Подписка на новости

Опрос

Нужно ли ввести комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

2009 №2

Радиомодули HOPE-RF

Светлов Сергей


Одним из динамично развивающихся направлений электроники является разработка систем беспроводной передачи данных. Существует широкий круг функциональных радиомодулей, которые согласованно работают на расстоянии от одного до нескольких сотен метров друг от друга. Применение приемопередающих устройств, выполненных на одном кристалле, упрощает процесс прикладных разработок. Обычно системы на основе таких микросхем состоят из микроконтроллера, приемника и передатчика (или трансивера) и небольшого числа внешних компонентов.

В России рынок радиомодулей представлен производителями, которые предлагают продукцию с разной функциональностью и в различных диапазонах частот, от сотен мегагерц до единиц гигагерц. Надо отметить, что этот рынок очень чувствителен к цене. Кроме того, необходимо постоянное совершенствование продукции, повышение уровня интеграции элементной базы с одновременным улучшением качества и надежности.

Компания, удовлетворяющая этим критериям, — это Hope Microelectronics (Hope RF), которая была создана в 1998 г. и к настоящему времени имеет успешный десятилетний опыт промышленной разработки и производства радиомодулей. Высокий технологический уровень, квалифицированный персонал и отлаженная система управления качеством позволяют компании сохранять низкие цены при высоком качестве продукции. Hope Microelectronics обеспечивает малые сроки поставки и высокий уровень поддержки клиентов.

В линейку поставок Hope RF входят бескорпусные микросхемы приемников и передатчиков, трансиверов, COB (Chip-on-Board) радиомодули на основе этих ИС, дискретные радиочастотные компоненты, датчики абсолютного и относительного давления и влажности. Но мы подробнее расскажем о беспроводных модулях компании Hope RF. Они показали высокую надежность и хорошо зарекомендовали себя среди разработчиков и у потребителей изделий на основе таких микросхем. Традиционные сферы применения радиомодулей — автомобильные сигнализации, противоугонные системы и проекты «умный дом». Радиомодули широко применяются в таких сложных системах, как быстродействующие устройства дистанционного сбора и хранения данных, управления температурой и влажностью, измерения давления и управления им, в многофункциональных спортивных часах, разнообразной бытовой и промышленной автоматике и т. д.

Проведем обзор основных групп беспроводных изделий компании — серий радиомодулей RFM и HM, работающих в популярных частотных диапазонах.

Радиомодули серии RFM

В основном компания Hope RF разрабатывает и производит радиомодули, действующие в диапазонах 315, 433, 868 и 915 МГц. Данные устройства используют ЧМ (частотную модуляцию) и соответствуют рекомендациям FCC и ETSI. Устройства имеют невысокую цену и малые размеры (не более 3 см2). Радиоодули сохраняют работоспособность в диапазоне температур 40…+85 °C. Радиомодули RFM производятся по технологии COB, в виде печатной платы с установленными компонентами и разъемом для подключения к внешним цепям. В таблице 1 представлена номенклатура и основные характеристики устройств RFM-серии.

Таблица 1. Основные характеристики радиомодулей RFM-серии
Основные характеристики радиомодулей RFM-серии

Маломощные радиомодули (RFM01, RFM02, RAM01, RFM12, RFM12B) имеют компактные габариты и выпускаются в трех модификациях, которые представлены на рис. 1:

  • 18,0×14,2×8,6 мм — D-формат;
  • 15,9×16,1×4,2 мм — S1-формат;
  • 15,9×16,1×2,2 мм — S2-формат.
Внешний вид RFM-радиомодулей малой мощности

RFM01 — модуль ЧМ-приемника

RFM01 — недорогой модуль ЧМ-приемника для работы в диапазонах 433, 868, 915 МГц. Его основой является кристалл многофункциональной микросхемы приемника RF01, содержащий PLL-синтезатор с малым временем захвата и шагом 2,5 кГц, блок нулевой промежуточной частоты и внутренний демодулятор. Из дополнительных опций имеется таймер пробуждения, детектор разряженной батареи, автоматическая настройка антенны, аналоговый и цифровой измерители уровня принимаемого сигнала, вход сигналов тактирования и сброса от внешнего микроконтроллера.

Простой в программировании SPI-интерфейс радиомодулей используется микроконтроллером для приема данных и управления внутренними настройками. Нет необходимости в дополнительной ручной калибровке цепей, что существенно сокращает время работы над конечным проектом.

Радиомодуль RFM01 рассчитан для работы в паре с радиомодулем RFM02 ЧМ-передатчика. В диапазоне 433 МГц для этой пары удается достичь устойчивой связи при прямой видимости на расстоянии 300 м.

Основные параметры радиомодуля RFM01:

  • чувствительность: –109 дБм;
  • скорость приема данных:
    • до 115,2 кбайт/с с внутренним демодулятором,
    • до 256 кбайт/с внешним RC-фильтром;
  • программируемая полоса пропускания: 67–400 кГц;
  • FIFO-буфер: 16 бит;
  • диапазон напряжения питания: 2,2–5,4 В;
  • ток потребления в рабочем режиме: не более 11 мА.

RFM02 — модуль ЧМ-передатчика

Для совместной работы с модулем приемника RFM01 производится модуль передатчика RFM02. Модуль работает в тех же частотных диапазонах. Многофункциональный кристалл передатчика RF02 содержит PLL-синтезатор с шагом 2,5 кГц. SPI-интерфейс аналогичен тому, что используется в чипе приемника. Дополнительные опции модуля передатчика RFM02 такие же, как у RFM01.

Основные параметры радиомодуля RFM02:

  • программируемая выходная мощность: до 7 дБм;
  • программируемая девиация частоты: 30–210 кГц, шаг 30 кГц;
  • скорость передачи данных: до 115,2 кбайт/с;
  • диапазон напряжения питания: 2,2–5,4 В;
  • ток потребления в рабочем режиме: 23 мА.

RAM01 — радиомодуль OOK-приемника

Дальнейшим развитием линейки беспроводных устройств стал компактный радиомодуль многоканального OOK-приемника для диапазонов 433 и 868 МГц. Лежащая в основе модулей микросхема приемника RA01 содержит PLL-синтезатор частоты с малым временем установления для поддержки режима прыгающей частоты с высокой разрешающей способностью. Данная опция облегчает образование множе ства каналов приема в указанных диапазонах частот, а многополюсный полосовой фильтр повышает надежность удержания радиосвязи. Программируемый полосовой канальный фильтр поддерживает различные варианты битрейта и девиации частоты.

Радиомодуль RAM01 построен по схеме обработки сигнала с низкой промежуточной частотой. К необходимому минимуму сведено использование дополнительных внешних компонентов. Схемотехника данных устройств позволяет заменить традиционные суперрегенеративные и супергетеродинные приемники, при этом можно выбрать нужную рабочую частоту логическими сигналами или обычными перемычками. Кроме того, имеется возможность производить фильтрацию данных и восстановление частоты, а также распознавать шаблоны принимаемых данных и читать данные во всех регистрах. На рис. 2 представлена типовая схема включения RAM01.

Типовая схема включения RAM01

В радиомодуле имеется последовательный SPI-совместимый интерфейс, таймер пробуждения, детектор напряжения батареи питания, вход сигналов тактирования и сброса для микроконтроллера, что характерно для всех упомянутых радиомодулей.

Основные параметры радиомодуля RAM01:

  • чувствительность: –110 дБм;
  • программируемая полоса пропускания: 85–340 кГц;
  • входное сопротивление приемника: 50 Ом;
  • программируемый битрейт: до 40 кбит/с;
  • FIFO-буфер: 64 бит;
  • напряжение питания: 2,2–3,8 В;
  • ток потребления в рабочем режиме: 9,6 мА.

На рис. 3 представлен внешний вид радиомодуля RAM01.

Внешний вид радиомодуля RAM01

RFM12 — универсальный модуль ЧМ-трансивера

В дополнение к простым модулям приемника и передатчика (RFM01 и RFM02) выпускается RFM12 — универсальный радиомодуль трансивера для работы в диапазонах 433 и 868 МГц. Он построен на основе микросхемы трансивера RF12, имеющей PLL-синтезатор, блок нулевой промежуточной частоты, а также последовательный SPI-интерфейс для связи с внешним микроконтроллером.

Трансивер — более сложное и универсальное устройство, но в нем так же, как и у других радиомодулей серии, имеется таймер пробуждения, детектор разряженной батареи, автоматическая настройка антенны, аналоговый и цифровой измерители уровня принимаемого сигнала, вход сигналов тактирования и сброса от внешнего микроконтроллера, дифференциальный вход для антенны, внутренний демодулятор.

Радиомодуль RFM12 рассчитан для работы в паре с таким же модулем ЧМ-трансивера. В диапазоне 433 МГц удается достичь устойчивой связи при прямой видимости на расстоянии до 150 м.

Основные параметры радиомодуля RFM12:

  • чувствительность: –102 дБм;
  • выходная мощность: 8 дБм;
  • волновое сопротивление входа/выхода: 50 Ом;
  • скорость приема данных:
    • до 115,2 кбайт/с с внутренним демодулятором,
    • до 256 кбайт/с с внешним RC-фильтром;
  • программируемая девиация частоты: 15–240 кГц;
  • программируемая полоса пропускания: 67–400 кГц;
  • диапазон RSSI: 46 дБ;
  • приемный FIFO-буфер на 16 бит;
  • два FIFO-буфера по 8 бит на передачу;
  • диапазон напряжения питания: 2,2–5,4 В;
  • ток потребления в режиме передачи: ≤21 мА;
  • ток потребления в режиме приема: ≤10 мА.

RFM12B — экономичный радиомодуль ЧМ-трансивера

RFM12B является экономичным решением модуля трансивера. Он имеет пониженное напряжение питания и несколько меньшую выходную мощность передающего тракта. Добавлены еще два частотных диапазона — 315 и 915 МГц. Другие параметры полностью повторяют значения, характерные для радиомодуля линии RFM12.

Отличающиеся параметры радиомодуля RFM12B:

  • диапазоны: 315, 433, 868, 915 МГц;
  • выходная мощность: 7 дБм;
  • диапазон напряжения питания: 2,2–3,8 В.

RFM12BP — 500-мВт модуль ЧМ-трансивера

Развитием линейки трансиверов является модуль RFM12BP с повышенной выходной мощностью в 500 мВт и с высокой чувствительностью приемного тракта 118 дБм.

Так же как и в предыдущих случаях, в нем используется чип RF12, с теми же техническими параметрами.

Модуль RFM12BP рассчитан для работы в паре с модулем ЧМ-трансивера RFM12. В диапазоне 433 МГц, при такой конфигурации, удается достичь устойчивой связи на расстоянии до 3000 м при прямой видимости.

Дополнительные параметры радиомодуля RFM12BP:

  • диапазоны: 433, 868, 915 МГц;
  • внутренняя фильтрация данных и восстановление тактовой частоты;
  • поддержка очень коротких пакетов данных до 3 байт;
  • напряжение питания:
    • 2,2–3,8 В — для ЧМ-трансивера,
    • 8–12 В — для выходного усилителя мощности;
  • ток потребления в режиме передачи: 260 мА;
  • ток потребления в режиме приема: 20 мА.

Типовая схема подключения цепей данных и питания представлена на рис. 4.

Схема подключения цепей данных и питания радиомодуля RFM12BP

Модуль ЧМ-трансивера RFM12BP производятся в виде печатной платы с размерами 40,0 × 20,0 × 24,2 мм. Его внешний вид представлен на рис. 5.

Внешний вид радиомодуля RFM12BP

Специализированные радиомодули серии HM

Модули HM-серии с успехом используются для создания систем беспроводной передачи данных, дистанционного управления и мониторинга процессов, передачи голоса, сигнализации и охраны, а также для замены морально устаревающих беспроводных систем передачи данных. Известно, что системы связи с ЧМ-модуляцией по многим параметрам превосходят системы с АМ-модуляцией. Очевиден выбор решения в пользу ЧМ-систем не только на стадии проектирования, но и при модернизации уже существующего оборудования. Компания Hope RF предлагает разработчикам электронной аппаратуры HM-серию специализированных радиомодулей, построенных, так же как и RFM-серия, на RF-чипах. Радиомодули работают при температурах от –35…+80 °C и в отличие от RFM-серии имеют интерфейс связи с внешними устройствами типа UART.

В таблице 2 представлена номенклатура и основные характеристики HM-серии.

Таблица 2. Основные характеристики радиомодулей HM-серии
Основные характеристики радиомодулей HM-серии

HM-R — компактный модуль ЧМ-приемника

Компания Hope RF производит HM-R — линейку простых в применении и недорогих ЧМ-приемников для диапазонов 433, 868 и 915 МГц. Поддерживая достаточно высокую скорость приема данных в диапазоне 600–9600 бит/с (300 бит/с – 100 кбит/с с внешним фильтром) и обладая хорошей чувствительностью, радиомодули способны обеспечить уверенную связь с передатчиками HM-T, HM-TR на расстояниях от 160 до 370 м.

Модули отличаются высокой экономичностью в широком диапазоне питающих напряжений 2,5–5 В, при этом потребляя ток порядка 9–11 мА. Устройства имеют малые размеры. Характерным отличием радиомодулей HM-R является возможность прямой замены ими аналогичных устаревающих АМ-модулей.

Параметры радиомодуля HM-R:

  • диапазон: 433, 868 и 915 МГц;
  • чувствительность: –98 дБм;
  • напряжение питания: 2,5–5 В;
  • ток потребления в рабочем режиме: 11 мА.

HM-T — компактный радиомодуль ЧМ-передатчика

Для совместной работы с приемниками HM-R разработана и производится линия HM-T — ЧМ-передатчиков для диапазонов 433, 868 и 915 МГц. Модули передатчиков обеспечивают скорость передачи данных в диапазоне 600–9600 бит/с или 300 бит/с – 100 кбит/с с использованием внешнего фильтра, что соответствует тем же значениям по пропускной способности приемных радиомодулей HM-R. При выходной излучаемой мощности в несколько милливатт они способны обеспечить уверенную связь на расстоянии до 370 м при прямой видимости. Такой мощности вполне достаточно для большинства применений.

Устройства HM-T эффективно работают в диапазоне питающих напряжений 2,5–5 В, при этом потребляя ток всего 25–31 мА. Ими тоже можно заменить устаревающие АМ-модули без модификации программного обеспечения последних.

Параметры радиомодулей HM-T:

  • диапазон: 433, 868 и 915 МГц;
  • выходная мощность: 7 дБм;
  • диапазон напряжения питания: 2,5–5 В;
  • ток потребления: 31 мА.

Радиомодули приемников HM-R и передатчиков HM-T выполнены в виде печатных плат с габаритными размерами 26,0×21,3×7,14 мм. Внешний вид радиомодулей HM-R и HM-T представлен на рис. 6.

Внешний вид радиомодулей HM-R и HM-T

HM-TR, HM-TRS — модули трансиверов с UART и RS232

Очень часто приходится решать задачу сбора данных с множества разнообразных датчиков, расположенных на расстоянии в несколько сотен метров, и накопления информации в компьютере или отдельном микропроцессорном устройстве. Наиболее просто сделать это с помощью беспроводных устройств. Чтобы снизить стоимость и упростить создание такого решения, предлагается линейка HM-TR — ЧМ-радиомодулей трансиверов. Модули способны уверенно обеспечивать беспроводной обмен данными на расстоянии до 330 м при скоростях приема-передачи 9600 бит/с. При этом проводится контроль протокола связи и сохраняется полная прозрачность со стороны пользовательского интерфейса UART или RS232, что значительно облегчает процесс проектирования устройств.

Радиомодули HM-TRS функционально не отличаются от HM-TR. Различия лишь в SMD-технологии сборки и размерах печатных плат. У HMTRS они составляют 24,0×29,0×4,0 мм, что существенно меньше чем у HM-TR. На плате отсутствует антенна, а штыревой разъем заменен на краевой.

Радиомодули HM-TR и HM-TRS имеют два режима работы: «режим связи» и «режим конфигурации». Установленные на радиомодуле два светодиода выполняют разные функции в различных режимах работы.

Для лучшего понимания логики работы приведем типовые схемы включения радиомодулей HM-TR(HM-TRS) для различных режимов работы (рис. 7, 8).

Схема включения в «режиме связи»
Схема включения в «режиме конфигурации»

Судя по представленным схемам, в первом случае радиомодуль находится в рабочем режиме, а в «режиме конфигурации» производится настройка параметров связи и передачи данных. Потребителям радиомодули поставляются с заводскими настройками параметров. С помощью программного обеспечения HM-TR Setup utility (рис. 9) можно изменять настройки и сохранять их в памяти модулей.

Интерфейс программного обеспечения HM-TR Setup utility

Параметры радиомодулей HM-TR(HM-TRS):

  • диапазон: 433, 868 и 915 МГц;
  • чувствительность приемника: –105 дБм;
  • максимальная выходная мощность: 5 дБм;
  • девиация частоты: 15–240 кГц;
  • полоса пропускания: 67–400 кГц;
  • стандартный интерфейс: UART (TTL) или RS232;
  • скорость UART-интерфейса: 300–19 200 бит/с;
  • напряжение питания: 5 В;
  • ток потребления при передаче: 26 мА;
  • ток потребления при приеме: 15 мА;
  • габаритные размеры HM-TR: 24,0×43,0×15,0 мм;
  • габаритные размеры HM-TRS: 24,0×29,0×4,0 мм.

На рис. 10 представлен внешний вид радиомодуля HM-TR.

Внешний вид радиомодуля HM-TR

Таким образом, применение радиомодулей Hope RF, работающих в диапазонах 315, 433, 868, 915 МГц, позволяет разработчикам создавать оригинальные современные и недорогие системы с новыми потребительскими свойствами.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Беспроводные технологии PDF


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке