Частота 433 мгц что это
Общий обзор диапазона LPD
Общий обзор диапазона LPD
Сокрашение LPD расшифровывается как Low Power Device — устройство малой мощности (маломощные радиостанции). Официально предел мощности 10 мВт. Плюсы LPD диапазона, который закреплен в полосе радиочастот 433.075 — 434.750 Мгц, в том что помехи от промышленного производства, электролиний не оказывают на эту часть радиоспектра сильного влияния.
А в условиях работы на открытой местности дальность связи существенно возрастает из-за отсутствия строений вообще. Таким образом, зачастую LPD диапазон оказывается намного удобнее и полезнее, чем CB (Си-Би) диапазон работающий на частоте 27 Мгц.
Еще один ощутимый плюс — все оборудование для LPD диапазона весьма компактно.
На практике рации LPD диапазона идут мощностью до 5 Вт, например Midland GXT-900, что больше разрешенной поэтому формально процедура их регистрации и сертификации обходится переключением их в маломощный совместимый режим с ограничением 10 мВт.
В диапазоне LPD работают многие устройства, такие как радиопульты для открытия дверей гаражей, автомобильные радиосигнализации.
В Европе диапазон разрешен, но к сожалению, не так повсеместно как диапазон PMR, который также не требует разрешений. Ниже приведен список европейских стран и их политика в отношении диапазона LPD:
Австрия — разрешено, свободно
Бельгия — запрещено
Великобритания — запрещено
Германия — разрешено свободно
Голландия — разрешено, свободно
Греция — разрешено, свободно
Дания — запрещено
Ирландия — запрещено
Италия — разрешено, свободно с канала №1 до №20
Исландия — разрешено, свободно
Испания — запрещено
Кипр — разрешено, свободно
Латвия — разрешено, свободно
Литва — запрещено
Люксембург — запрещено
Норвегия — разрешено, свободно
Польша — разрешено, свободно
Португалия — запрещено
Словакия — разрешено, свободно
Словения — разрешено, свободно
Турция — запрещено
Финляндия — разрешено, свободно
Франция — разрешено, свободно
Швеция — разрешено, свободно
Швейцария — запрещено (полицейский может просверлить и отдать вам обратно)
Хорватия — запрещено
Эстония — запрещено
Диапазон LPD в России
В России диапазон LPD находится в общем использовании относительно недавно и совпадает с европейским диапазоном аналогичного применения. В России он является без лицензионным с 2004 года, а точнее по решению ГКРЧ от 06.12.2004 г. № 04-03-04-001. Ниже приведена выписка из этого решения, касательно LPD:
— каждый тип радиостанции отечественного производства, а также ввозимого из-за границы зарубежного производства, должен иметь подтверждение соответствия установленным в Российской Федерации требованиям.
Применение указанных радиостанций на территории Российской Федерации без их регистрации установленным порядком не допускается.
Основные технические характеристики маломощных радиостанций LPD диапазона
* Полоса радиочастот — 433.075 — 434.750 МГц
* Максимальная излучаемая мощность передатчика, не более — 10 мВт
* Класс излучения — 16K0F3E
* Тип излучения — Симплексная одноканальная ЧМ (FM) телефония
* Шаг сетки частот — 25 кГц
* Нижняя звуковая частота — 300 Гц
* Верхняя звуковая частота — 3000 Гц
* Девиация частоты, не более — 5 кГц
* Количество программируемых каналов — не регламентируется
* Относительный уровень побочных излучений передатчика, не хуже — 60 дБ
* Тип антенны приемопередающая — штыревая
* Ширина диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости — 360 град.
* Коэффициент усиления антенны — не более 0 дБ
Примечания:
1. Полоса частот 433,075-434,750 МГц используется на вторичной основе.
2. Маломощные радиостанции должны использоваться в локальных сетях подвижной радиосвязи.
3. Параметры приемных устройств маломощных радиостанций не регламентируются.
Но что же нам дает этот небольшой диапазон с 433.075 до 434.750, дает он нам 69 каналов с учетом шага в 25 кГц и мы получаем вот такую частотную сетку
Из-за своей компактности, удобства эксплуатации, помехоустойчивости, небольшой стоимости и отсутствия регистрации LPD радиостанции приобрели популярность у охраны, персонал супермаркетов, охотников, рыболовов, водителей для связи между машинами и множества людей в самых разнообразных сферах деятельности.
Большая часть представленных на Российском рынке LPD раций произведена в Китае и Малайзии. Основные фирмы это Midland, Motorola, JJ-connect, Vector.
Как правило все портативные маломощные рации оснашены функцией голосовой активации ( VOX) и соответственно возможно подключение разнообразных гарнитур, тональным шумоподавитель (CTCSS) — устройство для снижения уровня побочных шумов, встраивается в станцию для того, чтобы в отсутствие сигнала от корреспондента станция не шумела, также эта функция полезна в случае индивидуального вызова конкретной станции, естественно работающего в том же диапазоне.
Большим плюсом, особенно для нашей большой не электрифицированной родины то, что в качестве питания рации можно использовать не только родные аккумуляторы, но и аккумуляторы и батарейки размера АА или ААА.
А за счет небольшой и регулируемой мощности время работы от зависит от качества и емкости элементов питания, а также интенсивности работы и может составлять от 25 до 60 часов.
Дальность связи между средними представителями мощностью 2-3 ватта, например Midland LXT-325, составляет примерно до 1.5 километров в городе, на открытой местности — до 4 км.
Активно покупают такие радиостанции LPD строители, охранные и обслуживающие структуры торговых домов, стоянок автотранспорта, складов, супермаркетов, ресторанов и кафе, гостиниц и кемпингов, спортивных комплексов, концертных площадок. Пригодится эти рации и любителям рыбалки, охоты, грибникам, лыжникам, туристам и всем тем, кто занимается активным отдыхом.
Также отличный выбор семейство радиостанций Аргут — хороший модельный ряд, отличное качество и большое количество аксессуаров делают эти радиостанции очень привлекательными для требовательного покупателя.
Что лучше для электронных пультов: 433, 868 или 2400 МГц?
Что лучше для электронных пультов: 433, 868 или 2400 МГц?
В последние годы в электронной технике беспроводного управления (выключатели и др.) всё более ощутима тенденция перехода на более высокие несущие частоты. А именно, с традиционных 433 МГц на 868 и 2400 МГц. Что даёт такой переход на более энергоёмкий диапазон и чем вызвано это решение конструкторов, требующее переработку большого количества готовой документации?
По опыту развития компьютеров и аппаратов мобильной связи увеличение рабочей частоты было вызвано необходимостью повышения их производительности и сопровождалось миниатюризацией и повышением плотности упаковки. Это наглядно видно каждому потребителю, пережившему несколько этапов эволюции компьютеров и сотовых телефонов. Аналогичный этап развития переживают и другие средства дистанционного управления, системы наблюдения и пожарной охраны.
Про основной недостаток полосы 433 МГц
Общепринятыми в мире стандартами по регулированию частотных диапазонов для потребительского использования без специальных разрешений и лицензий выделены определённые полосы. Так, наиболее популярным и традиционным является полоса 433-447 МГц. Диапазон обладает хорошей энергоёмкостью, обеспечивающей уверенную связь в пределах мегаполиса при небольших размерах антенны и минимальной мощности передатчика (не более 10 мВт).
С быстрым увеличением количества оборудования, работающих в этом диапазоне волн, стала ухудшаться ситуация с их электромагнитной совместимостью. Создаваемые взаимные помехи бесчисленным множеством различных электронных устройств, работающих на одной несущей частоте и находящихся вблизи, приводят к ложным срабатываниям и нестабильной работе этого оборудования. Засорённость эфира в узкой частотной полосе ухудшают стабильность и надёжность работы многих беспроводных систем.
Так, на этой частоте могут одновременно функционировать автоматические шлагбаумы и ворота, дистанционные фонари и розетки, связные радиостанции и радиоуправляемые детские игрушки. Здесь же могут работать исполнительные устройства «умного дома». Если они располагаются достаточно далеко друг от друга, то их взаимное влияние будет ослаблено. Но в условиях крупного современного города с большой плотностью населения проблемы электромагнитной совместимости являются особенно актуальными.
Про частотный диапазон 868 МГц
Устройств, работающих по беспроводной технологии, с годами становится только больше. Несмотря на использование различных методов модуляции и кодирования, применение цифрового преобразования и других способов разделения сигналов, добиться существенного улучшения ситуации с уменьшением взаимных помех не удаётся. Поэтому коренным решением проблемы является переход на другой диапазон частот, находящийся в кратной удалённости от прежней полосы, – в пределах 868-870МГц.
Данный диапазон волн также можно использовать без разрешительных лицензий. При этом по требованию надзорных органов выходная мощность излучателей радиоволн не должна превышать 25 мВт. Чем выше частота излучения, тем больше проникающая способность электромагнитных волн и их защищённость от воздействия случайных промышленных помех.
Про дальность действия радиосвязи
Дальность действия радиотехнических систем связи определяется такими факторами, как мощность передатчика, чувствительность приёмника и условия распространения электромагнитных волн. Так как мощность излучателей ограничивается требованиями стандартов, то большое значение для увеличения дальности действия приборов приобретают второй и третий из указанных выше факторов.
Кроме того, по способности волн преодолевать железобетонные стены диапазон 868 МГц гораздо предпочтительнее по сравнению с диапазоном 2,4 ГГц. То же самое касается и условий распространения в открытом пространстве, что объясняется особенностями строения атмосферы. На затухание волн влияет также влажность и загрязнённость воздуха. Существует эмпирическое правило радиоинженера: двукратное увеличение частоты в 2 раза сокращает дальность связи.
Более высокая частота выгодна тем, что даёт возможность уменьшать размеры антенны и повышать её эффективность излучения. Кпд антенны максимальна, когда её длина равна четверти, половине или всей длине излучаемой радиоволны. Частотам 2,4 ГГц, 868 и 433 МГц соответствуют длины волн 13, 35 и 70 см. Переход на более короткие волны также уменьшает влияние на качество связи помех от работы промышленных установок (трансформаторов, троллейбусных и трамвайных линий, промышленных генераторов и др. источников, создающих общий шумовой фон электромагнитных излучений).
С другой стороны более короткие волны теряют способность огибать препятствия (дифракция волн). 35 сантиметровые волны (868 МГц) наиболее эффективны в городских условиях с плотной застройкой домов и стационарными установками. Для мобильных устройств с постоянным перемещением установок более предпочтительна длина волны 70 см (433 МГц). Кроме того, технология производства приёмопередатчиков, работающих на частоте 868 МГц, более простая и экономичная, что обеспечивает высокую надёжность и долговечность работы.
Про габариты станций
Габариты приёмопередатчиков в основном определяются не выбором частотного диапазона и сложностью схемы, а размерами антенн. В качестве всенаправленных антенн проектировщики в большинстве случаев выбирают четвертьволновые вибраторы. При этом эффективная длина антенны для диапазонов 433 и 868 МГц составляет 17,3 и 8,2 см соответственно. Использование более коротких антенн снижает их эффективность, несмотря на применение различных схемных ухищрений в виде эквивалентов антенн.
Волны этого диапазона лучше распространяются и в коаксиальных кабелях, что позволяет легко удалить антенну от передатчика в пределах нескольких метров. Это очень удобно для мобильных устройств, устанавливаемых на транспортных средствах. Сигнал с частотой 2,4 ГГц будет сильно затухать в коаксиальном кабеле. Для удаления антенны от такого приёмопередатчика требуется специальный волновод.
Ещё раз про электромагнитную совместимость
Диапазон 2400 МГц уже использует большое количество бытовой электроники. На этой частоте функционируют роутеры беспроводного Интернета, модули Bluetooth сотовых телефонов, компьютерные приставки и внешние устройства, микроволновые печи. Эти источники могут излучать волны очень продолжительное время и учесть их работу практически невозможно.
В диапазоне 433 МГц работают системы охранной сигнализации. Однако режим их работы на излучение носит кратковременный характер, что позволяет нейтрализовать их влияние простым дублированием передаваемой информации. В отношении загруженности наиболее свободным диапазоном в России является 868 мегагерцовая полоса частот, так как она стала безлицензионной сравнительно недавно.
Для производителей устройств беспроводного дистанционного управления установлены определённые требования по обеспечению стабильности рабочей частоты, которые со временем только ужесточаются. Жёсткая привязка частоты особенно актуальна для города, где связь во многих местах обеспечивается за счёт многократного переотражения волн от многочисленных застроек и препятствий.
Про экономию электроэнергии
Закономерно, что чем больше частота излучения, тем больше электроэнергии будет потреблять передатчик. В типовом режиме стандартный ZigBee-трансивер, работающий на 2400 МГц, потребляет от сети ток 20-40 мА. Аналогичные трансиверы на частоте 868 МГц имеют значение потребляемого тока в 2 раза меньше. Данные показатели характерны для активного режима работы трансивера. В пассивном дежурном режиме потребляемый ток устройств не зависит от частотного диапазона.
Для экономии электроэнергии и увеличения быстродействия систем управления используется сонный режим работы оборудования, когда энергия потребляется только для поддержания рабочей температуры деталей без излучения в пространство. В режиме сна не происходит обмена информацией. Это обеспечивает минимальное время включения аппаратуры в активный режим без переходных процессов, что даёт львиную долю экономии потребляемой энергии.
Заключительный вывод
Современный уровень развития микроэлектронных технологий позволяет конструировать различные недорогие и экономичные телеметрические, охранные и интеллектуальные устройства беспроводной автоматики, применяемые в промышленности и в быту и работающие в нелицензионных диапазонах волн. Наиболее перспективной и эффективной частотной полосой для таких устройств по различным критериям является диапазон 868 МГц. Он оптимален в отношении электромагнитной совместимости и условий распространения радиоволн.
Анализ частот 433MHz и 868MHz, применяемых в беспроводных системах сигнализаций
Беспроводная система сигнализации обладает такими качествами, как портативность, лёгкость в установлении и отсутствие проводов.
Все сигналы для связи с устройствами передаются по жестко заданным частотам. Как правило, в каждой стране есть свой бесплатный спектр радиочастот, а есть правительственный, распределение которого регулируется «Таблицей распределения полос частот между радиослужбами РФ», Постановление. Правительство РФ. 15.07.06 439-23. Можете скачать документ.
В документе перечислен весь перечень существующих радиочастот и указаны в каких диапазонах разрешено использовать коммерческим организациям. Согласно приложению №2 частота 433MHz лежит в диапазоне: 433,050 — 434,790 МГц и относится к неспециализированным устройствам радиочастотной идентификации, устройствам охранной радиосигнализации автомашин, а частота 868MHz (868 — 870 МГц) к неспециализированным устройствам охранной сигнализации.
На базе этих частот создают беспроводные охранные сигнализации.
Диапазон ISM
К бесплатным беспроводным каналам связи относится международный диапазон ISM (аббревиатура от Industrial, Scientific and Medical). Для его применения не требуется лицензирование. Bluetooth, Wi-Fi, IEEE 802.15.4, Zigbee работают в этом диапазоне.
Таблица распределения радиочастот
Благодаря высокой скорости работы радиоканала, высокой устойчивости к ошибкам связи и малому энергопотреблению этот диапазон применяется в большинстве современных устройств. Частоты 433MHz и 868MHz — это две главные группы, которые обычно используются в системе беспроводной сигнализации.
Особенности
Полоса частот 433MHz часто используется для управления многих устройств, перечислим распространенные:
868MHz предназначается для связи между беспроводными сетями датчиков. Большинство беспроводных систем используют частоту 433MHz, однако, она может работать нестабильно в условиях большого города. Главное требования предъявляемое к устройствам, работающих на этих частотах состоит в том, что они не должны создавать помех другим радиоэлектронным средствам.
Зависимость ослабления сигнала от расстояния
Дальность действия устройств, работающих на частоте 433MHz и 868MHz невелика, и сокращается в зависимости от наличия посторонних объектов на пути передачи сигнала. Частота 433MHz хорошо себя зарекомендовала для подвижных объектов. 868MHz имеет преимущество в скорости передачи, обмена данных и дальности передачи сигнала.
Зависимость ослабления сигнала от встречаемых препятствий
Усиливают сигнал при помощи антенн. Однако, у радиоволн отсутствует способность огибать препятствия. В законодательстве нет запретов на количество используемых ретрансляторов, репитеров и антенн, создав сеть из радиопередатчиков можно осуществлять передачу любого вида сигнала.
Считается наиболее надежная охранная сигнализация, построенная по радиочастотным протоколам. Например, Сбербанк издавал внутренний документ о запрете использования GSM-сигнализаций, поэтому все их объекты оснащены радиочастотными сигнализациями. Это можно объяснить двумя важными показателями: скорость срабатывания и передачи сигнала (мгновенное срабатывание), защищенность канала.
У меня остался один из таких радиопередатчиков, который до сих пор применяется вневедомственной охранной и некоторыми ЧОП-ами.
Внешний вид RF радиомодуля ATSU100 (производитель Израиль)
Сверху модуля производится подключение внешней антенны, справа разъем RS-232 для диагностики неисправностей, снизу для подключения датчиков
Клеммная коробка для подключения датчиков и питания к модулю ATSU100
Подведем итог преимуществ частоты 433MHz и 868MHz:
Улучшение сигнала
С точки зрения расстояния сигналы с большей длиной волны проходят большее расстояние и проникают через объекты лучше, чем сигналы с короткими длинами волн. Технически 433MHz может пройти большее расстояние, чем 868MHz.
Мощность передачи и чувствительность приемника — это два фактора, которые определяют диапазон. дБ — это децибелы, логарифмические единицы, которые используются для измерения радиочастотной мощности. Передача мощности относится к количеству ВЧ мощности, которая выходит из РЧ передатчика. Чувствительность приемника относится к минимальному уровню сигнала радио, она же может демодулировать. Большая мощность передачи может привести к большей дальности передачи.
Обработка нижеприведенных частот может улучшить качество передаваемого сигнала:
Второй способ усиления сигнала — применение внешних антенн.
Внешние антенны для улучшения сигнала
Размер антенны, направление и место ее установки влияет на качество улавливаемого сигнала, так как она прямо пропорциональна длине волны, поэтому их устанавливают как можно выше и в открытых местах.
Еще раз о передатчиках и приемниках 433 МГц
Простейший комплект из приемника и передатчика ISM-диапазона 433 МГц завоевал заслуженную популярность в среде любителей электроники. Комплекты дешевы (даже в «Чипе-Дипе» их можно купить рублей за 300, а на Ali, говорят, вообще за полтинник), просты и надежны. Кроме того (о чем вы, возможно, не подозреваете), это самый дальнодействующий и проникающий способ беспроводного обмена данными — сигнал на частоте 433 МГц куда лучше проходит через препятствия и действует на более далеком расстоянии, чем в популярном диапазоне 2,4 ГГц (433 МГц полностью задерживаются стенкой в полметра бетона, а Wi-Fi умирает уже на 10 сантиметрах). Допускаю, что недавно появившиеся модули MBee-868, будучи снабженными соответствующей (направленной) антенной, «стреляют» дальше, но они как минимум на порядок дороже, сложнее в подключении, требуют управления энергосбережением и предварительной настройки. И вдобавок частота 868 МГц вдвое хуже проходит через препятствия (хотя, конечно, несравненно лучше частоты 2,4 ГГц).
О приемниках-передатчиках 433 МГц написано очень много (в том числе и на хабре, конечно). Однако, правильно включать в схему этот комплект по какой-то странной причине, кажется, не умеет никто. Когда я в который раз прочел вот тут, что комплект «принимал на 8-ми метрах в пределах прямой видимости, 9-ый метр осилить не удалось», мое терпение лопнуло. Какие еще 8 метров?! В 40-50 я бы поверил, хотя в реальности, наверное, дальность еще больше.
Стоит заметить, что я далее решаю задачу создания линии для передачи произвольных данных, а не просто управления какими-нибудь умными розетками или мотором модели катера. Моя задача сложнее, но все-таки расстояние надежной работы у меня оказывается гораздо больше. Причем в такой задаче важно не только и не столько расстояние в пределах прямой видимости (оно может служить только для сравнения), сколько способность проникать через различные препятствия.
У меня такой комплект работает за городом на расстоянии примерно 25-30 метров под острым углом к бревенчатой стенке, так, что на пути сигнала оказывается примерно метр (в сумме) стен и перегородок, причем частично экранированных фольгированным утеплителем. На гораздо меньшем расстоянии, почти прямо за стенкой, WiFi уже полностью теряет сигнал. В городе сигнал добивает от одного конца трехкомнатной городской квартиры к другому через две межкомнатные перегородки, а также с балкона, где по прямой линии между передатчиком и приемником не менее 80 сантиметров кирпичной кладки и гипсолитовая перегородка. Никаких более дорогих вариантов комплектов, упомянутых в приведенном обзоре, я не употреблял.
Дополнительный плюс комплекта в том, что в паузах передатчик не потребляет ничего, причем без всяких специальных режимов Sleep, просто по принципу своего устройства (ток потребления в покое сравним с токами коллекторной утечки запертого транзистора, то есть порядка 100 нА).
Давайте разберемся, в чем тут подводные камни.
Подключение передатчика
Передатчик (он носит название FS1000A), как мы видим из его схемы ниже, представляет собой простейший генератор на основе ПАВ-резонатора на 433 МГц. Генератор собран на транзисторе Q1, а транзистор Q2, на базу которого подаются цифровые данные — просто ключ, который подключает генератор к питанию (к шине GND) при наличии высокого уровня (логической единицы) на входе. Питание может быть от 5 до 12 вольт, причем, по утверждению производителей, чем выше питание, тем дальше работает связь.
Принципиальных преимуществ увеличенного питания в рамках своей задачи я не заметил. Тем не менее, не следует пренебрегать фактом, что особых требований к питанию тут не предъявляется, и при повышенном напряжении девайс будет работать только лучше. Удобно подключать передатчик непосредственно к напряжению с адаптера 9-12 вольт, аккумулятора или комплекта из 6 батареек (контакт Vin Arduino). При нестабилизированном питании, которое может превышать 12 вольт (как, например, у аккумуляторов) я обычно развязываю передатчик от основной схемы отдельным 9-вольтовым стабилизатором (можно простейшим 78L09), причем разницы в работе между питанием 9 и 12 вольт я не наблюдаю никакой. У Uno или Nano можно для питания самого контроллера и остальных схем (например, датчиков) при этом использовать встроенный стабилизатор 5 вольт, а для Mini (особенно — его дешевых клонов) я бы посоветовал поставить отдельный 5-вольтовый стабилизатор, подключив его к выводу 5V.
Следует отметить, что в последнее время стали появляться передатчики, выглядящие несколько нестандартно (см. рис. ниже). Оказалось, что отсутствие дросселя L1 (трехвиткового), от которого остались только отверстия — фикция, он просто заменен на соответствующий SMD-компонент. Хуже в этом варианте другое: неряшливая полиграфия может ввести в заблуждение относительно подключения выводов данных и питания. Правильное подключение показано на рисунке, оно для всех вариантов одинаково:
Самое поразительное в этом деле — то, что при перепутанном подключении данных и питания передатчик на небольших расстояниях продолжает работать! Если вы рассмотрите схему, то поймете в чем дело: база Q2 через резистор при этом оказывается подключенной к питанию, транзистор всегда открыт, и влияния на работу схемы не оказывает. А логический высокий уровень на шине питания просто запитывает в нужный момент генератор. Несуразности начинаются на некотором расстоянии — понятно, что из логического вывода источник питания получается плохой.
Подключение приемника
При приобретении приемника (он может носить название вроде MX-RM-5V или XD-RF-5V) обращайте внимание на длину выводов — мне как-то попалась целая партия с укороченными штырьками, отчего из стандартного разъема PBS приемник вываливался при малейшем перекосе и его приходилось к плате специально крепить.
У приемника схема гораздо сложнее (я ее не буду воспроизводить, но можете ознакомиться, например, тут). Она должна принять и усилить высокочастотный сигнал, отфильтровать частоту 433 МГц, выделить всплески и преобразовать их в логические уровни. Приемник имеет подстроечный дроссель (посередине платы), но без точных приборов для измерения амплитудно-частотной характеристики я его крутить не советую — скорее всего, вы ничего не улучшите, а только испортите.
Так как уже на небольшом расстоянии сигнал будет гораздо меньше помехи, понятно, что мы с помехами должны бороться по всем фронтам: и схемотехническими и программными методами. Последнее за нас делают библиотеки, но какая бы математика не применялась в программной обработке, желательно сначала сделать все для того, чтобы логическая единица на выходе появлялась только при всплеске полезного сигнала и не появлялась при наличии помехи. Иными словами, классно было бы от помех при приеме отстроиться заранее по максимуму.
Стандартный метод снижения помех, известный в мои времена каждому школьнику, собравшему хоть один радиоприемник или усилитель, заключается в том, что для чувствительных к помехам узлов необходимо делать отдельное питание, по максимуму изолированное от остальных схем. Можно его делать разными методами: когда-то ставили отдельный стабилитрон, сейчас часто изолируют питание проблемного узла LC-фильтром (так рекомендуется поступать, например, для АЦП, посмотрите даташиты на AVR-контроллеры). Но в наших условиях, когда современные компоненты невелики и дешевы, проще просто поставить на приемник отдельный от всего остального стабилизатор.
Стабилизатор, например, типа LP2950-5.0 плюс два необходимых конденсатора к нему в самом дешевом варианте (когда оба конденсатора — керамические, в диапазоне 1–3,3 мкФ) добавит к стоимости вашей схемы рублей шестьдесят максимум. Но я предпочитаю не экономить: на выходе ставлю обычный керамический, а на входе электролит (10–100 мкФ), причем твердотельный (полимерный) или танталовый. Обойтись керамическими конденсаторами и там и там можно, если входное напряжение 7-12 вольт поступает с батареек-аккумуляторов или с другого аналогового стабилизатора. Импульсные стабилизированные источники и простейшие нестабилизированные выпрямители требуют дополнительной фильтрации. Можно использовать дешевый алюминиевый электролит, если ставить параллельно ему керамический 0,1 мкФ, еще лучше поставить на входе последовательную индуктивность в несколько долей или единиц миллигенри.
Стабилизатор следует устанавливать прямо около приемника, длина проводников должна быть минимальна. Вместо LP2950 можно взять LM2931 или аналогичный с маленьким проходным напряжением (это особенно важно, если схема питается от батареек — для обычного LM78L05 входное напряжение должно быть не менее 7,5, а лучше 8-9 вольт).
Сравнив со случаем питания приемника непосредственно от Arduino, как рекомендуется во всех публикациях (исключений я не встречал), вы поразитесь полученному эффекту — дальность и способность проникать через стенки сразу увеличивается в разы. Приемник вместе со стабилизатором для удобства можно вынести в отдельную маленькую коробочку. Связать его выход с контроллером в основном корпусе можно любым трехжильным проводом (два питания и сигнальный проводник) длиной до 3 метров, а может быть и больше. Удобнее это потому, что еще нужны антенны, и по правилам будет лучше, если они будут параллельны друг другу в пространстве, а большие корпуса не всегда удается разместить так, чтобы антенны торчали в нужной ориентации.
В простейшем варианте в качестве антенн можно обойтись обрезками одножильного провода сечением не меньше 0,5 мм и длиной 17 см ± 1-3 мм. Не следует употреблять многожильный монтажный провод! В продаже имеются более компактные спиральные антенны, но я лично их эффективность не испытывал. Кончик антенны и у передатчика и у приемника запаивается в соответствующее отверстие в углу платы (не ошибитесь в модернизированном варианте передатчика — там слово ANT тоже не на месте, см. рис. выше).
Формирование и обработка передаваемых данных
Это второй крупный недостаток большинства обзоров по нашей теме: авторы ограничиваются какой-то локальной задачей, не формулируя ее в общем виде, как передачу произвольных данных одним пакетом. Как вы поняли из описания выше, передаваться нашим комплектом может только простая последовательность бит. Стандартная библиотека VirtualWire кодирует их специальным образом (каждая тетрада кодируется 6-ю битами, впереди добавляется синхронизирующий заголовок, и еще добавляется контрольная сумма для всего пакета) и на выходе превращает в более привычную последовательность байт. Но разбираться с ней уже приходится программисту самостоятельно.
Далее мы считаем, что передатчик и приемник подключены к Arduino. Кроме VirtualWire, в связи с бумом «умных домов», есть еще много всякого подобного, вроде RC-Switch или RemoteSwitch, но они ориентированы на другие задачи, и для передачи произвольных данных их употреблять явно не стоит.
Максимальная длина одного сообщения в VirtualWire равна 27 байт (см. документацию). Передача одного полного сообщения (оно автоматически дополняется сигнатурой 0xb38, значением длины сообщения и контрольной суммой) при выбранной мной скорости 1200 бит/с составляет 0,35 секунды.
Чем больше, кстати, выбранная скорость передачи, тем дальность передачи будет меньше. По опыту применения RS-232 известно, что при увеличении дальности допустимая скорость передачи экспоненциально падает: на скорости 19200 неэкранированная линия работает на 15 метров, на 9600 — 150 метров, а на скорости 1200 — более километра. Интересно было бы экспериментально выяснить характер этой зависимости для нашего случая, ведь очень много здесь зависит и от применяемой математики.
Инициализация передатчика в VirtualWire выглядит так:
Разберем принципы формирования данных на конкретном примере. Пусть у нас имеется выносной датчик температуры-влажности. Он выдает значения (переменные temperature и humidity) в формате действительного числа со знаком (float). Чтобы было проще разбираться на приемном конце, будем все приводить к виду положительного целого числа с числом десятичных разрядов не менее 4, переводить разряды по отдельности в ASCII-символы, передавать получившуюся строку, а на приемном конце выполнять обратные операции. Конечно, можно упростить задачу (например, обойтись без преобразования в ASCII и укоротить числа), но в таком виде она получается единообразной для почти любых разновидностей цифровых данных, что упрощает разборку при приеме.
На практике для формирования сообщения удобно воспользоваться типом String, примерно так:
Если требуется передавать более точные числа с большим количеством разрядов, то вы просто увеличиваете длину массива msg. Глобальные «волатильные» переменные tmpr и hum нужны в случае, если вы осредняете несколько показаний, в противном случае они тоже могут быть объявлены локальными внутри функции loop(). Сообщение, как видите, состоит из значений преобразованных температуры и влажности, в ASCII-строках по четыре байта каждое, предваряемых строкой из трех символов «DAH» (символы могут быть любыми другими из таблицы ASCII). Это сигнатура, которая позволит выделить данное сообщение из числа возможных других, посылаемых аналогичными устройствами. Не пренебрегайте сигнатурой, даже если вы полагаете, что других устройств поблизости в этом диапазоне не предвидится, заодно она служит дополнительной гарантией целостности принимаемых данных.
Заметьте также, что при преобразовании строки в массив необходимо указать на один символ больше, чем суммарная длина сообщения (3+4+4=11), это учитывается нулевой символ, замыкающий строку. А величина массива msg[] должна быть указана с запасом и может быть любой, в данном случае от 13 до 27 байт. При передаче все равно отправится ровно столько, сколько вернет функция strlen(msg), то есть 11 байт + нулевой символ.
В приемной части полученный массив ASCII-кодов придется разбирать (парсить). Но сначала нужно его принять. Для инициализации приема выполняются следующие действия:
Собственно прием с разборкой строки такой:
Надеюсь, у вас теперь будет меньше вопросов по применению этих дешевых и удобных в применении устройств.