Comunicatori di codice di segnale (RFM69): 7 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

Questi comunicatori radio a "2 bit" (digitali) forniscono un mezzo per segnalarsi l'un l'altro (di dove sono; se hanno fatto …) quando si fanno acquisti alle estremità opposte di un grande negozio di scatole; anche dove i telefoni cellulari non hanno servizio o carica della batteria delle celle.

Vengono utilizzati moduli radio RFM69 915MHz. Sono radio molto efficienti, a bassa potenza, che utilizzano comunicazioni digitali a pacchetto. Possono comunicare oltre i 100 metri usando una bassa potenza, solo 10 s di milliampere e fino a 1/2 chilometro o anche 1/2 miglio usando circa 120 ma.

I moduli radio RFM69 sono molto più efficienti ed efficaci su distanze maggiori di un NRF24L01 o di un RFM12.

Per connessioni più lunghe e affidabili ancora più affidabili, questo progetto potrebbe essere realizzato anche per i moduli radio LoRa usati. Ci sono alcuni dispositivi LoRa (come un RFM95) là fuori che hanno dimensioni e interfaccia simili. Ma costano molto di più, il che per me era ingiustificato.

Le unità supportano una serie di codici di domande e risposte in stile digitale 10-20 (posizione?) (fare riferimento a wiki/Codice Ten https://en.wikipedia.org/wiki/Codice Ten); così come il codice Morse opzionale. Le unità non supportano alcuna comunicazione vocale (analogica).

Potrebbero essere utilizzati anche come cercapersone con 3 livelli di richiesta di attenzione, quando qualcuno è convalescente o lavora sotto casa.

Oltre a ciò possono essere molto divertenti, specialmente per bambini o studenti.

Passaggio 1: raccogliere i componenti

Poiché il modulo radio non è in grado di gestire un'alimentazione di 5 V o una tensione di segnale, è necessario utilizzare MCU a 3,3 V. Si noti inoltre che utilizzo la versione ad alta potenza 'H' dei moduli radio.

Questa lista è per costruire 2 unità.

• qtà. 2 Pro Mini 3.3v Arduino MCU
• qtà. 2 moduli RFM-69HCW 915MHz
• qtà. 2 Custodia (doveva essere un vano batteria)
• qtà. 2 batterie Li-ion 3.7v 200+mah https://www.ebay.com/itm/311682151405 (7x20x30mm, ~Dimensione massima utilizzabile 9x24x36mm)
• qtà. 4 LED bicolore a catodo comune rosso-verde da 5 mm https://www.ebay.com/itm//112318970450 (il cablaggio e la tensione di rottura sono importanti)
• qtà. 4 interruttori a pulsante 6x6x7.5mm
• qtà. 2 cicalino piezo attivo
• qtà. 2 resistenze ciascuna … 270 Olm, 1.5kOlm, ~5k
• qtà. 2 tappo monolitico 0,1 uf

Opzionale

• qtà. 2 LED bianchi (o blu) da 3 mm
• qtà. 2 jack fono da 3,5 mm
• qtà. Condensatore del filtro di potenza da 2 220 uf
• Bastoncino di ghiacciolo

Altre forniture di cui potresti aver bisogno

Filo 30ga solido https://www.ebay.com/itm/142255037176, Cavo rigido 26ga o intrecciato 24ga, per massa e +V

Cavo 22ga solido, per antenna

Varie: forniture per saldatura, nastro adesivo, colla a caldo, strumenti di prototipazione.

Convertitore da USB a TTL

Hardware opzionale:

Un jack stereo per collegare un auricolare, per essere sicuri di non perdere le comunicazioni in entrata. Anche un amplificatore per altoparlanti portatile potrebbe essere collegato ad esso.

Il LED bianco piccolo (3 mm) è opzionale. L'ho aggiunto per fungere da indicatore ON. È stato semplice aggiungere mentre l'ho collegato attraverso Btn1 a cui viene fornita una corrente di pilotaggio da un resistore interno (~ 37k). Con un'unità così piccola, questo LED deve essere ad alta efficienza. Potrebbe essere utilizzato un LED verde o forse blu ma non giallo o rosso poiché la loro caduta di tensione è troppo bassa e farebbe sembrare che il pulsante sia premuto. Non userei il verde poiché quel colore viene altrimenti utilizzato per segnalare informazioni.

Il jack phono può anche essere omesso. Questo dispositivo non fa molto rumore, ma se sei preoccupato di attirare l'attenzione degli altri, ti offre la possibilità di utilizzare un auricolare. In alternativa è efficace un pezzo di scotch sopra il foro per l'audio.

Per rendere tutte le misurazioni facili e precise, mi piace molto questo calibro economico.

Passaggio 2: crea il sottosistema radio MCU

Collegare i cavi corti ai pin MCU: 10, 11, 12, 13; un filo di media lunghezza al pin2.

Aggiungere lunghi (4-5 pollici) ai pin I/O, dell'MCU, da utilizzare (pin: 3-9). Ho usato un calibro 30 AWG e colori diversi per i tipi di periferiche. Questo filo di piccolo diametro è in grado di gestire i segnali che sono inferiori a 100 milliampere, ma è abbastanza piccolo e flessibile (e altamente raccomandato) per facilitare il montaggio stretto.

Collegare anche una massa e un cavo Vcc (io ho usato 26ga, sono quelli blu nelle foto). Questi cavi trasportano più corrente, quindi utilizzare un calibro grande per ridurre la caduta di tensione (e la potenziale radiazione del segnale di rumore).

Collegare l'MCU con la scheda RFM-69. Tutti tranne i fili lunghi vanno ad esso.

Piega la scheda radio verso il basso sulla scheda MCU. Non ci dovrebbero essere cortocircuiti tra le schede. Se sembra esserci un reale potenziale di un breve utilizzo, interviene un pezzo di nastro adesivo o un foglio di plastica.

Aggiungi il cavo dell'antenna (22-24ga. 80mm) sulla scheda radio, come mostrato nella foto.

Passaggio 3: test di sviluppo

Per la tua implementazione di queste unità puoi saltare questa sezione. Per coloro che sono interessati questo dà qualche informazione in più su come ci sono arrivato.

Una lunghezza d'onda per 915 MHz è 82 mm. Il tutorial Sparkfun.com suggerisce di utilizzare 78 mm. Capisco che la tecnologia dell'antenna dice che quando l'antenna si trova entro una lunghezza d'onda di ½ dalla terra, l'antenna si comporterà come se fosse ~ 5% più lunga di quanto non sia. Per quanto riguarda i 915 Mhz che sarebbero meno di un piede e normalmente si utilizza questa unità molto più in alto da terra di così, escludo questa lunghezza di 78 mm. Esistono tuttavia altri fattori che potrebbero causare effetti simili ritenendo opportuno utilizzare una lunghezza d'onda inferiore esattamente a ¼. Ho compromesso e ho tagliato i fili dell'antenna a 80 mm in totale (compresa la sezione che passa attraverso il PCB). Con l'attrezzatura di prova adeguata potresti ottimizzare meglio la lunghezza dell'antenna per la tua unità, ma mi aspetterei solo piccoli miglioramenti.

Dopo le regolazioni ho ottenuto una portata massima di circa 250 m con alcuni ostacoli. Oltre i 150 m, l'orientamento e la posizione dell'antenna diventavano sempre più importanti.

Quando ho usato una configurazione di antenna di tipo a dipolo completo (un elemento attivo verticale da 80 mm opposto a un elemento con filo di terra da 80 mm rivolto verso il basso) per un'unità ho ottenuto, con posizionamento per tentativi ed errori, fino a 400 metri con diversi alberi e una casa in mezzo, e comunicazione solida a 2 vie a ½ di quella distanza indipendentemente dalla posizione o dall'orientamento delle unità remote.

Passaggio 4: preparare la casella del progetto

La costruzione di questo progetto utilizzando una piccola scatola è piuttosto impegnativa. Ho l'esperienza di costruire molti molti gizmo elettronici personalizzati per progetti domestici, industriali e aerospaziali. I principianti potrebbero preferire un contenitore più grande, rendendo la costruzione molto più semplice. Dopo tutto è il divertimento che stiamo cercando, non la frustrazione. A proposito, potresti notare piccole differenze nelle foto delle unità che ho costruito.

Pulisci gran parte dell'interno della scatola. Usa uno scalpello o un coltello X-acto per tagliare due costole a destra e una a sinistra. (vedi la foto dell'interno di una scatola prima e dopo)

Riscalda l'estremità di un X-acto o un coltello da cucina (per ~ 15 secondi usando un accendino) e taglia un palo grande, all'interno della custodia, e abbassa gli altri due a circa 1/8 di pollice. Una volta montato l'interruttore, ho sciolto quei due montanti abbastanza da tenere l'interruttore in posizione.

Ho usato del nastro adesivo sulla scatola per contrassegnare le posizioni dei fori. Vedi foto sopra.

Per mantenere la perforazione dei fori sul segno, ho prima segnato i punti con la punta di un dardo, poi ho perforato tutte le posizioni con una punta da 1/16, quindi alla fine ho praticato ogni foro alla dimensione desiderata.

Praticare i fori per i pulsanti, l'audio e i LED nella custodia. I due fori per i LED principali, in alto, sono 13/64” (5 mm) e distano 10 mm dal bordo. I fori per l'audio (beep-buzzer) e il led opzionale “On” sono da 1/8” (3mm). Sono a 10 mm dall'alto. Il led piccolo è di 7 mm di lato. Il foro audio è centrato da un lato all'altro. I fori per i pulsanti, sul lato, sono 9/16” (3,5 mm). Un pulsante è a 10 mm dalla parte superiore, l'altro a 20 mm. Ho smussato l'interno delle asole, a mano, con una punta da trapano da 1/4 di pollice, per assicurarmi che i pulsanti non si bloccassero quando venivano premuti.

Se utilizzi un jack phono per cuffie o altoparlanti esterni, devi aprire il foro preesistente sul fondo a 15/64”. Il materiale qui è piuttosto spesso e il semplice tentativo di forarlo comporterebbe un foro troppo vicino al bordo. Quindi, prima praticare un foro da 1/16, con il centro a circa un 16esimo pollice dal bordo del foro esistente. Quindi allarga quel foro con una punta da 7/16". Con una piccola lama affilata (~Xacto) tagliare via il materiale in modo che i due fori adiacenti siano all'incirca uno. Usa una raspa a spirale Dremel o una lima a coda di topo in modo che i fori formino un foro ben rotondo, in cui una punta da trapano si centra facilmente. Il foro dovrebbe essere quasi 15/64 a questo punto. (A questo punto c'è una foto del foro) Ora perforalo con una punta da 15/64 pollici. Non sarebbe "Orribile" se usi un bit ¼.

Passaggio 5: collegamento dei componenti di I/O periferici

Durante la saldatura all'interno dei confini della custodia, assicurati di non permettere inavvertitamente a qualsiasi parte del ferro di toccare e quindi fondere una parte della scatola, specialmente lungo il bordo esterno.

I pulsanti

Fissa i bottoni con una piccola quantità di colla mentre li posizioni. La colla a caldo va bene, la colla sottile (come la super colla) potrebbe penetrare nel pulsante rendendolo inutilizzabile. Nota che avevo rimosso una gamba da ciascuno dei pulsanti (quelli ridondanti, a cui non mi stavo connettendo); li piegò in modo che non sporgessero troppo; e collegato i due pin inferiori tra i pulsanti. I pulsanti sono posizionati in modo tale che le gambe collegate internamente siano orizzontalmente l'una di fronte all'altra.

Piegare i fili del LED "on/off" da 3 mm in modo che possa essere collegato attraverso Btn1, il cui catodo va a terra. Questo è forse il problema di assemblaggio più complicato.

Segna il lato dei LED vicino all'anodo rosso. Tagliare i due anodi (esterno) porta a circa ¼ di pollice. orientarli con il cavo contrassegnato (rosso). Lasciare il cavo centrale lungo, vengono poi piegati per collegarsi al lato terra dei pulsanti. Fare riferimento alle foto.

Attacca le resistenze.

Non usare semplicemente le resistenze di valore che ho fatto per i LED. Ho comprato i miei LED più di un anno fa, non esattamente quelli elencati sopra. Poiché l'efficienza dei LED varia notevolmente, testare i valori dei resistori per l'uso con i LED in mano. Scegli resistenze per la luminosità che desideri con una tensione di azionamento da 3 a 3,3 volt (preferibilmente 3,2 V). Per una tensione di alimentazione di prova è possibile utilizzare due batterie da 1,5 V in serie o un'uscita digitale elevata da un chip Arduino alimentato da 3,3 V. Verifica di ottenere un buon giallo vero quando guidi sia gli elementi rossi che quelli verdi. Tagliare e saldare le resistenze ai LED in modo simile a come si vede nelle foto.

Su un'unità, ho usato un bastoncino di ghiacciolo come distanziatore attorno ai due LED principali in modo che non sporgessero così tanto. Questa è una preferenza strettamente personale. Questo ha un effetto collaterale negativo di ridurre la luminosità effettiva / l'angolo di visione di questi LED.

Metti della colla lungo il bordo esterno del cicalino e incollalo tra i LED principali (+ a destra). Regolare la sua posizione in modo che si allinei con il foro nella custodia prima che venga fissata in posizione.

L'interruttore di accensione/spegnimento viene tenuto in posizione fondendo i montanti del foro di montaggio. Ho usato la punta riscaldata per un piccolo cacciavite per questo.

Il dado del jack phono non si attacca, quindi usa la colla a caldo, all'estremità opposta per fissarlo.

Collegare la massa lungo i pulsanti e i LED.

Preparare un piombo più e meno (~24ga. Solid) martellando le estremità tagliate in modo che siano larghe il doppio dello spessore. Le estremità dovrebbero quindi entrare nel connettore della batteria facilmente ma comodamente. Ovviamente se hai o riesci a trovare un cavo di interconnessione destinato ad accoppiarsi con la tua batteria, usalo con tutti i mezzi.

Collegare l'interruttore di accensione/spegnimento, il jack fono, il cicalino e i cavi di alimentazione. Fare riferimento allo schema elettrico precedente.

Ho un piccolo condensatore sui collegamenti phono. Questo può essere omesso in quanto è abbastanza stretto. Il suo scopo è prevenire ronzii di basso livello in uscita.

Dopo che i pulsanti (così come l'interruttore on/off e il jack phono) sono completamente cablati e saldati, incollali a caldo in posizione in modo che non si muovano anche dopo un uso prolungato.

Passaggio 6: assemblaggio finale completo

È ora di collegare il sottosistema radio MCU al case con i dispositivi I/O.

Collegare il sottosistema MCU-Radio.

Taglia i fili secondo necessità, lasciando un gioco sufficiente in modo che l'assieme del sottosistema possa essere abbastanza fuori mano da consentire la saldatura delle altre estremità dei fili.

Assicurati di collegare i fili al LED principale a quelli corretti rosso/verde e soprattutto di ottenere il rapporto destro/sinistro corretto. I LED sono invertiti da sinistra a destra mentre guardi all'interno della custodia per sapere come tieni e usi il comunicatore. (a meno che tu non intenda utilizzare le unità con il lato opposto rivolto verso di te, come potrebbe voler fare un mancino).

Spostare il sottosistema MCU-Radio in posizione e premerlo verso il basso, piegando i fili secondo necessità, nella custodia; controllando che non ci siano cortometraggi in corso. Metti un pezzo di nastro isolante sotto di esso, se necessario.

È possibile riprogrammare questa unità mentre è assemblata, come mostrato nella sezione successiva, con un FDDI temporaneamente collegato tramite cavo corto. Assicurati che il livello Vcc dal cavo di download USB sia 3.3v, non 5v!

Attacca la batteria, fai scorrere la parte posteriore e provala, dato che hai già scaricato il software in essa. Fare attenzione a non lasciare che la batteria prema il pulsante di ripristino della scheda MCU.

A proposito, una batteria da 300 mAh dovrebbe durare per circa 12 ore di funzionamento, prima di dover essere ricaricata.

Passaggio 7: le funzionalità e il funzionamento del software e del dispositivo

L'altra parte importante di questo progetto, da cui dipende il suo funzionamento, è la programmazione del software. Ma ho risolto tutto, quindi non devi farlo tu.

Puoi facilmente trovare altrove le istruzioni per scaricare uno schizzo su un mini Arduino Pro. Imposta il tuo IDE Arduino per il dispositivo corretto e la frequenza operativa, altrimenti otterrai un audio scadente e forse un comportamento scorretto. Assicurarsi di utilizzare un convertitore USB-TTL con 3,3 V (non 5 V). L'unità deve essere spenta. Puoi vedere che ho messo un'intestazione ad angolo retto all'estremità del cavo di download e poi l'ho inserita nei fori associati sulla scheda MCU e ho lasciato che l'unità pendesse da essa, mantenendo una connessione abbastanza buona, ma temporanea.

È inoltre necessario installare la libreria per l'RMF69; vedere "Installazione della libreria RFM69" in fondo a questa pagina.

Modifica in modo appropriato (vedi il segmento di codice di seguito), compila e scarica lo sketch Two_bit_Comm allegato.

// !!!! Indirizzi per questo nodo. INVERTIRE GLI ID PER IL SECONDO NODO !!!!

#define MYNODEID 1 // Il mio ID nodo (da 0 a 255) #define TONODEID 2 // ID nodo di destinazione (da 0 a 254, 255 = broadcast)

Il software sfrutta la versione ad alta potenza 'H' dei moduli radio, utilizzando inizialmente una potenza media, poi non ricevendo un riscontro prova con la massima potenza. Non lo so, ma mi aspetto che questa operazione non presenti problemi se si utilizza la versione non ad alta potenza delle radio.

Documentazione operativa

Inizializzazione, all'accensione:

Quando un'unità si riavvia, inizializza tutto il suo hardware e software e invia le sue impostazioni di modalità e opzioni all'altra unità, mantenendole sincronizzate. Viene emesso un singolo segnale acustico breve e poi, se questa comunicazione iniziale ha esito positivo, viene emesso un altro segnale acustico e una luce verde si accende. Se a questo punto la comunicazione fallisce non viene emesso un secondo beep e si accende una luce rossa. Se la comunicazione fallisce, è probabile che l'altra unità sia fuori portata, spenta o senza batteria. Vengono tentati più tentativi e un aumento della potenza di trasmissione massima prima che venga accettato l'errore.

Modalità 1 – 10-20 Tipo Comm

• Ciao
• Hai bisogno di assistenza
• AIUTO!
• Fatto ? Pronto ad andare ?
• Dove sei ?
• Chiamami.
• Per favore ripetere

Sono inoltre definite convenzioni di risposta appropriate. Comprese le risposte "Tipo di area" e "Tipo di sezione" a "Dove sei?" richieste.

Va notato che è necessario essere pazienti quando l'unità visualizza una risposta, poiché le pressioni dei pulsanti durante quel periodo verranno ignorate.

Modalità 2 – consente una forma di comunicazione in codice Morse

Sono supportati sia lo stile a chiave singola che a due chiavi.

Il documento allegato "Two_bit_Comm_user_Manual" copre tutti i dettagli del funzionamento funzionale supportato dal software.