Радиомодули HOPE-RF

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). Радиомодули 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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.