Τηλεχειρισμός 4 εξόδων μικρής απόστασης (433 MHz)

Κυκλώματα ραδιοσυχνότητας, ταλαντωτές, δέκτες, κεραίες, τηλεχειρισμοί και ραδιοερασιτεχνικές εφαρμογές.
Άβαταρ μέλους
GeorgeVita
Διαχειριστής
Δημοσιεύσεις: 453
Εγγραφή: 04 Σεπ 2013, 21:51
Ονομα: Γιώργος
Επικοινωνία:

Τηλεχειρισμός 4 εξόδων μικρής απόστασης (433 MHz)

Δημοσίευσηαπό GeorgeVita » 03 Φεβ 2014, 19:18

Τηλεχειρισμός 4 εξόδων μικρής απόστασης (433 MHz)

Υπάρχουν αρκετές εφαρμογές που χρειάζονται τηλεχειρισμό από μικρή απόσταση όπως άναμμα φώτων κήπου, ασύρματο κουδούνι πόρτας, άνοιγμα γκαραζόπορτας, κίνηση κεραίας λήψης και διάφορα παιχνίδια ή εφέ με ανάγκη χειρισμού ενός ή περισσοτέρων εξόδων. Για την υλοποίηση αυτού του κυκλώματος χρειαζόμαστε:

- κωδικοποιητή εντολών χειρισμού
- πομπό μικρής ισχύος
- δέκτη για δεδομένα ("data")
- κεραίες
- αποκωδικοποιητή παλμοσειράς δεδομένων (data)
- οδήγηση ρελέ

Στην Ευρώπη οι επιτρεπόμενες συχνότητες για τηλεχειρισμούς μικρών αποστάσεων είναι στις μπάντες των 433MHz και 868MHz.
Απλούστερη στη χρήση και φθηνότερη στα εξαρτήματα είναι η μπάντα των 433MHz.


Κωδικοποιητής εντολών χειρισμού

Σήμερα στην πλειοψηφία το ρόλο του κωδικοποιητή/αποκωδικοποιητή στους τηλεχειρισμούς τον έχει ένας μικροεπεξεργαστής με πλεονεκτήματα ασφαλείας και επαναπρογραμματισμού κωδικών. Οι περισσότερες εφαρμογές τηλεχειρισμού δεν χρειάζονται "απόλυτη ασφάλεια" στην μετάδοση της εντολής αλλά πρέπει να είναι ανθεκτικοί στο θόρυβο της ραδιοσυχνότητας και να ενεργούν μόνο όταν τους χειριζόμαστε! Επιπλέον, σε εκπαιδευτικές/ερασιτεχνικές κατασκευές αρκετοί θέλουν να αποφύγουν τους μικροεπεξεργαστές.

Ο απλούστερος στη χρήση κωδικοποιητής/αποκωδικοποιητής για τηλεχειρισμό μικρών αποστάσεων εμφανίστηκε το 1982 με το όνομα MM53200 (National Semiconductor, τώρα T.I.). Ο κωδικός του τηλεχειρισμού φτιαχνόταν από 12 διακόπτες (dip switches) ή βραχυκυκλώματα (jumpers) για να δηλώσουν 2 ψηφιακές καταστάσεις (High/Low). Ακολούθησαν αρκετοί μιμητές όπως και "βελτιωμένες" εκδόσεις με περισσότερους κωδικούς από διακόπτες 3-ών καταστάσεων (High/Low/NoConnection) όπως το MC145026 (Motorola, τώρα ON Semiconductor).

Ακόμη και σήμερα τα πιο εμπορικά "ισοδύναμα" του MM53200 είναι η σειρά HT12 (HT12E encoder, HT12D και HT12F decoders) της Holtek Semiconductor.

Ξεκινώντας από τον κωδικοποιητή της εντολής, δείχνω παρακάτω το μπλοκ διάγραμμα και τα πόδια του HT12E:

Εικόνα Εικόνα

Η σωστή συνδεσμολογία για χειρισμό 4 καναλιών από μπουτόν υπάρχει στο datasheet του HT12E:

Εικόνα

Στο παραπάνω κύκλωμα, 8 διακόπτες (ή jumpers) φτιάχνουν τον κωδικό εκπομπής (A0-A7) και 4 είναι οι εντολές χειρισμού (AD8-AD11). Οι δίοδοι συμπληρώνουν τον κωδικό και τροφοδοτούν το HT12E όταν πατάμε κάποιο μπουτόν, συνδέοντας το Vss του HT12E με την αρνητικό πόλο τροφοδοσίας. Το κύκλωμα καταναλώνει ισχύ μόνο όταν έχουμε τηλεχειρισμό. Επιλέγουμε την αντίσταση ταλάντωσης με βάση τον πίνακα του datasheet. Για μια τυπική συχνότητα ταλάντωσης των 3KHz και τροφοδοσία περίπου 11VDC, θα χρησιμοποιήσουμε αντίσταση 1.1ΜΩ


Πομπός μικρής ισχύος
Σε αρκετά καλές τιμές θα βρείτε έτοιμα modules για εκπομπή σημάτων τηλεχειρισμού σε μικρές αποστάσεις:

Εικόνα

Επιλέγετε συχνότητα λειτουργίας και είδος διαμόρφωσης σήματος. Αυτά με διαμόρφωση FM είναι ακριβότερα αλλά πιό αξιόπιστα. Από πλευράς συνδεσμολογίας, συνήθως έχουν 4 ακροδέκτες: V+, GND, DATA, Antenna. Η λειτουργία κάθε ακροδέκτη είναι προφανής.

Για να πετύχουμε μικρή κατανάλωση ισχύος, πρέπει να τροφοδοτούμε το module μόνο όταν εκπέμπουμε τον κωδικό χειρισμού. Αυτό μερικές φορές γίνεται αυτόματα όταν η είσοδος DATA είναι σε λογικό LOW, άλλες φορές υπάρχει πάντα μιά μικρή κατανάλωση και πρέπει να αποσυνδέουμε εντελώς και ένα πόδι τροφοδοσίας. Αν χρησιμοποιήσουμε την τοπολογία που φαίνεται στο παραπάνω κύκλωμα με το HT12E, συνδέοντας το Vss του HT12E μαζί με το GND της πλακέτας εκπομπής ("TX-module"), η τροφοδότηση θα γίνεται μόνο όταν πατάμε κάποιο μπουτόν μέσω των διόδων.

Μερικά TX-modules έχουν ενσωματωμένη κεραία με πηνίο ή διάδρομο χαλκού ακόμη και όταν υπάρχει ακροδέκτης κεραίας "Antenna". Διαβάστε το datasheet του TX-module που αγοράσατε για να σιγουρευτείτε.


Δέκτης για δεδομένα ("data")
Η λήψη των δεδομένων είναι σοβαρότερη υπόθεση και τα κυκλώματα πιο σύνθετα. Η ποικιλία των δεκτών διαφέρει αρκετά σε ποιότητα, τιμή καθώς και στους ακροδέκτες της πλακέτας:

Εικόνα

Πρώτος κανόνας για την επιλογή του δέκτη είναι να αντιστοιχεί στην πλακέτα του πομπού, τόσο στην συχνότητα λειτουργίας όσο και στην διαμόρφωση του σήματος. Οι δέκτες FM και όσοι είναι θωρακισμένοι είναι καλύτεροι.

Για σωστή συνδεσμολογία συμβουλευτείτε το datasheet του RX-module, λ.χ. το παρακάτω:

Εικόνα

Σε αυτό το παράδειγμα 3 ακροδέκτες συνδέονται με το 0V/GND, 2 με την τροφοδοσία (V+) και οι άλλοι είναι η κεραία, η έξοδος Data Out και μια έξοδος ελέγχου (test). Προσέξτε τη σημείωση για την υψηλή αντίσταση φορτίου στο Data Out. Σημαντικό σημείο για "καθαρό" σήμα στην έξοδο είναι η προσαρμογή της εισόδου κεραίας.


Κεραίες
Οι κεραίες εκπομπής και λήψης μπορούν να είναι εσωτερικές, ακόμη και σχεδιασμένες στην πλακέτα (θα χρησιμοποιήσουμε πλαστικό κουτί) ή εξωτερικές. Η απλούστερη μορφή είναι ένα απλό τεντωμένο σύρμα μήκους 16.4cm (433MHz whip antenna) ή μια σε μορφή πηνίου (helical antenna). Για μικρότερο μέγεθος θα σχεδιάσετε την κεραία επάνω στην πλακέτα ή θα χρησιμοποιήσετε έτοιμες κεραίες σε μορφή πηνίου ή chip (ψάξτε για 433MHz embedded antenna).

Εικόνα

Στις εξωτερικές κεραίες, εκτός από το σύρμα/μαστίγιο (whip) μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε κατευθυνόμενες κεραίες ή ground plane:

Εικόνα

Το μήκος των στοιχείων (λ/4) για συχνότητα 433.92MHz είναι: 299793/433920/4x0.95=0.164m=16.4cm
(ταχύτητα του φωτός διά τη συχνότητα διά 4 για λ/4 επί τον συντελεστή βράχυνσης 0.95)
Για γρήγορους υπολογισμούς χρησιμοποιήστε το "Another one λ/4 calculator".

Θα βρείτε αρκετές πληροφορίες και τύπους υπολογισμού κεραιών στα datasheet και τα application notes των κατασκευαστών RF module:

- Radiometrix, περιγραφή κεραιών σε datasheet δέκτη
- T.I., AN058, Antenna Selection Guide by Richard Wallace
- T.I., Chipcon, AN003, SRD Antennas


Αποκωδικοποιητής παλμοσειράς δεδομένων (data)
Ο αποκωδικοποιητής της παλμοσειράς τηλεχειρισμού πρέπει να ταιριάζει με τον κωδικοποιητή στην μορφή και την ταχύτητα αποστολής των δεδομένων. Μερικά ολοκληρωμένα κυκλώματα έχουν δυνατότητα χρήσης ως κωδικοποιητής ή αποκωδικοποιητής γεφυρώνοντας έναν ακροδέκτη τους. Αλλοι κατασκευαστές κατασκευάζουν διαφορετικά ολοκληρωμένα για την αποκωδικοποίηση. Σε κάθε περίπτωση μπορεί να χρησιμοποιηθεί μικροεπεξεργαστής με πρόγραμμα αποκωδικοποίησης ενός ή περισσοτέρων τύπων κωδικοποίησης. Σε αυτή την περίπτωση μπορούμε να έχουμε και διαδικασία εκμάθησης ("learning") διαφορετικών κωδικών για χρήση με τον ίδιο δέκτη.

Στο παράδειγμα της εφαρμογής μας θα χρησιμοποιήσουμε το HT12D που είναι το "ζευγάρι" του HT12E και έχει 4 εξόδους "data" για χρήση ως 4 τηλεχειριζόμενα κανάλια. Η συνδεσμολογία του είναι απλή. Το μόνο που πρέπει να προσέξουμε είναι η σωστή επιλογή της αντίστασης ταλάντωσης η οποία πρέπει να ρυθμίσει συχνότητα ταλάντωσης 50x αυτής του HT12E. Για παράδειγμα, αν χρησιμοποιήσουμε συχνότητα 3KHz στον κωδικοποιητή, θα ρυθμίσουμε τον αποκωδικοποιητή στα 150KHz, δηλαδή αντίσταση 51ΚΩ για τροφοδοσία 5VDC. Να συμβουλευτείτε οπωσδήποτε τα σχετικά datasheets!

Εικόνα


Οδήγηση ρελέ
Στο HT12D κάθε έξοδος data μπορεί να δώσει ρεύμα 1-2mA. Για να τις χρησιμοποιήσουμε θα συνδέσουμε εξωτερικό τρανζίστορ οδήγησης. Στο παρακάτω κύκλωμα φαίνεται η οδήγηση ενός ρελέ 12V:

Εικόνα


Σχετικά:
- datasheet MM53200 (με application notes)
- datasheet MC145026-7-8
- datasheet ΗΤ12Ε
- datasheet HT12D/F

Άβαταρ μέλους
manolena
Δημοσιεύσεις: 43
Εγγραφή: 02 Φεβ 2014, 16:45
Ονομα: Μάνος
Επικοινωνία:

Re: Τηλεχειρισμός 4 εξόδων μικρής απόστασης (433 MHz)

Δημοσίευσηαπό manolena » 21 Φεβ 2014, 12:11

Καλημέρα σας.

Φτιάχνοντας ένα μικρό σύστημα τηλε-ειδοποίησης με ένα κλασσικό ζεύγος πομπού-δέκτη 1 καναλιού στα 433MHz, ήθελα να ρωτήσω αν υπάρχει κάποιο επικουρικό εξωτερικό κύκλωμα ενίσχυσης σήματος για το δέκτη ωστε να αυξηθεί λίγο η ενεργή εμβέλεια του συστήματος. Έχω βρεί κάποια ψάχνοντας, αλλά δεν ξέρω αν κάνουν κάτι επιπρόσθετα... Αυτό το σύνολο θα δουλεύει εντός ενός κτιρίου με εσωτερικά χωρίσματα τοιχοποιοίας απο γυψοσανίδες, με ενεργή ηλεκτρική εγκατάσταση και σε απόσταση πομπού-δέκτη περί τα 15 μέτρα σε ευθεία. O πομπός σε μπρελόκ, ο δέκτης με 16 εκατοστά κεραία.
My way of learning is trial and error.

Άβαταρ μέλους
GeorgeVita
Διαχειριστής
Δημοσιεύσεις: 453
Εγγραφή: 04 Σεπ 2013, 21:51
Ονομα: Γιώργος
Επικοινωνία:

Re: Τηλεχειρισμός 4 εξόδων μικρής απόστασης (433 MHz)

Δημοσίευσηαπό GeorgeVita » 21 Φεβ 2014, 14:48

manolena έγραψε:... εξωτερικό κύκλωμα ενίσχυσης σήματος για το δέκτη ωστε να αυξηθεί λίγο η ενεργή εμβέλεια του συστήματος... ο δέκτης με 16 εκατοστά κεραία.

Ενα απλό κύκλωμα προ-ενισχυτή λήψης με FET ή ένας μονολιθικός ενισχυτής (MIMIC) θα έφερναν αρκετό θόρυβο εντός ή εκτός μπάντας που θα μεταφραζόταν σε λανθασμένα bit-άκια στον φθηνό δέκτη. Προτείνω καλύτερη κεραία ή/και μικρή ενίσχυση του σήματος στην εκπομπή. Καλύτερα θα ήταν με χρήση FM modules ή έστω ο δέκτης να είναι με δύο στάδια.

Άβαταρ μέλους
manolena
Δημοσιεύσεις: 43
Εγγραφή: 02 Φεβ 2014, 16:45
Ονομα: Μάνος
Επικοινωνία:

Re: Τηλεχειρισμός 4 εξόδων μικρής απόστασης (433 MHz)

Δημοσίευσηαπό manolena » 21 Φεβ 2014, 15:36

http://217.34.103.131/pdfs/MAR-8A+.pdf

H χρήση ενός τέτοιου ενισχυτή θα ήταν δυνατή; Στα 100MHz δίνει 31.5dB με χαμηλό θόρυβο... Δεν έχω πειστεί οτι αξίζει τον κόπο πάντως.

http://users.belgacom.net/hamradio/schemas/mar6.gif

Επίσης, εδώ:

http://electronics-diy.com/schematics/1 ... ooster.jpg
http://electronics-diy.com/vhf-fm-antenna-booster.php
My way of learning is trial and error.

Άβαταρ μέλους
GeorgeVita
Διαχειριστής
Δημοσιεύσεις: 453
Εγγραφή: 04 Σεπ 2013, 21:51
Ονομα: Γιώργος
Επικοινωνία:

Re: Τηλεχειρισμός 4 εξόδων μικρής απόστασης (433 MHz)

Δημοσίευσηαπό GeorgeVita » 21 Φεβ 2014, 16:06

Τα MIMIC παράγουν χαμηλό θόρυβο αλλά επειδή είναι broadband θα σου φέρουν στην είσοδο του SAW filter όλα τα σήματα (~50-1000MHz) ενισχυμένα κατά 20-30dB. Ο δέκτης που προσπαθεί να εξάγει τα data με "έχω/δεν έχω σήμα" θα είναι σε παρόμοια ή χειρότερη κατάσταση.

Μια καλά συντονισμένη κεραία με μικρό εύρος ζώνης και λίγη απολαβή, θα δώσει "ενίσχυση" εκεί που χρειάζεσαι.
Λ.χ. Linx Technologies ANT-433-PW-QW, 3.3dBi, με <€6 στο Mouser. Παρόμοιες θα έχουν και οι εγχώριοι αντιπρόσωποι πομποδεκτών.

Παρόμοια βελτίωση θα έχεις με TX module των 10mW αντί του 1mW. Επίσης με καλή επόπτευση του χώρου μπορείς να επιλέξεις το σωστό ύψος τοποθέτησης της κεραίας του δέκτη (λ.χ πάνω από μεταλλικά ντουλάπια, ή στο ύψος των εσωτερικών παραθύρων).

Αν δοκιμάσεις προενισχυτή ή MIMIC βάλε 1 ή 2 SAW FILTERS στα 433.92MHz σε σειρά.

Παρακάτω δείχνω στοιχεία από ένα SAW FILTER στα 433.92MHz (BW=800KHz, τιμή €1 στα 10+):

Εικόνα

Άβαταρ μέλους
manolena
Δημοσιεύσεις: 43
Εγγραφή: 02 Φεβ 2014, 16:45
Ονομα: Μάνος
Επικοινωνία:

Re: Τηλεχειρισμός 4 εξόδων μικρής απόστασης (433 MHz)

Δημοσίευσηαπό manolena » 21 Φεβ 2014, 16:28

Γιώργο, σε ευχαριστώ πολύ, θα μελετήσω τα σχετικά specs και τις προτάσεις σου.
My way of learning is trial and error.

Άβαταρ μέλους
GeorgeVita
Διαχειριστής
Δημοσιεύσεις: 453
Εγγραφή: 04 Σεπ 2013, 21:51
Ονομα: Γιώργος
Επικοινωνία:

Re: Τηλεχειρισμός 4 εξόδων μικρής απόστασης (433 MHz)

Δημοσίευσηαπό GeorgeVita » 02 Σεπ 2016, 15:59

Βρήκα κάποιες επιπλέον σημειώσεις γύρω από τους ταλαντωτές μικρής ισχύος με φίλτρα/resonators τύπου SAW:

Ενας απλός πομπός με διαμόρφωση ASK/OOK για τηλεχειρισμό στους 433 MHz έχει την μορφή:

Εικόνα

Με το θεωρητικό που έχει στο datasheet:

Εικόνα

Το οποίο είναι υλοποίηση του προτεινόμενου ταλαντωτή σε κάθε datasheet φίλτρου/resonator SAW:

Εικόνα

Σε βελτιωμένο TX module, βλέπουμε επιπλέον φίλτρο στην έξοδο για καλύτερη απόρριψη αρμονικών:

Εικόνα

Οπως φαίνεται και στο θεωρητικό του datasheet:

Εικόνα

Ομως, για να θυμηθούμε τι σήμαινε "Application Note της National Semiconductor", δείχνω την προτεινόμενη διάταξη σε σχέδιο του 1995 (AN1021):

Εικόνα

Τα σχεδιαστικά στοιχεία της τυπωμένης κεραίας:

Εικόνα

SeAfasia
Δημοσιεύσεις: 97
Εγγραφή: 27 Ιούλ 2015, 22:13
Ονομα: Κώστας

Re: Τηλεχειρισμός 4 εξόδων μικρής απόστασης (433 MHz)

Δημοσίευσηαπό SeAfasia » 03 Σεπ 2016, 15:40

ευχαριστώ Γιώργο πάντα αναλυτικός..Προσπαθώ να χρησιμοποιήσω ένα τέτοιο module για ήχο είτε μικρόφωνο ή AF ακόμη και εικόνα... :D
Τώρα για όσους θέλουν η κεραία έχει μήκος 17cm περίπου,με βάση τα λ/4...όπου λ=Velocity factor/Frequency(MHZ)*0,95.
Velocity Factor=299792458m/sec επίσης Frequency=433Mhz..

Άβαταρ μέλους
GeorgeVita
Διαχειριστής
Δημοσιεύσεις: 453
Εγγραφή: 04 Σεπ 2013, 21:51
Ονομα: Γιώργος
Επικοινωνία:

Re: Τηλεχειρισμός 4 εξόδων μικρής απόστασης (433 MHz)

Δημοσίευσηαπό GeorgeVita » 03 Σεπ 2016, 15:56

Γειά σου Κώστα, για να μειώσεις την πιθανότητα "μπουκώματος" της γύρω περιοχής (γκαραζόπορτες κλπ.), μπορείς να δοκιμάσεις SAW σε άλλες συχνότητες (λ.χ. 315MHz). Επίσης για να περάσει αναλογικό σήμα αφαίρεσε τον πυκνωτή στην είσοδο που το εξομαλύνει (C8 στο σχέδιο της National).

Αν κάνεις δοκιμές για "τσούλημα" συχνότητας (...FM), λάβε υπόψη το ισοδύναμο κύκλωμα του SAW filter:

Εικόνα (από datasheet της EPCOS)

Η πάρε ιδέες από ... πατέντες: http://wireless.murata.com/media/produc ... kfinal.pdf

Εικόνα

SeAfasia
Δημοσιεύσεις: 97
Εγγραφή: 27 Ιούλ 2015, 22:13
Ονομα: Κώστας

Re: Τηλεχειρισμός 4 εξόδων μικρής απόστασης (433 MHz)

Δημοσίευσηαπό SeAfasia » 03 Σεπ 2016, 23:46

ευχαριστώ για τις ιδέες Γιώργο,το δοκιμάζω με μια 9βολτη μπαταρία με τη σχετική μεταβολή της τάσης "τσουλάει" και λογικό είναι...
Να σε ρωτήσω ο A SAW-Stabilized FSK Oscillator από το Pdf το οποίο είναι colpitts oscillator το φτιάχνεις ξεχωριστά σαν ταλαντωτή και στην έξοδό του προσαρμόζεις το filter της epcos;
Με την ίδια λογική και με βάση τα pdf,αν καταλαβαίνω σωστά μπορώ να το προσαρμόσω στην έξοδο του module σωστά;


Επιστροφή σε “RF και ραδιοερασιτεχνικά”

Μέλη σε σύνδεση

Μέλη σε αυτήν τη Δ. Συζήτηση: Δεν υπάρχουν εγγεγραμμένα μέλη και 2 επισκέπτες