosa útil. Si teniu cap pregunta, deixeu-les a la secció de comentaris o utilitzeu els fòrums per a altres consultes tècniques.