Comunicadores de código de señal (RFM69): 7 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:44

Estos comunicadores de radio de “2 bits” (digitales) proporcionan un medio para indicarse entre sí (en cuanto a dónde están; si han terminado…) cuando compran en los extremos opuestos de una gran tienda; incluso cuando los teléfonos móviles no tengan servicio o no tengan carga de batería.

Se utilizan módulos de radio RFM69 915MHz. Son radios muy eficientes y de bajo consumo que utilizan comunicaciones digitales por paquetes. Pueden comunicarse a más de 100 metros con baja potencia, con solo decenas de miliamperios y hasta 1/2 kilómetro o incluso 1/2 milla usando aproximadamente 120 ma.

Los módulos de radio RFM69 son mucho más eficientes y efectivos en distancias mayores que un NRF24L01 o un RFM12.

Para conexiones aún más confiables a distancias más largas, este proyecto también podría realizarse con módulos de radio LoRa usados. Hay algunos dispositivos LoRa (como un RFM95) que son de tamaño e interfaz similares. Pero cuestan mucho más, lo que para mí no estaba justificado.

Las unidades admiten un conjunto de códigos de preguntas y respuestas de estilo digital 10-20 (¿ubicación?) (Consulte wiki / Ten-code https://en.wikipedia.org/wiki/Ten-code); así como código Morse opcional. Las unidades no admiten ninguna comunicación de voz (analógica).

También se pueden utilizar como buscapersonas con 3 niveles de solicitudes de atención, cuando alguien está convaleciente o trabajando debajo de la casa.

Más allá de eso, pueden ser muy divertidos, especialmente para niños o estudiantes.

Paso 1: Reúna los componentes

Como el módulo de radio no puede manejar una fuente de 5v o voltaje de señal, debe usar MCU de 3.3v. También tenga en cuenta que utilizo la versión de alta potencia 'H' de los módulos de radio.

Esta lista es para construir 2 unidades.

• cant. 2 Pro Mini 3.3v Arduino MCU
• cant. 2 módulos RFM-69HCW 915MHz
• cant. 2 Estuche (iba a ser un compartimento de batería)
• cant. 2 baterías de iones de litio de 3,7 v 200 + mah https://www.ebay.com/itm/311682151405 (7x20x30mm, ~ Tamaño máximo utilizable 9x24x36mm)
• cant. 4 LED bicolor de cátodo común rojo-verde de 5 mm https://www.ebay.com/itm//112318970450 (el cableado y el voltaje de ruptura son importantes)
• cant. 4 interruptores de botón de 6x6x7.5 mm
• cant. 2 zumbador activo piezoeléctrico
• cant. 2 cada uno resiste … 270 Olm, 1.5kOlm, ~ 5k
• cant. 2 tapón monolítico de 0,1 uf

Opcional

• cant. 2 LED blancos (o azules) de 3 mm
• cant. 2 tomas Phono de 3,5 mm
• cant. Condensador de filtro de potencia 2 220uf
• palito de paleta

Otros suministros que pueda necesitar

Cable sólido de 30 ga https://www.ebay.com/itm/142255037176, Cable 26ga sólido o 24ga trenzado, para tierra y + V

22ga alambre sólido, para antena

Varios: suministros de soldadura, cinta adhesiva, pegamento caliente, herramientas de creación de prototipos.

Convertidor de USB a TTL

Hardware opcional:

Un conector estéreo para conectar un auricular, para asegurarse de no perder las comunicaciones entrantes. También se le podría conectar un amplificador de altavoz portátil.

El LED blanco pequeño (3 mm) es opcional. Lo agregué para que sirva como indicador de ENCENDIDO. Fue simple de agregar ya que lo conecté a través de Btn1, que recibe algo de corriente de unidad de un resistor interno (~ 37k). Con tan poco impulso, este LED debe ser de alta eficiencia. Se podría usar un LED verde o tal vez azul, pero no amarillo o rojo, ya que su caída de voltaje es demasiado baja y parecería que el botón está presionado. No usaría verde ya que ese color se usa de otra manera para señalizar información.

También se puede omitir el conector fonográfico. Este dispositivo no hace mucho ruido, pero si le preocupa atraer la atención de los demás, le brinda la opción de usar un auricular. Alternativamente, un trozo de cinta adhesiva sobre el orificio para el audio es efectivo.

Para que todas las mediciones sean fáciles y precisas, me gusta mucho este calibre económico.

Paso 2: Construya el subsistema de radio MCU

Conecte los cables cortos a los pines MCU: 10, 11, 12, 13; un cable de longitud media al pin2.

Agregue largos (4-5 pulgadas) a los pines de E / S, de la MCU, que se utilizarán (pines: 3-9). Usé calibre 30 AWG y diferentes colores para los tipos de periféricos. Este cable de pequeño diámetro es capaz de manejar señales de menos de 100 miliamperios, pero es bastante pequeño y lo suficientemente flexible (y muy recomendable) para facilitar el montaje ajustado.

También conecte un cable de tierra y uno Vcc (usé 26ga, son los azules en las fotos). Estos cables transportan más corriente, así que use un calibre grande para reducir la caída de voltaje (y la posible radiación de la señal de ruido).

Conecte la MCU con la placa RFM-69. Todos menos los cables largos van hacia él.

Dobla la placa de radio hacia abajo sobre la placa MCU. No debe haber cortocircuitos entre las tablas. Si parece haber un potencial real de una corta duración, utilice un trozo de cinta o una lámina de plástico que se interponga.

Agregue el cable de la antena (22-24 ga. 80 mm) en la placa de radio, como se ve en la foto.

Paso 3: Prueba de desarrollo

Para su implementación de estas unidades, puede omitir esta sección. Para aquellos que estén interesados, esto les da un poco más de información sobre cómo llegué allí.

Una longitud de onda de ¼ para 915MHz es de 82 mm. El tutorial de Sparkfun.com sugiere usar 78 mm. Entiendo que el técnico de antenas dice que cuando la antena está dentro de una longitud de ½ onda de tierra, su antena actuará como si fuera ~ 5% más larga de lo que es. En cuanto a 915Mhz, eso sería menos de un pie y normalmente opera esta unidad mucho más alto desde el suelo que eso, descarto esta longitud de 78 mm. Sin embargo, existen otros factores que podrían causar efectos similares, por lo que se considera prudente utilizar menos de exactamente ¼ de longitud de onda. Me he comprometido y he cortado los cables de mi antena a un total de 80 mm (incluida la sección que pasa por el PCB). Con el equipo de prueba adecuado, podría optimizar mejor la longitud de la antena para su unidad, pero esperaría solo mejoras menores.

Después de los ajustes, obtuve un alcance máximo de aproximadamente 250 m con algunos obstáculos. Más allá de, digamos, 150 m, la orientación y la posición de la antena se volvieron cada vez más importantes.

Cuando usé una configuración de antena de tipo dipolo completo (un elemento activo vertical de 80 mm opuesto a un elemento de cable de tierra de 80 mm apuntando hacia abajo) para una unidad obtuve, con posicionamiento de prueba y error, hasta 400 metros con varios árboles y una casa en el medio, y comunicación bidireccional sólida a la mitad de esa distancia independientemente de la posición u orientación de las unidades remotas.

Paso 4: preparar la caja del proyecto

La construcción de este proyecto utilizando una pequeña caja es bastante desafiante. Tengo la experiencia de construir muchos aparatos electrónicos personalizados para proyectos domésticos, industriales y aeroespaciales. Los principiantes pueden preferir usar una caja de contenedores más grande, lo que facilita mucho la construcción. Después de todo, lo que buscamos es disfrute, no frustración. Por cierto, es posible que notes pequeñas diferencias en las fotos de las unidades que construí.

Limpia gran parte del interior de la caja. Use un cincel o un cuchillo X-acto para cortar dos costillas a la derecha y una a la izquierda. (ver foto del interior de una caja antes y después)

Caliente el extremo de un X-acto o un cuchillo para pelar (durante ~ 15 segundos con un encendedor) y corte el poste grande, dentro de la caja, y baje los otros dos a aproximadamente 1/8 de pulgada. Una vez que monté el interruptor, derretí esos dos postes lo suficiente como para mantener el interruptor en su lugar.

Usé cinta adhesiva en la caja para marcar la ubicación de los orificios. Vea las fotos de arriba.

Para mantener la perforación de los orificios en la marca, primero marqué los puntos con la punta de un dardo, luego perforé todas las ubicaciones con una broca de 1/16 y finalmente perforé cada orificio al tamaño deseado.

Taladre los agujeros para los botones, el audio y los LED en la carcasa. Los dos orificios para los LED principales, en la parte superior, miden 13/64”(5 mm) y están a 10 mm del borde. Los orificios para el audio (bip-zumbador) y el LED de encendido opcional son de 1/8”(3 mm). Están a 10 mm de la parte superior. El pequeño led está a 7 mm de lado. El orificio de audio está centrado de lado a lado. Los orificios para los botones, en el lateral, son de 9/16”(3,5 mm). Un botón está a 10 mm de la parte superior y el otro a 20 mm. Biselé el interior de los ojales, a mano, con una broca de 1/4”, para ayudar a asegurar que los botones no se atasquen al presionarlos.

Si está utilizando un conector fonográfico para auriculares o parlantes externos, debe abrir el orificio preexistente en la parte inferior a 15/64”. El material aquí es bastante grueso y simplemente intentar perforarlo resultaría en un agujero demasiado cerca del borde. Por lo tanto, primero taladre un orificio de 1/16, con su centro aproximadamente a 16 pulgadas del borde del orificio existente. Luego agrande ese agujero con una broca de 7/16”. Con una cuchilla pequeña afilada (~ Xacto) corte el material de modo que los dos orificios contiguos sean aproximadamente uno. Utilice una escofina en espiral Dremel o una lima de cola de rata para que los orificios formen un orificio bien redondo, en el que una broca se centre fácilmente. El orificio debe ser casi 15/64 en este punto. (Hay una foto del agujero en este punto) Ahora taladre con una broca de 15/64”. No sería 'Horrible' si usa un ¼ de bit.

Paso 5: Conexión de componentes de E / S periféricos

Cuando suelde dentro de los confines de la carcasa, asegúrese de no permitir que ninguna parte de la plancha entre en contacto inadvertidamente y, por lo tanto, derrita una parte de la caja, especialmente a lo largo de su borde exterior.

Los botones

Fije los botones con una pequeña cantidad de pegamento mientras los coloca. El pegamento caliente está bien, el pegamento fino (como el superpegamento) puede penetrar en el botón y dejarlo inoperable. Tenga en cuenta que le había quitado una pata a cada uno de los botones (los redundantes, a los que no me estaba conectando); los dobló para que no sobresalieran demasiado; y conectó los dos pines inferiores entre los botones. Los botones están situados de manera que las patas conectadas internamente estén horizontalmente opuestas entre sí.

Doble los cables del LED de encendido / apagado de 3 mm para que pueda conectarse a través de Btn1, su cátodo va hacia el lado de tierra. Este es quizás el problema de montaje más complicado.

Marque el lado de los LED junto al ánodo rojo. Cortar los dos ánodos (exteriores) conduce a aproximadamente ¼ de pulgada. oriéntelos con el cable marcado (rojo) hacia arriba. Deje el cable central largo, luego se dobla para conectarlo al lado de tierra de los botones. Consulte las fotos.

Adjunta a los resistentes.

No use simplemente las resistencias de valor que hice para los LED. Compré mis LED hace más de un año, no exactamente los enumerados anteriormente. Como la eficiencia de los LED varía mucho, pruebe los valores de resistencia para usarlos con los LED que tiene en la mano. Elija resistencias para el brillo que desee con un voltaje de accionamiento de 3 a 3.3 voltios (se prefiere 3.2v). Para una prueba de voltaje de suministro, puede usar dos baterías de 1.5v en serie, o una salida digital alta de un chip Arduino alimentado de 3.3v. Verifique que obtenga un buen amarillo verdadero al conducir los elementos rojo y verde. Recorta y suelda las resistencias a los LED de forma similar a como se ve en las fotos.

En una unidad, utilicé un palito de paleta como espaciador alrededor de los dos LED principales para que no sobresalieran tanto. Esta es estrictamente una preferencia personal. Esto tiene un efecto secundario negativo al reducir el brillo / ángulo de visión efectivo de estos LED.

Ponga un poco de pegamento a lo largo del borde exterior del zumbador y péguelo entre los LED principales (+ a la derecha). Ajuste su posición para que se alinee con el orificio de la carcasa antes de que se fije en su lugar.

El interruptor de encendido / apagado se mantiene en su lugar fundiendo los postes de los orificios de montaje. Usé la punta calentada con un destornillador pequeño para esto.

La tuerca del conector fonográfico no se fija, así que use pegamento caliente en el extremo opuesto para asegurarla.

Conecte a tierra a lo largo de los botones y los LED.

Prepare una mina más y menos (~ 24ga. Sólido) martillando los extremos recortados para que sean dos veces más anchos que gruesos. Luego, los extremos deben entrar en el conector de la batería de manera fácil pero ajustada. Por supuesto, si tiene o puede encontrar un cable de interconexión destinado a acoplarse con su batería, utilícelo por todos los medios.

Conecte el interruptor de encendido / apagado, el conector fonográfico, el timbre y los cables de alimentación. Consulte el diagrama de cableado anterior.

Tengo un pequeño condensador en las conexiones fonográficas. Esto se puede omitir, ya que queda muy ajustado. Su propósito es evitar un zumbido de bajo nivel en la salida.

Después de que los botones (así como el interruptor de encendido / apagado y el conector telefónico) estén completamente conectados y soldados, pégalos en su lugar para que no se muevan incluso después de un uso prolongado.

Paso 6: Montaje final completo

Es hora de conectar el subsistema de radio MCU a la carcasa con los dispositivos de E / S.

Conecte el subsistema MCU-Radio.

Recorte los cables según sea necesario, dejando el juego suficiente en ellos para que el conjunto del subsistema pueda estar lo suficientemente apartado como para permitir soldar los otros extremos de los cables.

Asegúrese de conectar los cables al LED principal a los correctos rojo / verde y, especialmente, obtenga la relación izquierda / derecha correcta. Los LED están invertidos de izquierda a derecha mientras mira dentro de la caja para saber cómo sostiene y usa el comunicador. (a menos que tenga la intención de usar las unidades con el lado opuesto hacia usted, como le gustaría hacer a una persona zurda).

Mueva el subsistema MCU-Radio en su lugar y presiónelo hacia abajo, doblando los cables según sea necesario, dentro de la caja; comprobando que no se estén haciendo cortos. Coloque un trozo de cinta aislante debajo si es necesario.

Puede reprogramar esta unidad mientras está ensamblada como se ve en la siguiente sección, con un FDDI adjunto temporalmente a través de un cable corto. ¡Asegúrese de que el nivel de Vcc del cable de descarga USB sea de 3.3v, no de 5v!

Coloque la batería, deslice la parte posterior y pruébela, dado que ya ha descargado el software. Tenga cuidado de no dejar que la batería presione el botón de reinicio de la placa MCU.

Por cierto, una batería de 300 mah debería durar unas 12 horas de funcionamiento, antes de tener que recargarla.

Paso 7: Funciones y funcionamiento del software y del dispositivo

La otra gran parte de este proyecto, de la que depende su funcionamiento, es la programación del software. Pero lo he resuelto todo, por lo que no es necesario que lo hagas.

Puede encontrar fácilmente instrucciones para descargar un boceto a un Pro mini Arduino en otro lugar. Configure su IDE de Arduino para el dispositivo y la frecuencia de operación correctos, de lo contrario obtendrá un audio deficiente y tal vez un comportamiento incorrecto. Asegúrese de usar un convertidor USB-TTL con 3.3v (no 5v). La unidad debe estar apagada. Puede ver que coloqué un encabezado en ángulo recto en el extremo del cable de descarga y luego lo inserté en los orificios asociados en la placa MCU y dejé que la unidad cuelgue de él, manteniendo una conexión lo suficientemente buena, pero temporal.

También necesita instalar la biblioteca para RMF69; consulte "Instalación de la biblioteca RFM69" al final de esta página.

Edite adecuadamente (vea el segmento de código a continuación), compile y descargue el boceto Two_bit_Comm adjunto.

// !!!! Direcciones para este nodo. INVERTIR LAS ID PARA EL SEGUNDO NODO !!!!

#define MYNODEID 1 // Mi ID de nodo (0 a 255) #define TONODEID 2 // ID de nodo de destino (0 a 254, 255 = difusión)

El software aprovecha la versión de alta potencia 'H' de los módulos de radio, al usar inicialmente una potencia media, y luego no puede obtener un reconocimiento si lo intenta con la potencia máxima. No lo sé, pero esperaría que esta operación no presentara un problema si se usara la versión de radios que no es de alta potencia.

Documentación operativa

Inicialización, en el encendido:

Cuando una unidad se reinicia, inicializa todo su hardware y software y envía sus configuraciones de Modo y Opción a la otra unidad, manteniéndolas sincronizadas. Se escucha un solo pitido corto y luego, si esta comunicación inicial tiene éxito, se escucha otro pitido y se enciende una luz verde. Si en este punto falla la comunicación, no hay un segundo pitido y se enciende una luz roja. Si la comunicación falla, es probable que la otra unidad esté fuera de alcance, apagada o sin batería. Se intentan varios reintentos y un aumento a la potencia máxima de transmisión antes de que se acepte el fallo.

Modo 1 - Comunicaciones de tipo 10-20

• Hola
• Necesita ayuda
• ¡AYUDA!
• Hecho ? Listo para ir ?
• Dónde estás ?
• Llámame.
• Por favor repitelo

También se definen convenciones de respuesta apropiadas. Incluidas las respuestas de "Tipo de área" y "Tipo de sección" a "¿Dónde estás?" peticiones.

Cabe señalar que debe tener paciencia cuando la unidad muestra una respuesta, ya que las pulsaciones de botones durante ese tiempo se ignorarán.

Modo 2: permite una forma de comunicación en código Morse

Se admiten tanto el estilo de una sola tecla como el de dos teclas.

El documento adjunto "Two_bit_Comm_user_Manual" cubre todos los detalles de la operación funcional soportada por el software.