Komunkiacja radiowa przez szereg ścian

[marw]

Witam!

Pracuję nad projektem czujnika działającego wewnątrz budynku. Kwestia, którą chciałbym poruszyć w tym temacie, to przesyłanie informacji drogą radiową.

Sygnał ma być nadany znad sufitu (regipsowego) na korytarzu i ma dotrzeć do pewnego pomieszczenia. Do "przebycia" ma co najmniej 5 ścian. POnadto wokół działa parę sieci WiFi.

Nie zależy mi na szybkości transmisji tylko na jej niezawodności. Wolałbym, gdyby był to nadajnik i odbiornik w jednym, ostatecznie para nadajnik i odbiornik.

Próbowałem już z parą NRF24L01 (bez anteny), ale w połowie "drogi" były już spore zakłócenia (nie wiem, czy nie było to spowodowane lekką ryską na antenie nadrukowanej na module). W miejscu docelowym sygnału nie było.

Pytanie moje do Was, Forumowicze, to:

Jaki model nadajnika/odbiornika radiowego polecacie? Czy gdybym kupił NRF24L01 z zewnętrzną anteną, mój cel zostałby osiągnięty, a nawet dałoby rady "przebić" np 8 ścian? (wiem, że to też zależy od rodzaju ściany, zbrojenia, etc.). Czy gdyby nadrukowaną antenę zastapic drutem odpowiedniej długości, NRF24L01 dałoby rady?

Całość będzie działać na AVR (Arduino) i zasilaniu bateryjnym, więc dobrze by było, gdyby moduł działał na 3,3/5V, i pobierał stosunkowo energii. Całość nie będzie działać ciągle, tylko odpowiednimi sekwencjami. Dużą rolę odgrywa tutaj również cena: moduł MMcc1100 jest bardzo obiecujący, ale cena ~40zł/sztukę to za dużo na moje możliwości. Najlepiej, gdyby cena była poniżej 20, a nawet 15zł. Tak jak wcześniej napisałem, nie zależy mi na dużej prędkości przesyłu danych/przesyłu dużej ilości danych, tylko na pewnym przesłaniu komunikatu.

Jeśli nie zamieściłem jakiejś istotnej informacji, napiszcie, późno jest (kiedy piszę tego posta), i mogłem o czymś zapomnieć 😉

Z góry dziekuję za pomoc!

[deshipu]

Jak to nie musi być szybkie, to mógłbyś spróbować LoRa, na przykład coś takiego: https://www.adafruit.com/products/3232

Nie zagwarantuję, że będzie działać, ale powinno być lepiej niż z NRF-em. Po pierwsze, dużo niższa częstotliwość, inna niż te 2.4Ghz w której nadaje WiFi i lepiej przechodząca przez ściany. Do tego sam protokół jest dość dobrze przemyślany pod kątem słabych sygnałów i zakłóceń.

[marek1707]

W tematach radiowych możesz spodziewać się pełnego spektrum odpowiedzi. Wpływ konkretnego miejsca oraz specyfiki propagacji RF na warunki łączności jest jak wielki, że w jednym mieście/budynku/firmie będzie coś działać a w innym to samo zupełnie nie. Można tylko dawać ogólne rady, które generalnie się sprawdzają lecz bez żadnych gwarancji, że u Ciebie także.

Jeśli chcesz oszczędzać moc, to pchanie się w pasmo 2.4GHz i tak zawalone przez lokalne WiFi jest złym pomysłem. Może i znajdziesz jakąś wąską szczelinę na te swoje 1kbit/s pomiędzy kanałami WiFi, ale przy takim tłoku w eterze - nie sądzę. Po prostu łączność low-power ma swoje wymagania - szukaj miejsca na swoje dane. Ja bym się rozejrzał się za tanim modułem na 433MHz, czymś w rodzaju popularnego RFM12B:

http://www.tme.eu/pl/details/rfm12b-433s2p/moduly-komunikacyjne-rf/hope-microelectronics/

Są do tego biblioteki, można regulować kilka parametrów i dobrać je tak by znaleźć kompromis między prądem (mocą nadawaną), zasięgiem i prędkością. Z moich doświadczeń wynika, że 433MHz bardzo ładnie sprawuje się w budynkach. Oczywiście to nie zadziała samo, trzeba mieć anteny. Niestety na pasmo 433 anteny są już dużawe, np. niezastąpiony dipol ma 32cm długości, ale przy kilku pokojach/ścianach do pokonania łącze spokojnie zadziała na dwa razy mniejszej antence "ground plane".

No i pamiętaj, że czuwający (czekający na dane) odbiornik pobiera praktycznie tyle prądu co pracujący nadajnik.. Trzeba tu wymyślać jakieś protokoły nadawania tylko w określonych szczelinach czasowych lub raczej w stronę "stacji bazowej" mającej stałe zasilanie. Urządzenia bateryjne nie powinny być na ciągłym nasłuchu.

EDIT: LoRa jest wciąż droga, a budżet łącza FSK na takim dystansie zupełnie wystarczy.

http://www.tme.eu/pl/details/rfm95w-868s2/moduly-komunikacyjne-rf/hope-microelectronics/

[marw]

LoRa jest stanowczo za droga.

Tu jest jednocześnie problem i zaleta tego tematu: jest duży wybór, a jednocześnie ciężko się połapać ostatecznie w tym wszystkim. Dlatego poprosiłem o pomoc w wyborze, wskazanie konkretnego modelu.

NRF24L01 w 2,4GHz wypróbowałem tylko dlatego, że takie kiedyś przy okazji kupiłem. Jednak jak się spodziewałem, nie sprawdziły. Sieci wokoło jest mniej więcej 5, dośc szeroko na kanałach. Chociaż, jak czytałem w specyfikacji NRF, jest tam więcej kanałó i to poza zakresem WiFi.

O RFM12B czytałem, na forbocie artykuł. Ale po cenach na polskich serwisach aukcyjnych jak i zagranicznych, zniechęciłem się lekko. Tylko.. Tylko zapomniałem o tme 😋 Tam cena jest dobra, jesli rzeczywiście spełni moje wymagania.

W zakresie telekomunikacji prawie w ogóle się nie orientuję. Czy Antena, o której mówiłeś, to coś mniej więcej takiego: Dipol ? Czy raczej coś podobnego do anteny jak w routerze?

Musi być uziemiona?

Czy jest możliwość zwinięcia jej jakoś żeby zmniejszyć zajmowaną przestrzeń?

Jaka jest "szerokość" nadawanego sygnału? Jest kierunkowa czy jest szansa, żeby sygnał dotarł do pomieszczeń po obu stronach korytarza?

Tak, tak, ten nad sufitem nie będzie czuwał cały czas. Będzie co jakiś czas czekał na sygnał do rozpoczęcia czuwania, np. co kwadrans przez minutę, a w razie otrzymania go, w trybie nadawania sygnału, co jakiś czas sprawdzając, czy nie ma przerwać pracy.

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[marek1707]

Tak, dipol to właśnie taka antena.

Antena to nie jest kawałek drutu w dowolnej postaci. To układ przestrzenny wytwarzający pewne gradienty pola elektrycznego i magnetycznego, które tworzą (lub odbierają) falę EM. W antenie danego rodzaju niczego nie możesz zmienić nie naruszając jej parametrów. Ani wymiarów, ani kształtu, ani sposobu zasilania, ani otoczenia dla jakiego była projektowana, ani nawet jej orientacji w przestrzeni.

Co rozumiesz pod pojęciem "uziemiona"?

Są pewnie setki rodzajów anten, w tym kilkadziesiąt "typowych". Możesz zrobić antenę dookólną, możesz zrobić mniej lub bardziej kierunkową. Możesz zrobić mniejszą i większą. Możesz też wybierać szerokość pasma i zysk. Żaden z tych parametrów nie żyje własnym życiem i jest zależny od pozostałych. Dipol jest kanoniczną anteną jeszcze z czasów Hertza. Jest prosty, tani, przewidywalny, dookólny, w miarę dobrze dopasowany do typowych kabli 50Ω i ma dobry zysk. Jeśli postawisz go pionowo, nadaje w poziomie. Antena typu "ground plane" jest 2x niższa i też dookólna (bez zauważalnych wad), "whip" jeszcze niższa, ale już gorsza. Na bliskie odległości możesz robić anteny ze ścieżek na PCB lub tzw. chipowe. Te ostatnie są naprawdę małe, ale stosunkowo drogie. Wybór jest ogromny. Kup moduły i po prostu zacznij próby. Anteny na 433 możesz kupić gotowe, ale moim zdaniem szkoda pieniędzy. Kilka sztuk do jednostkowej zabawy zrobisz samodzielnie, będą naprawdę niezłe i dużo się nauczysz. Jeśli system ma być jakoś produkowany, trzeba będzie coś wybrać z półki.

Z tym nadawaniem to lepiej zrób inaczej: po co moduł ma się nudzić czekając (być może) minutę na rozkaz? Niech zaraz po wybudzeniu nada sygnał "Jestem" i w odpowiedzi dostanie natychmiast informację co ma robić dalej, np. "Idź spać, odezwij się za ok. 15 minut" albo "Teraz czuwaj i zgłaszaj się do mnie co minutę aż ci pozwolę zasnąć" albo "Teraz czuwaj przez 20 minut a potem automatycznie zaśnij" itd. Minimalizuj czasy oczekiwania na synchronizację radiową.

EDIT: Antena w routerze jest na zupełnie inne pasmo (2.4GHz) więc jej wymiary (przy zachowaniu wszystkich innych parametrów) mogą być dużo mniejsze niż tej na 433MHz. To prawie na pewno dipol, tylko sprytnie zamontowany - zasilany od dołu przez rurkę będącą jednym z ramion.

[marw]

Uziemiona, tzn. fizycznie połączona z ziemią, np. przez środkowy bolec w gniazdku do pręta wbitego w ziemię.

Chcę zamówić na razie jedną parę modułów, prawdopodobnie wersję SMD, ze względu na lepsze rozmieszczenie styków, umożliwiających podłączenie na płytce stykowej. Pytanie tylko, które modele dokładnie: Na TME wersji SMD 433MHz są trzy różniących się końcówkami RFM12B-433(S1P/S2P/(S2P/SP)). Jest wielka różnica między nimi? Gdybym dokupił kiedys moduły z inną końcówka w nazwie, będą ze sobą współpracować (czytałem gdzieś, że w przypadku nrf-ów kupionych po taniości modele różnych producentów mogą nie współpracować)?

Czy znasz jakieś tytuły książek, artykuły w internecie itp., w których są zebrane i opisane proste anteny dipolowe?

Czujnik, do którego potrzebuję RF-y opisywałem w tym temacie: Czujnik PIR / mikrofalowy HB100. Odbiorniki będą włączane o różnych porach wieczorem, jeśli w ogóle będą. W związku z tym będzie on czekał na rozkaz rozpoczęcia czuwania co jakiś czas, byc może z nadaniem sygnału "Jestem" dla lepszej synchronizacji. Dokładnie komunikacji jeszcze nie przemyślałem, póki co szukam nadajników, które będę mógł wykorzystać.

[marek1707]

Nie, dipol absolutnie nie jest uziemiany.

Wersje które możesz kupić w TME różnią się jedynie wykonaniem: kwarc taki lub inny, piny lub SMD. Jest moduł ze zwiększoną mocą i czułością odbiornika, ale nie chcesz go - kosztuje 4x więcej.

Informacji o antenach używanych w tego typu łączności szukaj pod hasłem "low-power antennas" lub "ISM band antenna" itp. Zacznij po prostu od firm produkujących moduły i elementy dla łączności bliskozasięgowej i niskomocowej:

http://www.hoperf.com/upload/rf/ANTENNAS_MODULE.pdf

https://www.mikrocontroller.net/attachment/24950/AppNote_Antennas_for_shirt_range.pdf

www.enocean.com/fileadmin/redaktion/pdf/app_notes/AN102_ANTENNA_DESIGN_FEB_11.pdf

http://www.antenna-theory.com/basics/main.php

http://www.farnell.com/datasheets/1718775.pdf

http://resenv.media.mit.edu/rfrain/docs/AN_003_Antennas_1_1.pdf

No jest trochę tego...