[Komunikacja] Radiowa transmisja danych, cz. II (moduły MMcc1100)

[Elvis]

Artykuł ten jest kontynuacją opisów modułów komunikacji radiowej. W poprzedniej część, przedstawiłem moduły HM-T868S, HM-R868S, RFM12B / 868D oraz CC1000PP-433.

Druga część opisu dotyczy komunikacji przy wykorzystaniu modułów MMcc1100 dostępnych w firmie Propox. Więcej informacji znajduje się na stronie producenta.

Do testów firma Propox dostarczyła dwa moduły MMcc1100 w wersji na 868MHz (dostępne są również wersje 433MHz).

Moduły wyposażone są w układ CC1100, jego poprzednia wersja (CC1000) została opisana w poprzednim artykule.

Nowa wersja układu została znacznie poprawiona. Usunięte zostały największe wady poprzednika, czyli skomplikowany protokół transmisji. Moduł CC1000 wymagał zarówno interfejsu SPI, jak i oddzielnego interfejsu dla danych. W przypadku CC1100 wystarczy SPI.

Moduły wyglądają jak na fotografiach (źródło zdjęć: Propox)

A tak wygląda testowany moduł:

Opis modułów

Do testów niezbędne są co najmniej dwa moduły. Jeden będzie służył jako nadajnik, drugi jako odbiornik. Możliwa jest komunikacja w obu kierunkach w trybie half-duplex.

Każdy moduł może szybko przełączać się między trybami nadawania-odbioru, jednak nie jest możliwe jednocześnie nadawanie i odbieranie danych.

Możliwa jest komunikacja między więcej niż dwoma modułami. Można wysyłać dane do wybranego modułu, a nawet do wszystkich jednocześnie (tzw. rozgłaszanie/broadcasting).

Parametry modułów podawane przez producenta (źródło: Propox):

• Praca w paśmie od 300MHz do 928MHz.

• Częstotliwość pracy ustawiana programowo. Możliwość pracy w pasmach użytkowanych w Europie, USA i Japonii.

• Zasięg przy sprzyjających warunkach nawet do 1km, standardowo ok. 350 m.

• Prędkość transmisji ustawiana programowo od 1,5 kb/s do 500 kb/s.

• Duża czułość odbiornika, do ok. -110dBm.

• Moc wyjściowa do 10 dBm ustawiana programowo w szerokim zakresie.

• Dwa 64-bajtowe bufory nadawczo-odbiorcze. Dzięki znacznemu zautomatyzowaniu transmisji, układ może współpracować z wolnymi procesorami.

• Wewnętrzny układ automatycznej korekcji błędu.

• Wybierany programowo format transmisji danych: FSK, OOK, ASK.

• Możliwość programowego wyboru numeru kanału radiowego - do 255 kanałów.

• Tryb czuwania (1uA) z automatycznym wybudzeniem.

• Napięcie zasilania: 1.8V - 3.3V

• Niski pobór mocy

Warto od razu wyjaśnić, że zakres częstotliwości dotyczy układu CC1100, nie całego modułu. Moduły wykonywane są na określony zakres częstotliwości (433MHz lub 868MHz) i nie można bez zmiany elementów programowo przestroić częstotliwości w tak szerokim zakresie.

Podłączenie

Rozmieszczenie pinów w module odpowiada standardowym listwom goldpin, raster 2,54mm pasuje do typowych gniazd. Ja wykorzystałem przewody, aby nie lutować nic do wypożyczonych modułów.

Piny które trzeba podłączyć to:

• GND - Masa

• 3V3 - zasilanie modułu (1.8V-3.6V)

• ANT - antena

Do komunikacji z mikrokontrolerem wykorzystywany jest standardowy interfejs SPI:

• CS - stan niski uaktywnia magistralę SPI

• SCLK - zegar taktujący magistrali

• SI - szeregowe dane wejściowe (MOSI)

• SO - szeregowe dane wyjściowe (MISO)

Jak widać podłączenie jest bardzo proste.

Jako antenę można użyć zwykły przewód o długości ok. 8cm.

Niestety moduł nie pozwala na pracę z napięciami 5V. Jeśli wykorzystujemy popularne procesory AVR (np. ATMega, ATTiny) konieczne jest użycie wersji niskonapięciowej (z literką L na końcu nazwy, np ATMega8L), albo dodanie konwertera napięć oraz oddzielnego zasilania (3.3V) dla modułu radiowego.

Do testów postanowiłem wykorzystać procesory pracujące z napięciem 3.3V.

Uruchomienie

Do pierwszych testów oba moduły zostały podłączone do jednego procesora.

Wykorzystałem płytkę prototypową STM32-P103 firmy Olimex, dostępną w ofercie firmy http://www.mikroprocesor.pl.

Główne (a przynajmniej wykorzystane) parametry użytej płytki prototypowej to:

• mikrokontroler STM32F103RBT6 (ARM 32 bit CORTEX M3™, 128KB Program Flash, 20KB RAM, USB, CAN, I2C, ADC 12 bit, UART, 2 SPI, TIMERS, fmax 72MHz)

• stabilizator napięcia 3.3V 800mA

• interfejs RS232

• złącze UEXT (10 pin) do podłączenia dodatkowych modułów firmy Olimex

• oscylator kwarcowy 8 MHz

Wybrany procesor zasilany jest napięciem 3.3V, więc nie było problemu z konwersją napięć.

Dwa sprzętowe moduły SPI pozwoliły na łatwe podłączenie jednocześnie nadajnika i odbiornika do jednego procesora.

Wyniki testów wysyłane były do komputera przez łącze RS232.

Pierwszy program

Konfiguracja modułów okazała się nie lada wyzwaniem.

Podobnie jak w przypadku CC1000 możliwości konfiguracji jest bardzo dużo.

Producent układów dostarcza specjalny program do ustalania konfiguracji SmartRF Studio.

Poza programem do ustalania konfiguracji, konieczne okazało się dokładne zapoznanie z dokumentacją układu (dostępną tutaj).

Producent nie dostarcza niestety przykładowych programów, więc program testowy dość długo nie chciał zadziałać.

W końcu jednak udało się przesłać komunikat z jednego modułu do drugiego.

Wspomnę tylko, że poza samą konfiguracją układu konieczne jest jego programowe zresetowanie oraz zadbanie o odpowiedni stan pracy układu (w dokumentacji opisany jest odpowiedni automat stanowy).

Wersja mobilna

Przesyłanie danych między interfejsami tego samego procesora jest mało ciekawym zadaniem.

Do kolejnego testu konieczne było użycie drugiego procesora.

Tym razem wybór również padł na płytkę wyprodukowaną przez Olimex. Wykorzystałem moduł STM32-103STK.

Podstawowe parametry płytki:

• mikrokontroler STM32F103RBT6

• wyświetlacz LCD NOKIA 3310 BW 84x48 pixels

• gniazdo baterii 1.5V

• przetwornica podwyższająca napięcie,
• akcelerometr 3D,
• gniazdo kart SD-MMC

• wejście i wyjście audio

• dwa przyciski i joystick (4 kierunki i przycisk)

• dioda LED

Moduł pracuje z napięciem 3.3V, chociaż zasilany jest jedną baterią 1.5V.

Duży wyświetlacz pozwala na odczyt komunikatów testowych.

Procesor identyczny jak w wersji poprzedniej ułatwił przeniesienie programu.

Testy

Pierwsza płytka (STM32-P103) została podłączona do modułu skonfigurowanego jako nadajnik. Program testowy wysyłał cyklicznie komunikat.

Druga płytka (STM32-103STK) pracowała jako odbiornik. Program testowy wyświetlał odebrane informacje na LCD.

Chodząc z drugą płytką w ręku można było przetestować zasięg i możliwości modułów.

Na początek przetestowałem komunikację w obrębie mieszkania. Zasięg był wszędzie, jedynie przy przemieszczaniu czasem pojawiały się błędy (kontrola CRC wbudowana w układ nie zawsze wystarczała). Możliwe, że powodem problemów było bardzo prowizoryczne podłączenie modułów radiowych.

Kolejny test polegał na wyjściu poza mieszkanie. Chodząc po klatce schodowej udało mi się ustalić zasięg pracy modułów na jakieś 2-3 piętra. Prawdopodobnie byłby większy, gdyby możliwe było testowanie w jednym pionie (nadajnik był w mieszkaniu, z odbiornikiem chodziłem po klatce schodowej, więc dodatkowo sygnał tłumiony był przez ściany jeszcze w mieszkaniu). Nie zdobyłem się jednak na odwagę, żeby prosić sąsiadów o pozwolenie na testy w ich mieszkaniach.

Pozostało mi tylko sprawdzić, czy jest zasięg poza budynkiem. Nadajnik znajdował się w mieszkaniu, na 3 piętrze.

Po wyjściu z budynku niestety nie było zasięgu. Szybko okazało się jednak, że z drugiej strony bloku zasięg jest.

Ściany bardzo silnie tłumią fale, więc większe znaczenie niż odległość miała liczba ścian po drodze.

Po stronie bloku, gdzie znajdował się nadajnik, zasięg wynosił co najmniej 50m, niestety dalej nie udało mi się przetestować - kolejny blok skutecznie blokował sygnał.

Wniosek jest taki, że zasięg jest znacznie lepszy niż typowych modułów np. WiFi, jednak do deklarowanego przez producenta 1km konieczne byłoby chyba testowanie w próżni.

Trzeba jednak przyznać, że jako anteny wykorzystywałem dwa 8cm przewody, więc z "prawdziwą" anteną zasięg byłby niewątpliwie lepszy.

Użyte programy znajdują się w załącznikach.

Podsumowanie

Moduły MMcc1100 nie należą do prostych w obsłudze. Są to układy z wyższej półki zarówno cenowej, jak i jakościowej. Niestety do ich wykorzystania potrzebne są dość zaawansowane umiejętności.

Moduły dostępne są w sklepie producenta, w cenie ~45zł szt.

Zalety:

bardzo rozbudowane możliwości konfiguracji, praca w wielu trybach

możliwość przesyłania danych z dużą prędkością (500kbps)

prosty interfejs komunikacji z mikrokontrolerem (SPI)

dość duży zasięg

wbudowane mechanizmy detekcji i korekcji błędów

mały pobór prądu

Wady:

brak możliwości pracy z napięciem 5V

skomplikowana obsługa programowa

wyższa cena niż innych modułów

Dziękujemy

firmie Propox za dostarczenie modułów do testów.

CC1100_STM32LCD.zip

CC1100_STM32.zip

[kocur_90]

A można 2 takie moduły wykorzystać w bezprzewodowym programowaniu procków bez dodatkowej elektroniki?? To znaczy, podpinam bezpośrednio do programatora czy taka sztuczka się nie uda? Potrzebuję bezprzewodowo programować mojego LF.

[Elvis]

Teoretycznie jest to możliwe, ale na pewno nie proste.

Problem w tym, że podczas każdej transmisji radiowej często pojawiają się błędy. Więc proste wgrywanie (jak po rs232) raczej nie ma szans zadziałać.

Pozostaje użyć ISP (In-system-programming), czyli napisać program, który będzie pobierał dane, weryfikował poprawność i programował flash.

W ten sposób działają procesory ARM - w wydzielonym fragmencie pamięci zapisany jest bootloader, który pobiera dane z RS232 i zapisuje program w pozostałej pamięci. Można taki program napisać dla AVR (chyba już nawet został napisany dla RS232). Wymaga to sporo wiedzy i pracy.

[Bobby]

chyba już nawet został napisany dla RS232

Jest cała masa bootloaderów na avr, rs232 najprostszy, są też obsługujace bezpośrednio usb (HID/podszywanie się pod USBasp/z osobnym sterownikiem i programem... dużo tego :>). Do bezprzewodowego programowania uC wykorzystałbym moduł BT, mamy komunikację po "rs'ie" i bardzo mały współczynniki traconych danych, szczególnie przy małych odległościach i niskim baudzie :] Inna opcja to podczerwień, widziałem gdzieś taki projekt. Osobiście osobom, które nie potrzebują programowania bezprzewodowego polecam usbasploader - podszywa się pod usbasp :> Hmmm, to jest całkiem obszerny temat, może pokuszę się w wakacje o napisanie artykułu o tym

[maeglin17]

Witam

nie znam się najlepiej na elektronice, z tego powodu nie rozumiem gdzie powinienem podłączyć CSn. Może to być dowolny pin mikrokontrolera? Czy koniecznie musi to być SS(Atmega8a)

Pozdrawiam

[OldSkull]

Może być prawie dowolny, tylko potem w programie musi być odpowiednio to określone. Co więcej, jeśli używasz do komunikacji SPI to jest spora szansa, że podłączając CS układu do SS uC, tylko narobisz sobie problemów, bo może próbować przejść w SPI do trybu Slave.

[maeglin17]

Dzięki za odpowiedź

ale taki problem wystąpi tylko jeśli zdefiniuje SS jako wejście, jeśli atmega będzie w trybie Master to wtedy wystarczy ustawić SS jako wyjście i wszystko powinno być ok?

[OldSkull]

No właśnie niekoniecznie - tak jakby ATmega sama siebie wybierze jako Slave przez zmianę stanu na wyjściu. Problem występuje zresztą chyba nie tylko w ATmedze. Być może nawet nie we wszystkich AVRach - ale zgodnie z prawem Murphyego weźmiesz akurat taki układ, w którym ten problem występuje :|

[maeglin17]

ok, już wszystko rozumiem