Как всех посчитать (или передача данных по радиоканалу)
Журнал «Радио» №12 2002 г.
Начнем обзор ИС для передачи/приема данных в радиодиапазоне сверхрегенеративных приёмников серии RRn-xxx. Это функционально законченные приборы (блок-схема– на 1), выполненные по гибридной толстоплёночной технологии. В состав приемника входят: предварительный усилитель высокой частоты, ВЧ-генератор, схема срыва колебаний, низкочастотный фильтр, не пропускающий на выход колебания ВЧ-генератора при отсутствии внешнего сигнала, усилитель низкой частоты и компаратор для формирования сигнала с уровнями ТТЛ. То есть, один из вариантов схемы сверхрегенеративного приёмника (компаратор не в счет), но только без «обвязки». Типовая схема включения проста и приведена на 2. Отметим некоторые особенности ИС этой серии, которые, надеюсь, помогут разработчикам.
1.Блок-схема сверхрегенеративных приемников серии RRn-xxx
2.Схема включения сверхрегенеративных приемников серии RRn-xxx (на примере RR3-xxx)
Применение лазерной подстройки контуров в изделиях RR3, RR4, RR6, RR10, RR11 позволило улучшить точность настройки до ±0,2 МГц, что в 2,5 раза лучше, чем в изделиях RR1 или RR8. В приборе RR4-xxx реализован каскодный вход и получен наиболее низкий уровень спектра излучения (-70 дБм). В тех случаях, когда необходимо малое потребление, фирма Telecontrolli рекомендует применять RR6 или RR11 (ток потребления 0,5 мА и 0,3 мА соответственно), но при этом Вы несколько проиграете в чувствительности. А некоторое ухудшение параметров RR8 по сравнению с другими ИС этой серии является платой за питание 3В.
Последней микросхемой в серии RRn-xxx является изделие RR15, параметры которого наиболее привлекательны: точность настройки - ±75 кГц; полоса пропускания по уровню -3 дБ составляет - ±250 кГц, уровень испускаемого спектра частот -75 дБм, металлический экран. Только одно «но»– единственная рабочая частота 433 МГц.
Завершая разговор об этой группе приборов, приведем некоторые их технические параметры.
Таблица 1. | RR3 | RR4 | RR6 | RR8 | RR10 | RR11 | RR15 | | Напряжение питания, В | 5 | 5 | 5 | 3 | 5 | 5 | 5 | | Ток потребления, мА | 2,5 | 2,5 | 0,5 | 0,5 | 1,2 | 0,3 | 4 | | Рабочая частота, МГц | 200-450 | 200-450 | 200-450 | 280-450 | 200-450 | 280-450 | 433,9 | | Точность настройки, МГц | ±0,5 | ±0,2 | ±0,2 | ±0,2 | ±0,2 | ±0,2 | ±75 кГц | | Скорость передачи данных, кГц | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 4,8÷9,6 кбит/с | | Чувствительность, дБм | -105 | -105 | -95 | -90 | -102 | -95 | -102 | | Уровень излучения, дБм | -65 | -70 | -65 | -65 | -65 | -65 | -75 | | Диапазон рабочих температур, °С | -25…+80 | -25…+80 | -25…+80 | -25…+80 | -25…+80 | -25…+80 | -25…+80 |
Примечание: * (-100)dBm соответствуют 2,2 uVrms
Недостатком приемников прямого преобразования является их невысокая селективность, особенно при высокой напряжённости электромагнитного поля. Для получения более высокого качества радиоприёма предназначены супергетеродинные приемники серии RRSx-xxx с амплитудной модуляцией и серии RRFx-xxx с частотной модуляцией.
Блок-схема супергетеродина RRS1-xxx ÷ RRS3-xxx приведена на 3. Сигнал с антенны поступает на вход ПАВ-фильтра и, пройдя через смеситель, на который поступает так же сигнал с гетеродина, проходит через фильтр ПЧ. Далее его ожидают демодулятор АМ-сигнала и компаратор, формирующий цифровой сигнал. Среди этих приборов микросхема RRS2 имеет большую чувствительность и более высокий уровень излучения (сказывается отсутствие ВЧ-фильтра на ПАВ), но и более низкую стоимость. Входной фильтр с предусилителем в приборе RRS3 позволил получить узкую полосу на все том же уровне -3 дБ и самый низкий уровень шумов (основные параметры этих ИС приведены в таблице 2).
3.Блок-схема супергетеродина RRS1-xxx ÷ RRS3-xxx
Таблица 2. | RRS1 | RRS2 | RRS3 | RRQ2 | RRFQ1 | | Напряжение питания, В | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | | Ток потребления, мА | 3,7÷5 | 3,7÷5 | 5 | 5 | 5,5 | | Рабочая частота, МГц | 315/418/433 | 315/418/433 | 433,92 | 433,9/868,35 | 315/418/433 | | Промежуточная частота, кГц | 500 | 500 | 500 | 10,7 МГц | 1000 | | Скорость передачи данных, кГц | 3 | 3 | 3 | 4,8 кбит/с | А: 2,4 кбит/с
В: 4,8 кбит/с
С: 9,6 кбит/с | | Чувствительность, дБм | -100 | -102 | -106 | -107/-102 | -90 | | Уровень излучения, дБм | -65 | -50 | -70 | -70 | -70 | | Диапазон рабочих температур, °С | -25…+80 | -25…+80 | -25…+80 | -25…+80 | -25…+80 |
Схема включения приемников RRS1-xxx ÷ RRS3-xxx практически такая же, что и у сверхрегенеративных приёмников.
Структурная схема приемника с частотной модуляцией RRF1-xxx отличается от RRSх-xxx входным фильтром с предусилителем и FM-демодулятором вместо АМ ( 4). Параметры– в таблице 2.
4.Структурная схема приемника с частотной модуляцией RRF1-xxx (отличие от RRSх-xxx - входной фильтр с предусилителем и FM-демодулятором вместо АМ)
Завершая краткий обзор приемников, упомяну еще два: RRQ2-xxx и RRFQ1-xxx (параметры– в той же таблице 2). В обоих приемниках (с АМ и FM соответственно) вместо гетеродина применен синтезатор частоты с фазовой синхронизацией и кварцевый резонатор (блок-схема RRQ2-xxx– на 5).
5.Блок-схема приемников RRQ2-xxx и RRFQ1-xxx (синтезатор частоты с фазовой синхронизацией и кварцевый резонатор вместо геродина)
Фирма Telecontrolli выпускает передатчики (пара к вышеупомянутым приемникам) как с амплитудной модуляцией (серия RTx-xxx), так и с частотной модуляцией (серия RTFх-ххх) (основные параметры– в таблице 3).
Таблица 3. | RT4 | RT5 | RT6 | RTQ1 | RTFQ1 | | Напряжение питания, В | 2÷14 | 2÷14 | 2,7÷14 | 2,7÷14 | 2,1÷4 | | Ток потребления, мА | 4 | 3 | 3÷9 | 15 | 7 | | Рабочая частота, МГц | 303,8÷433,92 | 303,8÷433,92 | 303,8÷433,92 | 433,9/868,35 | 315/433,9/868,35 | | Выходная мощность (нагрузка 50 Ом), дБм | 7 | 7 | 3÷15 | 5 | 5 | | Гармоническое паразитное радиоизлучение, dBc | -30 | -35 | -50 | -40 | -40 | | Скорость передачи данных, кГц | 4 | 4 | 4 | 9,6 кбит/с | 9,6 кбит/с | | Диапазон рабочих температур, °С | -25…+80 | -25…+80 | -25…+80 | -25…+80 | -25…+80 |
Ввиду относительной простоты схемы передатчиков серии RTx-xxx и их функциональной завершенности приведу только их структурные схемы ( 6 - 8). Типовую схему включения можно увидеть на 9 (на примере RT4-ххх).
6.Структурная схема передатчика RT4-xxx
7.Структурная схема передатчика RT5-xxx
8.Структурная схема передатчика RT6-xxx
9.Схема включения передатчиков серии RTx-xxx
Мы не рассматриваем две младшие ИС этой серии (RT1 и RT2), ввиду их простоты и отсутствия нормированных параметров по шуму, выходной мощности и уровню входного напряжения.
Передатчики RT4-RT6, работающие в диапазоне 303 - 433 МГц, отличаются друг от друга от друга уровнем паразитных радиоизлучений, а RT6– ещё допустимым уровнем шумов (коэффициент подавления боковых гармоник). В остальном - «близнецы-братья».
Завершая краткий обзор компонентов фирмы Telecontrolli, работающих в диапазоне СВЧ, остановимся на двух передатчиках со встроенным кварцевым генератором: RTQ1-xxx и RTFQ1-xxx. Блок-схемы передатчиков приведены на 10 и 11 соответственно. Для расширения возможностей по снижению потребления в «ждущем» режиме предусмотрен вывод разрешения работы синтезатора и выходного усилителя. Схема включения на 12.
10.Блок-схема передатчика со встроенным кварцевым генератором RTQ1-xxx
11.Блок-схема передатчика со встроенным кварцевым генератором RTFQ1-xxx
12.Схема включения RTQ1-xxx
RTFQ1 замечательна тем, что имеет девиацию частоты ±30 кГц (всего!!! при рабочей частоте 433МГц), а точность настройки частоты - ±25 кГц (типовое значение - 0).
Читатели наверняка обратили внимание на то, что все примеры проанализированы для диапазона 433 МГц. Это связано с тем, что согласно решения №64 от 01.03.2000 г. «О выделении полосы частот 433,050 - 434,790 МГц для маломощных радиостанций» гражданам и субъектам хозяйствования Республики Беларусь разрешено «1. …использование на вторичной основе полосы частот 433,050 - 434,790 МГц юридическими и физическими лицами для разработки, производства, ввоза из-за границы и эксплуатации предназначенных для речевой связи портативных маломощных (до 10 мВт) радиостанций с интегральной антенной: 3. …Регистрация и получение разрешений на эксплуатацию таких радиостанций не требуется». Это решение фактически открыло новый диапазон для использования во всех областях промышленности и быта. Тем не менее, компания поставляет приборы для работы в диапазонах 315; 418; 443,92; 868,35 МГц.
Ознакомившись с сухой теорией, и воодушевившись решением №64, перейдем к практике: где и как можно применить эти микросхемы.
О традиционных приложениях для систем охраны и безопасности, в том числе автомобильных и системах дистанционного управления сказано достаточно. Национальные производители таких комплексов теперь могут воспользоваться недорогими приборами Telecontrolli для создания конкурентной продукции. Обратим особое внимание разработчиков разнообразных охранных датчиков: появляется возможность изготавливать их в беспроводном исполнении. Пока такие приборы, пользующиеся спросом в силу легкости монтажа, полностью импортируются.
Очевидно также, что недорогой и устойчивый радиоканал интересен в системах мониторинга климатических параметров в качестве элемента передачи в системе сбора и передачи показаний любого количества территориально распределенных датчиков, которые могут находиться в парниках, теплицах, инкубаторах, птичниках, элеваторах и прочих объектах агропромышленного комплекса. Основная задача систем такого класса заключается в измерении климатических параметров, регистрации выхода их за установленные пороги и управлении соответствующим оборудованием.
Ярким примером эффективного применения радиоканала является комплекс для измерения температуры в тепличном хозяйстве (парнике, инкубаторе и т.п.). Измерительный комплекс внутри каждой теплицы состоит из Регистратора и необходимого количества автономных датчиков. Каждый автономный датчик содержит непосредственно измеритель температуры, контроллер, передатчик и батарейный источник питания. В качестве измерителя температуры логично использовать цифровой термометр DS1920 или аналогичный производства Dallas Semiconductor (см. Chip News №8, 2000 г., с. 8-10), оснащенный встроенной батарейкой. Такой термометр автоматически фиксирует в энергонезависимой памяти значения температуры через заданные интервалы времени, в то время как контроллер датчика находится в режиме ожидания (минимальное потребление энергии). Периодически он активизируется, устанавливает связь с Регистратором (приемник с радиусом действия до 250 м) и по радиоканалу передает все накопленные со времени последнего сеанса связи показания температуры. Аналогично опрашиваются все датчики, установленные внутри одной теплицы. Передача данных по всему объекту в целом может выполняться проводными средствами, например, по сети microLAN.
Основные преимущества такого измерительного комплекса заключаются в простоте развертывания и изменения конфигурации (датчик можно расположить в любом месте), и в снижении стоимости внедрения и обслуживания за счет отсутствие проводной связи.
Безусловно, весь измерительный комплекс в теплице может быть построен на проводной связи. но существуют ситуации, когда провод не протянешь: регистрация шахтеров, находящихся под землей, учет движения транспортных средств, контроль патрульно-постовой службы.
Регистрация шахтеров является актуальной проблемой в силу того, что учет находящегося под землей персонала в аварийных ситуациях должен проводится мгновенно и достоверно. но в силу агрессивных условий окружающей среды средства регистрации должны быть надежно защищены, а регистрация должна выполняться пассивно, без осознанных действий персонала. Такие условия могут быть выполнены, если радиоидентификаторы персонала размещены внутри аккумулятора шахтерской лампы.
Приборы Тelecontrolli могут эффективно применяться для учета соблюдения графиков движения рейсового пассажирского или грузового транспорта. Такие задачи возникают при аренде предприятиями транспорта для перевозки сотрудников к местам работы, при учете выработки и контроле рабочего времени водителей (перевозка стройматериалов, сырья). Оборудовав автомобили электронными идентификаторами с радиоканалом и расположив регистраторы по маршрутам движения, можно уверенно контролировать графики и маршруты движения, не накладывая ограничений на скорость и порядок прохождения маршрутов.
Аналогичное решение применимо и при контроле патрульно-постовой службы, когда нужно быть уверенными, что дежурные обходят заданные маршруты в установленное время. Средства идентификации на базе радиоканала позволят решить эту задачу и гарантировать качественную охрану объектов.
Подведем итоги. Применение микросхем фирмы Telecontrolli для передачи данных в диапазоне 400-900 МГц позволяет не только снизить общую стоимость изделия в целом, но создавать оригинальные системы с новыми потребительскими свойствами.
Источник: rtcs.ruЧитайте далее: Новое поколение ЦСП Texas Instruments, Oднокристальный контроллер Ethernet CS8900A, Микроконтроллеры в России: вчера, на данный момент, завтра…, Рабы своих семейств, или почему разработчики микроконтроллерной техники не очень, Трактат о проектировании эмуляторов таксофонных карт, Микроконтроллеры фирмы NEC. Часть 2., Контроллерный рынок России:факты и домыслы, парадоксы и закономерности, Что такое, НАБОР КОМАНД PIC МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ СЕМЕЙСТВА PIC14000/PIC16CXXX, НАБОР КОМАНД PIC МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ СЕМЕЙСТВА PIC16С5X, НАБОР КОМАНД PIC МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ СЕМЕЙСТВА PIC17CXXX, Сопряжение матрицы клавиатуры с микроконтроллером. Несколько вариантов., Управление нагрузкой 220В переменного напряжения с использованием симисторов, Подпрограммы умножения и деления для PIC., Телевизор скоро прикажет долго жить!, Технология изготовления печатных плат, Что такое FRAM ?, Описание работы в PIC Simulator, Базовый электронный компонент,
|
