วิธีเชื่อมต่อโมดูล rf rfm69hcw กับ arduino สำหรับการสื่อสารไร้สาย

เมื่อพูดถึงการมอบความสามารถแบบไร้สายให้กับโครงการของคุณเครื่องส่งและตัวรับสัญญาณ ASK Hybrid 433Mhz เป็นตัวเลือกทั่วไปในหมู่วิศวกรนักพัฒนาและมือสมัครเล่นเนื่องจากมีราคาต่ำไลบรารีที่ใช้งานง่ายและการสนับสนุนจากชุมชน นอกจากนี้เรายังได้สร้างโครงการบางโครงการเช่นระบบอัตโนมัติในบ้านที่ควบคุมด้วย RF และออดไร้สายโดยใช้โมดูล RF 433MHz แต่บ่อยครั้งที่ ASK Hybrid Transmitter และตัวรับสัญญาณนั้นไม่เพียงพอเนื่องจากเป็นช่วงต่ำและลักษณะการสื่อสารทางเดียวทำให้ไม่เหมาะกับแอปพลิเคชันจำนวนมาก

เพื่อแก้ปัญหานี้เคยเกิดขึ้นนักพัฒนาที่HopeRFวางแผนเย็นใหม่โมดูล RF เรียกRFM69HCWในบทช่วยสอนนี้เราจะเรียนรู้เกี่ยวกับโมดูล RFM69HCW RF และข้อดีของมัน ขั้นแรกเราจะสร้าง PCB แบบโฮมเมดสำหรับ RFM69HCW จากนั้นเชื่อมต่อRFM69HCW กับ Arduinoเพื่อตรวจสอบการทำงานเพื่อให้คุณสามารถใช้ในโครงการที่คุณเลือกได้ มาเริ่มกันเลย

RFM69HCW โมดูล RF

RFM69HCW เป็นโมดูลวิทยุที่ใช้งานง่ายราคาถูกซึ่งทำงานในย่านความถี่ ISM (อุตสาหกรรมวิทยาศาสตร์และการแพทย์) ที่ไม่มีใบอนุญาตซึ่งคล้ายกับโมดูล RF nRF24L01 ที่เราเคยใช้ในโครงการก่อนหน้านี้ สามารถใช้เพื่อสื่อสารระหว่างสองโมดูลหรือสามารถกำหนดค่าเป็นเครือข่ายตาข่ายเพื่อสื่อสารระหว่างโมดูลหลายร้อยโมดูลซึ่งทำให้เป็นตัวเลือกที่สมบูรณ์แบบสำหรับการสร้างเครือข่ายไร้สายระยะสั้นราคาไม่แพงสำหรับเซ็นเซอร์ที่ใช้ในระบบอัตโนมัติภายในบ้านและโครงการจัดหาข้อมูล

คุณสมบัติของ RFM69HCW:

• +20 dBm - ความสามารถในการส่งออกพลังงาน 100 mW
• ความไวแสงสูง: ลงถึง -120 dBm ที่ 1.2 kbps
• กระแสไฟฟ้าต่ำ: Rx = 16 mA, การเก็บรักษารีจิสเตอร์ 100nA
• Pout ที่ตั้งโปรแกรมได้: -18 ถึง +20 dBm ในขั้นตอน 1dB
• ประสิทธิภาพ RF คงที่ในช่วงแรงดันไฟฟ้าของโมดูล
• การปรับ FSK, GFSK, MSK, GMSK และ OOK
• Bit Synchronizer ในตัวกำลังดำเนินการกู้คืนนาฬิกา
• 115 dB + ช่วงไดนามิก RSSI
• RF Sense อัตโนมัติพร้อม AFC ที่เร็วเป็นพิเศษ
• เครื่องยนต์แพ็คเก็ตพร้อม CRC-16, AES-128, เซ็นเซอร์อุณหภูมิ FIFO ในตัว 66 ไบต์
• งบประมาณลิงค์สูง
• ต้นทุนต่ำมาก

RFM69HCW

ความถี่

RFM69HCW ได้รับการออกแบบให้ทำงานในย่านความถี่ISM (อุตสาหกรรมวิทยาศาสตร์และการแพทย์)ซึ่งเป็นชุดความถี่วิทยุที่ไม่มีใบอนุญาตสำหรับอุปกรณ์ระยะสั้นที่ใช้พลังงานต่ำ ความถี่ที่แตกต่างกันนั้นถูกกฎหมายในพื้นที่ต่างๆดังนั้นโมดูลจึงมีเวอร์ชัน 315,433,868 และ 915MHz ที่แตกต่างกัน พารามิเตอร์การสื่อสาร RF ที่สำคัญทั้งหมดสามารถตั้งโปรแกรมได้และส่วนใหญ่สามารถตั้งค่าแบบไดนามิกได้นอกจากนี้ RFM69HCW ยังนำเสนอข้อได้เปรียบที่เป็นเอกลักษณ์ของโหมดการสื่อสารแบบแคบและแบนด์ที่ตั้งโปรแกรมได้

หมายเหตุ:เนื่องจากใช้พลังงานต่ำและระยะสั้นการใช้งานโมดูลนี้ในโครงการขนาดเล็กจึงไม่เป็นปัญหา แต่ถ้าคุณกำลังคิดที่จะสร้างผลิตภัณฑ์จากนั้นให้แน่ใจว่าคุณใช้ความถี่ที่ถูกต้องสำหรับ ตำแหน่งของคุณ.

พิสัย

เพื่อให้เข้าใจช่วงนี้ดีขึ้นเราต้องจัดการกับหัวข้อที่ค่อนข้างซับซ้อนซึ่งเรียกว่าRF Link Budget งบประมาณลิงค์นี้คืออะไรและเหตุใดจึงสำคัญ งบประมาณการเชื่อมโยงก็เหมือนกับงบประมาณอื่น ๆ ทุกอย่างที่คุณมีในตอนเริ่มต้นและคุณใช้จ่ายเมื่อเวลาผ่านไปหากงบประมาณของคุณถูกใช้จนหมดคุณจะไม่สามารถใช้จ่ายเพิ่มเติมได้

งบประมาณการเชื่อมโยงยังเกี่ยวข้องกับการเชื่อมโยงหรือการเชื่อมต่อระหว่างผู้ส่งและผู้รับซึ่งเต็มไปด้วยพลังการส่งผ่านของผู้ส่งและความไวของผู้รับและคำนวณเป็นเดซิเบลหรือเดซิเบลซึ่งเป็นความถี่ด้วย ขึ้นอยู่กับ. งบประมาณการเชื่อมโยงจะถูกหักออกโดยสิ่งกีดขวางและเสียงรบกวนทุกประเภทระหว่างผู้ส่งและผู้รับเช่นสายเคเบิลระยะห่างกำแพงต้นไม้หากใช้งบประมาณการเชื่อมโยงหมดผู้รับจะสร้างสัญญาณรบกวนที่เอาต์พุตเท่านั้นและเราจะไม่ได้รับสัญญาณที่ใช้งานได้ ตามแผ่นข้อมูลของ RFM69HCW ที่,มันมีความเชื่อมโยงงบประมาณ 140 เดซิเบลเมื่อเทียบกับ 105 เดซิเบลของ ASK ส่งสัญญาณไฮบริด แต่สิ่งที่ไม่ที่นี้หมายถึงนี้เป็นความแตกต่างที่สำคัญ? โชคดีที่เราพบเครื่องคำนวณงบประมาณ Radio Linkออนไลน์ดังนั้นเรามาทำการคำนวณเพื่อทำความเข้าใจหัวข้อนี้ให้ดีขึ้น ก่อนอื่นสมมติว่าเรามีเส้นสายตาเชื่อมต่อระหว่างผู้ส่งและผู้รับและทุกอย่างสมบูรณ์แบบเมื่อเรารู้ว่างบประมาณของเราสำหรับRFM69HCWคือ 140 dB ดังนั้นเรามาตรวจสอบระยะทางทฤษฎีที่ใหญ่ที่สุดที่เราสามารถสื่อสารได้เราตั้งค่าทุกอย่างเป็นศูนย์และระยะทาง ถึง 500KM ความถี่ถึง 433MHz และเราได้รับกำลังรับแนวนอน 139.2 dBm

ตอนนี้ฉันตั้งค่าทุกอย่างเป็นศูนย์และระยะทางเป็น 9KM ความถี่เป็น 433MHz และเราได้รับกำลังรับแนวนอนที่ 104.3 dBm

ดังนั้นจากการเปรียบเทียบข้างต้นฉันคิดว่าเราทุกคนสามารถยอมรับได้ว่าโมดูล RFM69 นั้นดีกว่า ASK Hybrid Transmitter และโมดูลตัวรับ

เสาอากาศ

ข้อควรระวัง! การติดเสาอากาศเข้ากับโมดูลถือเป็นสิ่งจำเป็นเนื่องจากหากไม่มีโมดูลอาจได้รับความเสียหายจากกำลังสะท้อนของตัวเอง

การสร้างเสาอากาศไม่ยากอย่างที่คิด เสาอากาศที่ง่ายที่สุดสามารถสร้างได้จากสาย 22SWG แบบเกลียวเดียว ความยาวคลื่นของความถี่สามารถคำนวณได้โดยสูตร V / F ที่ V คือความเร็วของการส่งและ F เป็น (โดยเฉลี่ย) ความถี่ในการส่ง ในอากาศ v เท่ากับ c ความเร็วแสงซึ่งเท่ากับ 299.792.458 m / s ความยาวคลื่นสำหรับย่านความถี่ 433 MHz จึงเท่ากับ 299.792.458 / 433.000.000 = 34,54 ซม. ครึ่งหนึ่งคือ 17,27 ซม. และหนึ่งในสี่คือ 8,63 ซม.

สำหรับย่านความถี่ 433 MHz ความยาวคลื่นคือ 299.792.458 / 433.000.000 = 69,24 ซม. ครึ่งหนึ่งคือ 34,62 ซม. และหนึ่งในสี่คือ 17,31 ซม. ดังนั้นจากสูตรข้างต้นเราจะเห็นกระบวนการของการคำนวณความยาวของสายเสาอากาศ

ความต้องการพลังงาน

RFM69HCW มีแรงดันไฟฟ้าระหว่าง 1.8V ถึง 3.6V และสามารถดึงกระแสได้สูงสุด 130mA เมื่อส่งสัญญาณ ด้านล่างในตารางเราสามารถเห็นการใช้พลังงานของโมดูลในสภาวะต่างๆได้อย่างชัดเจน

คำเตือน:หาก Arduino ที่คุณเลือกใช้ระดับลอจิก 5V เพื่อสื่อสารกับอุปกรณ์ต่อพ่วงที่เชื่อมต่อโมดูลกับ Arduino โดยตรงจะทำให้โมดูลเสียหาย

สัญลักษณ์	คำอธิบาย	เงื่อนไข	นาที	ประเภท	สูงสุด	หน่วย
IDDSL	ปัจจุบันอยู่ในโหมดสลีป		-	0.1	1	uA
IDDIDLE	ปัจจุบันอยู่ในโหมดไม่ได้ใช้งาน	เปิดใช้งาน RC oscillator	-	1.2	-	uA
IDDST	ปัจจุบันอยู่ในโหมดสแตนด์บาย	เปิดใช้งาน Crystal oscillator	-	1.25	1.5	uA
IDDFS	ปัจจุบันใน Synthesizer โหมด		-	9	-	uA
IDDR	ปัจจุบันในโหมดรับ		-	16	-	uA
IDDT	จ่ายกระแสในโหมดส่งด้วยการจับคู่ที่เหมาะสมมีเสถียรภาพตลอดช่วง VDD	RFOP = +20 dBm บน PA_BOOST RFOP = +17 dBm บน PA_BOOST RFOP = +13 dBm บนพิน RFIO RFOP = +10 dBm บนพิน RFIO RFOP = 0 dBm บนพิน RFIO RFOP = -1 dBm บนพิน RFIO	- - - - - -	130 95 45 33 20 16	- - - - - -	mA mA mA mA mAmA

ในบทช่วยสอนนี้เราจะใช้ Arduino Nano สองตัวและตัวแปลงระดับลอจิกสองตัวเพื่อสื่อสารกับโมดูล เราใช้ Arduino nano เพราะตัวควบคุมภายในในตัวสามารถจัดการกระแสไฟฟ้าสูงสุดได้อย่างมีประสิทธิภาพ แผนภาพ Fritzing ในส่วนฮาร์ดแวร์ด้านล่างจะอธิบายให้คุณเข้าใจได้ชัดเจนยิ่งขึ้น

หมายเหตุ:หากแหล่งจ่ายไฟของคุณไม่สามารถจ่ายกระแสไฟสูงสุดได้ 130mA Arduino ของคุณอาจรีบูตหรือแย่กว่านั้นโมดูลอาจล้มเหลวในการสื่อสารอย่างถูกต้องในสถานการณ์เช่นนี้ตัวเก็บประจุที่มีค่าขนาดใหญ่ที่มี ESR ต่ำสามารถปรับปรุงสถานการณ์ได้

RFM69 โมดูล Pinouts และคำอธิบาย

ฉลาก	ฟังก์ชัน	ฟังก์ชัน	ฉลาก
มด	เอาต์พุต / อินพุตสัญญาณ RF	พื้นดิน	GND
GND	กราวด์ของเสาอากาศ (เหมือนกับกราวด์ไฟ	Digital I / O ซอฟต์แวร์ที่กำหนดค่าไว้	DIO5
DIO3	Digital I / O ซอฟต์แวร์ที่กำหนดค่าไว้	รีเซ็ตอินพุตทริกเกอร์	RST
DIO4	Digital I / O ซอฟต์แวร์ที่กำหนดค่าไว้	SPI ชิปเลือกอินพุต	อสส
3.3V	3.3V อุปทาน (อย่างน้อย 130 mA)	อินพุตนาฬิกา SPI	SCK
DIO0	Digital I / O ซอฟต์แวร์ที่กำหนดค่าไว้	อินพุตข้อมูล SPI	MOSI
DIO1	Digital I / O ซอฟต์แวร์ที่กำหนดค่าไว้	เอาต์พุตข้อมูล SPI	มิโซะ
DIO2	Digital I / O ซอฟต์แวร์ที่กำหนดค่าไว้	พื้นดิน	GND

เตรียมคณะกรรมการพัฒนาที่กำหนดเอง

เมื่อฉันซื้อโมดูลมันไม่ได้มาพร้อมกับบอร์ดเบรกเอาต์ที่เข้ากันได้กับ breadboard ดังนั้นเราจึงตัดสินใจทำด้วยตัวเอง หากคุณอาจต้องทำเช่นเดียวกันให้ทำตามขั้นตอน นอกจากนี้โปรดทราบว่าไม่จำเป็นต้องทำตามขั้นตอนเหล่านี้คุณสามารถบัดกรีสายไฟเข้ากับโมดูล RF และเชื่อมต่อกับเขียงหั่นขนมและมันจะยังใช้งานได้ ฉันกำลังทำตามขั้นตอนนี้เพื่อให้ได้การตั้งค่าที่มั่นคงและทนทานเท่านั้น

ขั้นตอนที่ 1:เตรียมแผนผังสำหรับโมดูล RFM69HCW

ขั้นตอนที่ 3:เตรียม PCB สำหรับมันฉันทำตามแบบฝึกหัด Home Made PCB นี้ ฉันพิมพ์รอยเท้าบนกระดานทองแดงและวางลงในน้ำยากัด

ขั้นตอนที่ 4:ทำตามขั้นตอนสำหรับทั้งบอร์ดและบัดกรีโมดูลของคุณไปที่รอย หลังจากบัดกรีทั้งสองโมดูลของฉันมีลักษณะดังนี้ด้านล่าง

pinout ของ RFM69HCW RF โมดูลจะได้รับในรูปด้านล่าง

วัสดุที่จำเป็น

นี่คือรายการสิ่งที่คุณจะต้องสื่อสารกับโมดูล

• โมดูล RFM69HCW สองโมดูล (พร้อมความถี่ที่ตรงกัน):
  • 434 เมกะเฮิรตซ์ (WRL-12823)
• Arduino สองตัว (ฉันใช้ Arduino NANO)
• ตัวแปลงระดับตรรกะสองตัว
• กระดานฝ่าวงล้อมสองแผ่น (ฉันใช้กระดานฝ่าวงล้อมที่กำหนดเอง)
• ปุ่มกด
• ไฟ LED สี่ดวง
• ตัวต้านทาน 4.7K หนึ่งตัวต้านทาน 220 โอห์มสี่ตัว
• สายจัมเปอร์
• ลวดทองแดงเคลือบ (22AWG) เพื่อสร้างเสาอากาศ
• และในที่สุดก็บัดกรี (ถ้าคุณยังไม่ได้ทำ)

การเชื่อมต่อฮาร์ดแวร์

ในบทช่วยสอนนี้เราใช้ Arduino nano ซึ่งใช้ลอจิก 5 โวลต์ แต่โมดูล RFM69HCW ใช้ระดับลอจิก 3.3 โวลต์ดังที่คุณเห็นได้ชัดเจนในตารางด้านบนเพื่อให้สื่อสารระหว่างอุปกรณ์สองเครื่องได้อย่างถูกต้องจำเป็นต้องมีตัวแปลงระดับลอจิกในแผนภาพ fritzing ด้านล่าง เราได้แสดงวิธีการเชื่อมต่อ Arduino nano เข้ากับโมดูล RFM69

โหนดผู้ส่งแผนภาพ Fritzing

โหนดผู้ส่งตารางการเชื่อมต่อ

Arduino Pin	RFM69HCW พิน	พิน I / O
D2	DIO0	-
D3	-	TAC_SWITCH
D4	-	LED_GREEN
D5	-	LED_RED
D9	-	LED_BLUE
D10	อสส	-
D11	MOSI	-
D12	มิโซะ	-
D13	SCK	-

โหนดตัวรับแผนภาพ Fritzing

โหนดตัวรับตารางการเชื่อมต่อ

Arduino Pin	RFM69HCW พิน	พิน I / O
D2	DIO0	-
D9	-	LED
D10	อสส	-
D11	MOSI	-
D12	มิโซะ	-
D13	SCK	-

เรียกใช้ร่างตัวอย่าง

ในบทช่วยสอนนี้เราจะตั้งค่าโหนด Arduino RFM69 สองโหนดและให้มันสื่อสารกัน ในส่วนด้านล่างเราจะทราบวิธีการทำให้โมดูลทำงานได้ด้วยความช่วยเหลือของไลบรารี RFM69 ซึ่งเขียนโดย Felix Rusu จาก LowPowerLab

การนำเข้าไลบรารี

หวังว่าคุณเคยเขียนโปรแกรม Arduino มาก่อนและรู้วิธีติดตั้งไลบรารี หากไม่ลองทำเครื่องหมายในส่วนการนำเข้า. zip Libraryของลิงค์

การเสียบโหนด

เสียบ USB ของโหนดผู้ส่งเข้ากับพีซีของคุณหมายเลขพอร์ต COM ใหม่ควรเพิ่มลงในรายการ "เครื่องมือ / พอร์ต" ของ Arduino IDE จากนั้นให้เสียบโหนดตัวรับสัญญาณพอร์ต COM อื่นควรปรากฏในเครื่องมือ / รายชื่อพอร์ตให้ปากกาลงด้วยความช่วยเหลือของหมายเลขพอร์ตเราจะอัปโหลดร่างไปยังผู้ส่งและโหนดผู้รับ

กำลังเปิด Arduino สองเซสชัน

เปิด Arduino IDE สองเซสชันโดยดับเบิลคลิกที่ไอคอน Arduino IDE หลังจากที่เซสชันแรกโหลดขึ้นจำเป็นต้องเปิดเซสชัน Arduino สองเซสชันเพราะนั่นคือวิธีที่คุณสามารถเปิดหน้าต่างการตรวจสอบ Arduino แบบอนุกรมสองหน้าต่างและตรวจสอบเอาต์พุตของสองโหนดพร้อมกัน

การเปิดโค้ดตัวอย่าง

ตอนนี้เมื่อทุกอย่างถูกตั้งค่าเราจำเป็นต้องเปิดโค้ดตัวอย่างใน Arduino ทั้งสองเซสชันเพื่อทำเช่นนั้น goto

ไฟล์> ตัวอย่าง> RFM6_LowPowerLab> ตัวอย่าง> TxRxBlinky

แล้วคลิกเพื่อเปิด

การแก้ไขโค้ดตัวอย่าง

1. ใกล้กับด้านบนสุดของโค้ดให้มองหา #define NETWORKID และเปลี่ยนค่าเป็น 0 ด้วย Id นี้โหนดทั้งหมดของคุณสามารถสื่อสารกันได้
2. มองหา #define FREQUENCY เปลี่ยนค่านี้ให้ตรงกับความถี่ของบอร์ด (ของฉันคือ 433_MHz)
3. มองหา #define ENCRYPTKEY นี่คือคีย์เข้ารหัส 16 บิตของคุณ
4. มองหา #define IS_RFM69HW_HCW และยกเลิกการแสดงความคิดเห็นหากคุณใช้โมดูล RFM69_HCW
5. สุดท้ายให้มองหา #define NODEID ซึ่งควรตั้งค่าเป็น RECEIVER ตามค่าเริ่มต้น

ตอนนี้อัปโหลดรหัสไปยังโหนดผู้รับของคุณที่คุณได้ตั้งค่าไว้ก่อนหน้านี้

ได้เวลาแก้ไข Sketch สำหรับ Sender Node

ตอนนี้ใน #define NODEID มาโครให้เปลี่ยนเป็น SENDER และอัปโหลดโค้ดไปยัง Sender Node ของคุณ

แค่นั้นแหละถ้าคุณทำทุกอย่างถูกต้องคุณมีโมเดลการทำงานที่สมบูรณ์สองแบบพร้อมให้ทดสอบ

การทำงานของร่างตัวอย่าง

หลังจากอัปโหลด Sketch สำเร็จคุณจะสังเกตเห็นไฟ LED สีแดงที่เชื่อมต่อกับพิน D4 ของ Arduino สว่างขึ้นตอนนี้กดปุ่มใน Sender Node แล้วคุณจะสังเกตว่า LED สีแดงดับลงและ LED สีเขียวซึ่งเป็น เชื่อมต่อกับ Pin D5 ของ Arduino จะสว่างขึ้นตามที่แสดงในภาพด้านล่าง

คุณยังสามารถสังเกตปุ่มกด! ข้อความในหน้าต่าง Serial monitor ตามที่แสดงด้านล่าง

ตอนนี้สังเกตไฟ LED สีน้ำเงินที่เชื่อมต่อกับ Pin D9 ของโหนดผู้ส่งมันจะกะพริบสองครั้งและในหน้าต่าง Serial Monitor ของโหนดรับคุณจะสังเกตข้อความต่อไปนี้และไฟ LED สีน้ำเงินที่เชื่อมต่อกับขา D9 ใน โหนดผู้รับจะสว่างขึ้น หากคุณเห็นข้อความข้างต้นในหน้าต่าง Serial Monitor ของโหนดเครื่องรับและหากไฟ LED สว่างขึ้นขอแสดงความยินดี! คุณสื่อสารโมดูล RFM69 กับ Arduino IDE สำเร็จแล้ว คุณสามารถดูการทำงานทั้งหมดของบทช่วยสอนนี้ได้ในวิดีโอที่ให้ไว้ที่ด้านล่างของหน้านี้

ทั้งหมดในโมดูลเหล่านี้พิสูจน์ได้ว่ายอดเยี่ยมสำหรับการสร้างสถานีตรวจอากาศประตูโรงรถตัวควบคุมปั๊มไร้สายพร้อมไฟแสดงสถานะโดรนหุ่นยนต์แมวของคุณ… ท้องฟ้ามีขีด จำกัด ! หวังว่าคุณจะเข้าใจบทช่วยสอนและสนุกกับการสร้างสิ่งที่เป็นประโยชน์ หากคุณมีคำถามใด ๆ โปรดทิ้งไว้ในส่วนความคิดเห็นหรือใช้ฟอรัมสำหรับคำถามทางเทคนิคอื่น ๆ