Projekty‎ > ‎

RF.NODE

Przejściówka CFV1.BASE<--> RFM70/73

Najtańsze chyba moduły radiowe, jakie można kupić, to RFM70/RFM73. Są one na tyle małe, że problemem jest ich podłączenie do typowego zestawu uruchomieniowego z uC. Przygotowaliśmy niedużą, łatwą do samodzielnego wykonania przejściówkę pozwalającą na bezpośrednie podpięcie do złącza rozszerzeń CFV1.BASE.

Przejściówka to kawałek laminatu jednostronnego z kilkoma ścieżkami oraz wlutowanymi gniazdami w rastrze 2.54 mm oraz 1.27 mm. Ze względu na owe 1.27 mm, aby uniknąć kłopotliwego wiercenia 8 maleńkich otworów w niewielkiej odległości, użyte zostało gniazdo przeznaczone do montażu powierzchniowego (SMT). 
Oprogramowanie modułu radiowego wymaga skonfigurowania SPI w mikrokontrolerze oraz dołączenia do projektu gotowych bibliotek (plików źródłowych) zawierających funkcje ułatwiające konfigurację układów RFM70. Moduły, pomimo że niepozorne gabarytowo i niedrogie, od strony możliwości oferują całkiem sporo (o tym później).

Co mogę zrobić z jednym układem RFM7x?...

Niewiele. Da się go podłączyć do V1 i wykryć jego istnienie. Można też wysyłać w eter jakiekolwiek dane licząc na to, że ktoś je odbierze. Można próbować coś odebrać w nadziei, że w tym czasie ktoś niedaleko zechce akurat włączyć nadawanie. Prawdziwa zabawa zaczyna się jednak wtedy, kiedy będziemy mieli do dyspozycji przynajmniej dwa układy RFM7x. Można ten drugi po prostu podłączyć do kolejnej płytki CFV1.BASE, ale można także dodatkowo wykonać zgrabną, mobilną, energooszczędną i niedrogą płytkę RF.NODE.1 z 8-bitowym mikrokontrolerem Freescale.

Bezprzewodowa, bezbateryjna stacja pogodowa: RF.NODE.2

      
(a) płytka drukowana z dodatkowymi elementami (2) gotowy węzeł sieci

Koszt brutto (ceny detaliczne): 8 zł RFM7x, 8 zł cyfrowy barometr+termometr MPL115A2, 4-5 zł uC MC9S08QE8, 20 groszy 2 kondensatory i 3 rezystory SMD. Razem: ok. 21 zł. Jeśli uda się zamówić czujnik i mikrokontroler od Freescale jako sample, to wyjdzie trochę taniej.
Układ jest dedykowany do zasilania bezbateryjnego, pobiera 2.2 uA w stanie spoczynku. Gdy dane o ciśnieniu i temperaturze są przesyłane co 10 minut, to średni pobór prądu wynosi ok. 3-4 uA. Pozwala to na zasilanie urządzenia z niewielkiego ogniwa słonecznego i kondensatora. Ogniwo polikrystaliczne o wymiarach 30 mm x 30 mm można wymontować z lampki solarnej z Castoramy (koszt: 2.79 zł brutto). W środku jest akumulator AAA 1.2V 600mAh, biała dioda świecąca, wyłącznik i prosty sterownik, można ich użyć w innych projektach. Kupując taką lampkę od razu mamy obudowę do stacji pogodowej dość odporną na deszcz. 
Koszt kompletnego bezprzewodowego węzła stacji pogodowej z zasilaniem słonecznym wyniesie ok. 24 zł. Kiedy uwzględnić dodatkowo koszt własnej stacji bazowej, to nie jest to może konkurencyjna cena, ale w połączeniu z CFV1.BASE+RFM7x z przejściówką warto się skusić (RFM7x z przejściówką to zaledwie ok. 9 zł)

Autonomiczny węzeł bezprzewodowy: RFM7x + QE4 = RF.NODE.1

Prototyp takiej płytki RF.NODE.1 jest już wykonany i częściowo uruchomiony. Przy okazji potwierdzone zostało sprawne funkcjonowanie programatora USBDM dla zewnętrznych mikrokontrolerów - płytka CFV1.BASE pozwala na programowanie zewnętrznych mikrokontrolerów Freescale. Mając działające kody źródłowe przygotowane dla V1, można bez większych problemów przenieść je na 8-bitowy układ, np. użyty w tym projekcie MC9S08QE16 lub MC9S08QE4. 

Układ peryferyjny RF.NODE.1 oprócz dodatkowego mikrokontrolera 8-bitowego MC9S08QE4CLC i modułu RFM70S ma na pokładzie bufor 74HC14D oraz jasną diodę RGB-SMD.
Płytkę zaprojektował Rysiek Świerczyński, można ją wytrawić w OpenLab. Górna warstwa to ścieżki, dolna to tylko ground-plane i power-plane. Nie ma konieczności bardzo dokładnego dopasowywania górnej i dolnej warstwy, więc płytka jest łatwa do wykonania. Całość uzupełniają 2 dodatkowe przewody (mostki). W odróżnieniu od CFV1.BASE na tej płytce są tylko duże elementy (1206/0805, nie 0603/0402), a mikrokontroler ma zaledwie 32 nożki w rastrze 0.8 mm. 
Płytka ta może być zarówno układem peryferyjnym dla V1, jak i samodzielnym urządzeniem zasilanym bateryjnie z własnym mikrokontrolerem, modułem radiowym, 2 przyciskami i superjasną diodą RGB.

Potencjalne możliwości zestawu

Bazowy układ CFV1.BASE z modułem RFM70 może (ale nie musi) być podłączony do portu USB komputera, można też dodać kilka silników, przekaźników, lamp LED dużej mocy itp. Drugi układ komunikacyjny to RF.NODE.1, zasilany z baterii litowej (lub akumulatorka). Mikrokontrolery z rodziny QE mogą zużywać tak mało energii, że pobór prądu można właściwie pominąć. Jeśli będziemy układ radiowy RFM70 aktywować tylko na czas nadawania lub odbioru danych, z długimi okresami spoczynku, to w efekcie pozwoli to używać jednego akumulatorka nawet przez wiele tygodni lub miesięcy bez ładowania. Zasięg modułów nawet w obecności licznych zakłóceń mikrofalowych (WiFi, Bluetooth) pozwala na swobodne przesyłanie pakietów danych w mieszkaniu 2 kondygnacyjnym, co zostało potwierdzone eksperymentalnie.

Niektóre scenariusze użycia:

  • radiowy pilot do sterowania oświetleniem w pokoju,
  • sterowanie aplikacjami uruchomionymi na komputerze PC (także np. zdalne wyłączanie komputera),
  • własna bezprzewodowa stacja pogodowa - barometr, termometr, higrometr - w odróżnieniu od tych ze sklepu wysyłająca dane bezpośrednio do komputera lub na serwer,
  • czujka wykrywająca intruza (można użyć podczerwieni albo ultradźwięków) i wysyłająca informację o zdarzeniu do stacji bazowej.
  • sieć czujników lub innych urządzeń komunikujących się między sobą - moduły RFM70 wspierają budowanie takich wielowęzłowych sieci.

Odnośniki, bibliografia

ą
Krzysztof Urbański,
22 lut 2012, 14:24
ą
Krzysztof Urbański,
12 maj 2012, 13:55
ą
Krzysztof Urbański,
12 maj 2012, 13:56