Cách giao tiếp module rfm69hcw rf với arduino để giao tiếp không dây

Khi nói đến việc cung cấp cho các dự án của bạn khả năng không dây, Bộ phát và thu hỗn hợp 433Mhz ASK là lựa chọn phổ biến của các kỹ sư, nhà phát triển và những người yêu thích vì Giá rẻ, thư viện dễ sử dụng và hỗ trợ cộng đồng của nó. Chúng tôi cũng đã xây dựng một số dự án như Tự động hóa gia đình được điều khiển bằng RF và Chuông cửa không dây bằng cách sử dụng mô-đun RF 433MHz này. Nhưng thông thường, một bộ phát và bộ thu kết hợp ASK là không đủ, nó có phạm vi thấp và bản chất giao tiếp một chiều khiến nó không phù hợp với nhiều ứng dụng

Để giải quyết vấn đề luôn xảy ra này, các nhà phát triển tại HopeRF đã phát minh ra một mô-đun RF mới thú vị có tên là RFM69HCW. Trong hướng dẫn này, chúng ta sẽ tìm hiểu về mô-đun RF RFM69HCW và những ưu điểm của nó. Đầu tiên, chúng tôi sẽ tạo PCB Home made cho RFM69HCW và sau đó giao tiếp RFM69HCW với Arduino để kiểm tra hoạt động của nó để bạn có thể sử dụng nó trong các dự án mà bạn chọn. Vậy hãy bắt đầu.

Mô-đun RF RFM69HCW

RFM69HCW là một mô-đun vô tuyến dễ sử dụng giá rẻ hoạt động trong băng tần ISM (Công nghiệp, Khoa học và Y học) không được cấp phép tương tự như Mô-đun RF nRF24L01 mà chúng tôi đã sử dụng trong các dự án trước đây. Nó có thể được sử dụng để giao tiếp giữa hai mô-đun hoặc có thể được định cấu hình như một Mạng lưới để giao tiếp giữa hàng trăm mô-đun khiến nó trở thành lựa chọn hoàn hảo để xây dựng mạng không dây tầm ngắn rẻ tiền cho các cảm biến được sử dụng trong tự động hóa gia đình và các dự án thu thập dữ liệu khác.

Các tính năng của RFM69HCW:

+20 dBm - Khả năng đầu ra công suất 100 mW
Độ nhạy cao: xuống -120 dBm ở 1,2 kbps
Dòng điện thấp: Rx = 16 mA, duy trì thanh ghi 100nA
Lập trình Pout: -18 đến +20 dBm trong các bước 1dB
Hiệu suất RF không đổi trên dải điện áp của mô-đun
Điều chế FSK, GFSK, MSK, GMSK và OOK
Bộ đồng bộ hóa bit tích hợp thực hiện khôi phục đồng hồ
115 dB + Dải động RSSI
Cảm biến RF tự động với AFC cực nhanh
Công cụ gói với CRC-16, AES-128, 66-byte FIFO Cảm biến nhiệt độ tích hợp
Ngân sách liên kết cao
Chi phí rất thấp

RFM69HCW

Tần số

RFM69HCW được thiết kế để hoạt động trong băng tần ISM (Công nghiệp, Khoa học và Y tế), một tập hợp các tần số vô tuyến không được cấp phép cho các thiết bị công suất thấp, tầm ngắn. Các tần số khác nhau là hợp pháp ở các khu vực khác nhau, vì vậy đó là lý do tại sao mô-đun có nhiều phiên bản khác nhau 315.433.868 và 915MHz. Tất cả các tham số truyền thông RF chính đều có thể lập trình được và hầu hết chúng có thể được thiết lập động, RFM69HCW cũng mang lại lợi thế duy nhất của các chế độ truyền thông băng hẹp và băng rộng có thể lập trình.

Lưu ý: Do công suất tương đối thấp và phạm vi ngắn, việc triển khai mô-đun này trong một dự án nhỏ sẽ không thành vấn đề, nhưng nếu bạn đang nghĩ đến việc tạo ra một sản phẩm từ nó, hãy đảm bảo rằng bạn đang sử dụng tần số chính xác cho vị trí của bạn.

Phạm vi

Để hiểu rõ hơn về phạm vi, chúng ta phải giải quyết một chủ đề khá phức tạp được gọi là Ngân sách liên kết RF. Vì vậy, ngân sách liên kết này là gì và tại sao nó lại quan trọng như vậy? Ngân sách liên kết cũng giống như mọi ngân sách khác, một thứ mà bạn có lúc đầu và bạn sẽ chi tiêu theo thời gian nếu ngân sách của bạn được sử dụng hết, bạn không thể chi tiêu nhiều hơn.

Ngân sách liên kết cũng liên quan đến một liên kết hoặc kết nối giữa người gửi và người nhận, nó được lấp đầy bởi công suất truyền của người gửi và độ nhạy của người nhận và nó được tính bằng decibel hoặc dB, nó cũng là tần số- phụ thuộc. Ngân sách liên kết bị khấu trừ bởi tất cả các loại chướng ngại vật và nhiễu giữa người gửi và người nhận như cáp khoảng cách tường cây các tòa nhà nếu ngân sách liên kết được sử dụng hết, người nhận chỉ tạo ra một số nhiễu ở đầu ra và chúng tôi sẽ không nhận được bất kỳ tín hiệu nào có thể sử dụng được. Theo biểu dữ liệu của RFM69HCW , nó có ngân sách liên kết là 140 dB so với 105 dB của Máy phát lai ASK nhưng điều này có nghĩa là gì đây có phải là một sự khác biệt quan trọng? May mắn thay, chúng tôi tìm thấyRadio Link Budget Calculators trực tuyến vì vậy Hãy thực hiện một số phép tính để hiểu chủ đề tốt hơn. Trước tiên, hãy giả sử rằng chúng ta có một đường kết nối giữa người gửi và người nhận và mọi thứ đều hoàn hảo vì chúng ta biết Ngân sách của chúng ta cho RFM69HCW là 140 dB, vì vậy hãy kiểm tra khoảng cách lý thuyết lớn nhất mà chúng ta có thể giao tiếp, chúng ta đặt mọi thứ bằng 0 và khoảng cách đến 500KM, Tần số đến 433MHz và chúng tôi nhận được công suất nhận ngang là 139,2 dBm

Bây giờ, tôi đặt mọi thứ thành 0 và khoảng cách với Tần số 9KM thành 433MHz và Chúng tôi nhận được công suất nhận ngang là 104,3 dBm

Vì vậy, với sự so sánh trên, tôi nghĩ rằng tất cả chúng ta có thể đồng ý rằng mô-đun RFM69 tốt hơn nhiều so với Máy phát lai ASK và một mô-đun thu.

Ăng-ten

Thận trọng! Việc gắn ăng-ten vào mô-đun là bắt buộc vì nếu không có ăng-ten, mô-đun có thể bị hỏng do công suất phản xạ của chính nó.

Tạo một ăng-ten không khó vì nó có thể phát ra âm thanh. Ăng-ten đơn giản nhất có thể được làm từ dây 22SWG một sợi. Bước sóng của tần số có thể được tính theo công thức v / f , trong đó v là tốc độ truyền và f là tần số truyền (trung bình). Trong không khí, v bằng c , tốc độ ánh sáng, là 299,792,458 m / s. Do đó, bước sóng của băng tần 433 MHz là 299,792.458 / 433.000.000 = 34,54 cm. Một nửa trong số này là 17,27 cm và một phần tư là 8,63 cm.

Đối với băng tần 433 MHz, bước sóng là 299,792,458 / 433.000.000 = 69,24 cm. Một nửa trong số này là 34,62 cm và một phần tư là 17,31 cm. Như vậy từ công thức trên ta có thể thấy được quá trình tính toán chiều dài của dây anten.

Yêu cầu về nguồn điện

RFM69HCW có điện áp hoạt động từ 1,8V đến 3,6V và có thể tạo ra dòng điện lên đến 130mA khi nó đang truyền. Dưới đây trong bảng, chúng ta có thể thấy rõ mức tiêu thụ điện năng của mô-đun trong các điều kiện khác nhau

Cảnh báo: Nếu Arduino đã chọn của bạn sử dụng mức logic 5V để giao tiếp với thiết bị ngoại vi, việc kết nối trực tiếp mô-đun với Arduino sẽ làm hỏng mô-đun

Biểu tượng	Sự miêu tả	Điều kiện	Min	Typ	Max	Đơn vị
IDDSL	Hiện tại ở chế độ Ngủ		-	0,1	1	uA
IDDIDLE	Hiện tại ở chế độ Chờ	Bộ dao động RC được kích hoạt	-	1,2	-	uA
IDDST	Hiện tại ở chế độ chờ	Đã bật bộ dao động tinh thể	-	1,25	1,5	uA
IDDFS	hiện tại trong Bộ tổng hợp chế độ		-	9	-	uA
IDDR	hiện ở chế độ Nhận		-	16	-	uA
IDDT	Cung cấp dòng điện ở chế độ Truyền với sự kết hợp phù hợp, ổn định trên phạm vi VDD	RFOP = +20 dBm, trên PA_BOOST RFOP = +17 dBm, trên PA_BOOST RFOP = +13 dBm, trên chân RFIO RFOP = +10 dBm, trên chân RFIO RFOP = 0 dBm, trên chân RFIO RFOP = -1 dBm, trên chân RFIO	- - - - - -	130 95 45 33 20 16	- - - - - -	mA mA mA mA má

Trong hướng dẫn này, chúng tôi sẽ sử dụng hai Arduino Nano và hai bộ chuyển đổi mức logic để giao tiếp với mô-đun. Chúng tôi đang sử dụng Arduino nano vì bộ điều chỉnh bên trong tích hợp có thể quản lý dòng điện cực đại rất hiệu quả. Sơ đồ Fritzing trong phần phần cứng dưới đây sẽ giải thích rõ hơn cho bạn.

LƯU Ý: Nếu nguồn điện của bạn không thể cung cấp dòng điện đỉnh 130mA thì Arduino của bạn có thể khởi động lại hoặc tệ hơn là mô-đun có thể không giao tiếp đúng cách, trong trường hợp này, một tụ điện giá trị lớn với ESR thấp có thể cải thiện tình hình

Sơ đồ mô-đun RFM69 và mô tả

Nhãn	Chức năng	Chức năng	Nhãn
CON KIẾN	Đầu ra / đầu vào tín hiệu RF.	Nguồn điện	GND
GND	Nối đất ăng ten (giống như mặt đất nguồn)	I / O kỹ thuật số, phần mềm được định cấu hình	DIO5
DIO3	I / O kỹ thuật số, phần mềm được định cấu hình	Đặt lại đầu vào kích hoạt	RST
DIO4	I / O kỹ thuật số, phần mềm được định cấu hình	Đầu vào chọn chip SPI	NSS
3,3V	Nguồn cung cấp 3.3V (ít nhất 130 mA)	Đầu vào SPI Clock	SCK
DIO0	I / O kỹ thuật số, phần mềm được định cấu hình	Đầu vào dữ liệu SPI	MOSI
DIO1	I / O kỹ thuật số, phần mềm được định cấu hình	Đầu ra dữ liệu SPI	MISO
DIO2	I / O kỹ thuật số, phần mềm được định cấu hình	Nguồn điện	GND

Chuẩn bị Ban phát triển tùy chỉnh

Khi tôi mua mô-đun, nó không đi kèm với một bảng đột phá tương thích với breadboard vì vậy chúng tôi đã quyết định tự làm một cái. Nếu bạn có thể phải làm như vậy thì chỉ cần làm theo các bước. Ngoài ra, lưu ý rằng không bắt buộc phải làm theo các bước này, bạn có thể chỉ cần hàn dây vào mô-đun RF và kết nối chúng với breadboard và nó sẽ vẫn hoạt động. Tôi chỉ làm theo quy trình này để có được một thiết lập ổn định và chắc chắn.

Bước 1: Chuẩn bị sơ đồ cho mô-đun RFM69HCW

Bước 3: Chuẩn bị một PCB cho nó, tôi đang làm theo hướng dẫn PCB Home Made này. Tôi in dấu chân trên một bảng đồng và thả nó vào dung dịch khắc

Bước 4: Làm theo quy trình cho cả bo mạch và hàn mô-đun của bạn vào chân đế. Sau khi hàn cả hai mô-đun của tôi trông như sau

Các pinout của RFM69HCW RF Module được đưa ra trong hình bên dưới

Vật liệu thiết yếu

Đây là danh sách những thứ bạn cần giao tiếp với mô-đun

Hai mô-đun RFM69HCW (với tần số phù hợp):
- 434 MHz (WRL-12823)
Hai Arduino (Tôi đang sử dụng Arduino NANO)
Hai bộ chuyển đổi mức logic
Hai bảng đột phá (tôi đang sử dụng bảng đột phá được làm tùy chỉnh)
Một nút nhấn
Bốn đèn LED
Một điện trở 4,7K bốn điện trở 220Ohms
Dây nhảy
Dây đồng tráng men (22AWG), để làm ăng-ten.
Và cuối cùng là hàn (nếu bạn chưa làm điều đó)

Kết nối phần cứng

Trong hướng dẫn này, chúng tôi đang sử dụng Arduino nano sử dụng logic 5 volt nhưng mô-đun RFM69HCW sử dụng mức logic 3,3 volt như bạn có thể thấy rõ trong bảng trên, vì vậy để giao tiếp đúng cách giữa hai thiết bị, bắt buộc phải có bộ chuyển đổi mức logic, trong biểu đồ bên dưới chúng tôi đã chỉ cho bạn cách kết nối Arduino nano với mô-đun RFM69.

Nút gửi sơ đồ Fritzing

Nút người gửi bảng kết nối

Pin Arduino	Chân RFM69HCW	I / O Pins
D2	DIO0	-
D3	-	TAC_SWITCH
D4	-	LED_GREEN
D5	-	LED_RED
D9	-	LED_BLUE
D10	NSS	-
D11	MOSI	-
D12	MISO	-
D13	SCK	-

Nút nhận sơ đồ Fritzing

Nút máy thu bảng kết nối

Pin Arduino	Chân RFM69HCW	I / O Pins
D2	DIO0	-
D9	-	Đèn LED
D10	NSS	-
D11	MOSI	-
D12	MISO	-
D13	SCK	-

Chạy Sketch Ví dụ

Trong hướng dẫn này, chúng ta sẽ thiết lập hai nút Arduino RFM69 và làm cho chúng giao tiếp với nhau. Trong phần dưới đây, chúng ta sẽ biết cách khởi động và chạy mô-đun với sự trợ giúp của thư viện RFM69 được viết bởi Felix Rusu của LowPowerLab.

Nhập Thư viện

Hy vọng rằng bạn đã thực hiện một chút lập trình Arduino trước đó và biết cách cài đặt một thư viện. Nếu không, hãy kiểm tra phần Nhập thư viện.zip của liên kết này

Cắm các nút

Cắm USB của Nút người gửi vào PC của bạn, một số cổng COM mới sẽ được thêm vào danh sách "Công cụ / Cổng" của Arduino IDE, hãy cắm nó xuống, bây giờ hãy cắm vào nút Người nhận, một cổng COM khác sẽ xuất hiện trong Công cụ / Danh sách cổng, cũng viết nó xuống, với sự trợ giúp của số cổng, chúng tôi sẽ tải bản phác thảo lên người gửi và nút người nhận.

Mở hai phiên Arduino

Mở hai phiên Arduino IDE bằng cách nhấp đúp vào biểu tượng Arduino IDE sau khi phiên đầu tiên tải lên, bắt buộc phải mở hai phiên Arduino vì đó là cách bạn có thể mở hai cửa sổ theo dõi nối tiếp Arduino và đồng thời giám sát đầu ra của hai nút

Mở mã mẫu

Bây giờ khi mọi thứ đã được thiết lập, chúng ta cần mở mã ví dụ trong cả hai phiên Arduino để làm như vậy, goto

Tệp> Ví dụ> RFM6_LowPowerLab> Ví dụ> TxRxBlinky

và nhấp vào nó để mở nó

Sửa đổi mã mẫu

Ở gần đầu mã, hãy tìm #define NETWORKID và thay đổi giá trị thành 0. Với Id này, tất cả các nút của bạn có thể giao tiếp với nhau.
Tìm #define FREQUENCY thay đổi này để phù hợp với tần số của bảng (của tôi là 433_MHz).
Tìm #define ENCRYPTKEY, đây là khóa mã hóa 16 bit của bạn.
Tìm kiếm #define IS_RFM69HW_HCW và bỏ ghi chú nếu bạn đang sử dụng mô-đun RFM69_HCW
Và cuối cùng, hãy tìm #define NODEID, nó sẽ được đặt làm RECEIVER theo mặc định

Bây giờ hãy tải mã lên Nút người nhận mà bạn đã thiết lập trước đó.

Đã đến lúc sửa đổi Bản phác thảo cho Nút người gửi

Bây giờ, trong macro #define NODEID, hãy thay đổi nó thành SENDER và tải mã lên Nút người gửi của bạn.

Vậy là xong, nếu bạn đã làm mọi thứ một cách chính xác, bạn có hai mô hình hoạt động hoàn chỉnh sẵn sàng để kiểm tra.

Làm việc của Sketch Ví dụ

Sau khi tải Sketch lên thành công, bạn sẽ quan sát thấy đèn LED màu đỏ được kết nối với chân D4 của Arduino, bây giờ hãy nhấn vào nút trong Sender Node và bạn sẽ quan sát thấy đèn LED màu đỏ tắt và đèn LED màu xanh lá cây kết nối với chân D5 của Arduino sáng lên như thể hiện trong hình dưới đây

Bạn cũng có thể quan sát Nút nhấn! văn bản trong cửa sổ Serial monitor như hình dưới đây

Bây giờ hãy quan sát đèn LED màu xanh lam được kết nối với chân D9 của nút người gửi, nó sẽ nhấp nháy hai lần và trong cửa sổ Giám sát nối tiếp của nút nhận, bạn sẽ quan sát thông báo sau và cả đèn LED màu xanh lam được kết nối với chân D9 trong Nút nhận sẽ sáng lên. Nếu bạn thấy thông báo trên trong cửa sổ Serial Monitor của nút thu và cả khi đèn LED sáng lên Xin chúc mừng! Bạn đã giao tiếp thành công mô-đun RFM69 với Arduino IDE. Bạn cũng có thể tìm thấy toàn bộ hoạt động của hướng dẫn này trong video ở cuối trang này.

Tất cả trong tất cả các mô-đun này chứng tỏ là tuyệt vời để xây dựng trạm thời tiết, cửa nhà để xe, bộ điều khiển máy bơm không dây với chỉ báo, máy bay không người lái, robot, con mèo của bạn… bầu trời là giới hạn! Hy vọng bạn đã hiểu hướng dẫn và thích xây dựng một cái gì đó hữu ích. Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào, vui lòng để lại chúng trong phần bình luận hoặc sử dụng diễn đàn cho các truy vấn kỹ thuật khác.