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Link de dados GFSK sem fio - RXQ2 (TEL017)

(Link de Dados Sem Fio - Telecontrolli)

Muitos leitores têm tentado montar link de dados usando módulos de RF (transmissor e receptor) da Telecontrolli (www.telecontroli.com) encontrando problemas para a elaboração de um bom projeto dada a baixa velocidade desses dispositivos. No entanto, a Telecontrolli possui em sua linha de produtos um transceptor de alta velocidade especialmente indicado para essa finalidade, o RXQ2 que admite velocidades de até 38 400 Bauds (100 kbps). Nesse artigo descrevemos esse módulo, dando um circuito de aplicação para os leitores que desejam implementar um bom projeto de Link de Dados Sem Fio.

 

Um dos problemas dos módulos híbridos simples de baixo custo destinados a aplicações de controle remoto e semelhantes é que eles são projetados para transmitir uma pequena seqüência de dados e por isso não precisam de alta velocidade. De fato, esses módulos não transmitem numa velocidade maior do que alguns milhares de bits por segundo, não servindo portanto para um link rápido de dados.

Mesmo em aplicações de controles remotos, quando codificadores rápidos como os da série MC14026 (Motorola) são usados, é preciso baixar sua velocidade (alterando os componentes da rede RC) para que eles possam operar satisfatoriamente com esses módulos.

Para esse tipo de aplicação entretanto, a Telecontrolli possui módulos específicos, inclusive com recursos de transmissão e recepção numa mesma placa e com programação de velocidade e conexões para que possam receber e enviar dados diretamente de uma porta RS-232.

O produto específico para essa finalidade é o RXQ2-XXX onde o XXX indica as duas freqüências de operações possíveis, de 433 MHz ou 868 MHz.

Na figura 1 temos o aspecto desse módulo que opera com alimentação de 3,3 V e alcança taxa de dados de 100 kbps.

 

 

Modulo Telecontroli
Modulo Telecontroli

 

Esse módulo GFSK pode operar de quatro modos diferentes:

 

* Um para um

* Difusão

* Um para muitos

* Muitos para um

 

Dentre as aplicações sugeridas temos os sistemas de segurança sem fio, terminais EPOS, envio de sinais de sensores, controle remoto, leitura remota de medidores.

 

Na figura 2 temos as dimensões do módulo que é fornecido em placa de 16 pinos.

 

 

 

Dimensão da placa
Dimensão da placa

 

O módulo RXQ2 possibilita a comunicação sem fio segundo o esquema GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying), codificado pelo processo Manchester, com taxas de dados até 100 kbps.

O dispositivo opera em banda estreita e a seleção do canal é feita pelo usuário, de modo a se obter excelente rejeição de interferências o que o torna ideal para uma grande gama de aplicações práticas.

Os transceptores exercem todas as funções de um modem via rádio e simplesmente exigem que dados CMOS ou TTL sejam aplicados a entrada do setor de transmissão, obtendo-se no setor do receptor remoto os mesmos dados. Preâmbulo e CRC são gerados automaticamente e agregados ao sinal transmitido.

A operação pode ser feita em 433 ou 868 MHz, em canais selecionáveis pelo usuário. O RXQ2 pode usar qualquer canal em passos de 100 ou 200 kHz. Os módulos usam um projeto controlado a cristal que permite uma performance em banda estreita que é superior a projetos equivalentes de banda larga baseados em SAW. Pela baixa tensão de alimentação, os módulos podem ser usados em aplicações alimentadas por bateria.

 

Funções dos pinos:

Pino 1 - Vcc- alimentação positiva - deve ser desacoplado à terra com um capacitor de 100 nF cerâmico

Pinos 2,3,4 e 6 - GND - conectado ao 0 V

Pino 5 - Antena - nominal de 50 ? - capacitivamente isolada do circuito interno

Pinos 7 e 8 - n.c - não conectados (livres)

Pino 9 - PD - power down - ligado ao terra (GND) leva o módulo à condição de baixo consumo. Ligado ao Vcc mantém a placa em funcionamento normal

Pino 10 - TX (UART) - entrada dos dados a serem transmitidos. Esse pino pode ser interfaceado diretamente à lógica CMOS operando na mesma tensão de operação do transceptor. Na operação os bits ajustados são: 1 start, 8 bits e 1 stop, sem paridade.

Pino 11 - RX (UART)- saída dos dados recebidos - lógica CMOS - representando os mesmos dados transmitidos, na mesma seqüência.

Pinos 12,13 - Taxa de dados - configuração da taxa dados, conforme explicado mais adiante.

Pino 14 - Configuração - aterrado leva ao modo de configuração e ao +Vcc ao modo de operação.

Pino 15 - RTS - lógica 0 - pede para enviar. Vai ao nível baixo quando o hospedeiro está pronto para enviar dados ao módulo ou está pronto para receber dados do módulo.

Pino 16 - CTS - na lógica 0, está pronto para enviar. Esse pino fica no nível alto quando o módulo está ocupado.

 

A tabela abaixo mostra como a seleção de velocidades é feita:

DR1 (pino 12) DR2 (pino 13) Taxa de Bauds
GND GND 4 800
Vcc GND 9 600
GND Vcc 19 200
Vcc Vcc 38 400

 

Características elétricas

Corrente no modo de transmissão: (11 a 30 mA)

Corrente no modo de recepção: 12,5 mA (tip)

Corrente no modo power down: 125 uA (tip)

Faixa de freqüências de operação RXQ2-433: 430 a 440 MHz

Faixa de freqüências de operação RXq2-868: 860 a 880 MHz

Sensibilidade do receptor: -100 dBm

Potência de rF do transmissor: +10 dBm

Alcance; até 200 m (Dependendo de condições locais)

 

Operação e Configuração

Os tamanhos dos pacotes de dados são determinados durante a configuração. Os pacotes de dados devem ser configurados para o mesmo tamanho tanto no transmissor como no receptor para que não ocorram perdas de informação.

O RXQ2 possui um buffer de dados on-board do tamanho de dois pacotes de dados. Se ocorrerem problemas de reconhecimento do receptor, então o RQX2 vai armazenar apenas dois bytes de dados. Os demais pacotes recebidos serão descartados.

Cada RXQ2 tem seu próprio endereço pré-ajustado. Isso é feito durante a configuração. Qualquer dado recebido é examinado e o cabeçário do endereço, embutido no pacote de dados é comparado com o endereço do RXQ2. Somente os dados recebidos que se casarem com esse endereço, serão processado e levados à saída para o hospedeiro. Os demais dados serão descartados.

Todos os módulos vem com o endereço default 7E7E7E7E. Entretanto, a configuração pode ser mudada levando o pino 14 ao GND e enviando um conjunto de bits de configuração ao pino TX, conforme a seguinte tabela:

Byte Nome Descrição Valor Default (Hex)
0 1 2 3 Endereço de destino MSB LSB 7E 7E 7E 7E
4 5 6 7 Endereço RXQ2 MSB MSB 7E 7E 7E 7E
8 Canal de RF Passo de100 kHz (433 MHz) Passo de 200 kHz (868 MHz) 6B (433,1 MHz) 75 (868,2 MHz)
9 Potência do Transmissor 00 -10 dBm 01 - 2 dBm 02 = +6 dBm 03 +10 dBm 0
10 Tamanho do pacote de dados Tx
1 E (30 bytes)
11 Tamanho do pacote de dados Rx
1E (30 bytes)

 

Um endereço de destino 00000000 resseta o RXQ2 aos valores default da tabela.

O pino de configuração (14) deve ser mantido baixo (GND) por pelo menos os o primeiro byte para mudar o módulo para o modo de configuração. Se o pino ainda estiver no nível baixo, depois do final da configuração, então o módulo vai enviar de volta ao hospedeiro a configuração recebida. Para evitar problemas, sem mudar as opões, o hospedeiro pode enviar um único byte ao módulo e depois esperar a resposta.

Não é necessário enviar todos os bytres de configuração ao módulo, mas todos os dados enviados devem ser válidos. Por exemplo, para mudar o endereço de destino basta enviar apenas quatro bytes. Os dados excluídos do final da corrente de dados permanecerão inalterados.

O RXQ2 aceitará uma configuração curta depis de 10 ms depois que o último byte tenha sido enviado ao módulo ou quando o pino RTS vai ao nível alto. Isso permite que o hospedeiro facilmente mude o endereço do destino dos pacotes de dados, possibilitando assim que um RXQ2 envie dados individualmente a diversos módulos receptores.

Quando configurando o destino ou o endereço do RXQ2 um número incorreto de bytes para um endereço deixará o endereço corrente inalterado. Um ajuste de tamanho incorreto de transmissão ou de pacote de dados deixe o ajuste existente inalterado.

Na figura 3 temos um exemplo de circuito de aplicação para conectar o módulo a uma porta serial de um PC.

 

Circuito e aplicação
Circuito e aplicação

 

O MAX232 modifica os níveis dos sinais para que eles possam ser trabalhados pelo módulo.Se os níveis da porta RS-232 forem aplicados diretamente ao RXQ2 eles provocarão a destruição do dispositivo.

Observe que os pinos 12 e 13 são levados ao nível alto (pull-up) por resistores de 10 k. Isso faz com que o dispositivo seja configurado para uma taxa de dados de 38 400 Baud.

O pino 9 é levado ao nível via resistor de 10 k para evitar que o dispositivo vá ao modo power down. O pino 14 pe colocado no nível alto via resistor de 10 k? para evitar que o módulo entre no modo de configuração.

Observamos que, se dois circuitos como esse forem construídos será possível analisar sua performance na interligação de dois pCs. Observe que os endereços de destino dos dois devem ser diferentes.

 

Antena

O melhor rendimento do sistema depende também do uso de antenas apropriadas. Para essa finalidade, existem as opções da antena linear (vareta) e da antena helicoidal, cujas dimensões dependem da freqüência de operação, conforme mostra a figura 4.

 

Dimensões  e tipos de antenas
Dimensões e tipos de antenas

 

Conclusão

Conforme podemos perceber, após análise do artigo, a utilização dos módulos RXQ2 facilita bastante o projeto de um link de dados. A Telecontrolli para facilitar ainda mais os projetos possui uma placa de avaliação (RXDL1) que contém todos elementos necesssários para programação e avaliação do módulo, sendo ideal para os leitores que desejarem criar um produto novo utilizando o módulo.

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