Como fazer a interface do módulo rfm69hcw rf com o arduino para comunicação sem fio

Quando se trata de fornecer recursos sem fio a seus projetos, o transmissor e receptor híbrido 433Mhz ASK é uma escolha comum entre engenheiros, desenvolvedores e entusiastas por causa de seu preço baixo, bibliotecas fáceis de usar e suporte da comunidade. Também construímos alguns projetos como automação residencial controlada por RF e campainha sem fio usando este módulo RF de 433 MHz. Mas, muitas vezes, um transmissor e receptor híbrido ASK não é suficiente, é de baixo alcance e a natureza da comunicação unilateral torna-o inadequado para muitas aplicações

Para resolver esse problema constante, os desenvolvedores da HopeRF conceberam um novo módulo de RF bacana chamado RFM69HCW. Neste tutorial, aprenderemos sobre o módulo RFM69HCW e suas vantagens. Primeiro, faremos PCB caseiro para RFM69HCW e, em seguida, faremos a interface do RFM69HCW com o Arduino para verificar o seu funcionamento para que você possa usá-lo em projetos de sua escolha. Então vamos começar.

Módulo RFM69HCW RF

O RFM69HCW é um módulo de rádio barato e fácil de usar que opera na banda ISM (Indústria, Ciência e Medicina) não licenciada semelhante ao Módulo RF nRF24L01 que usamos em projetos anteriores. Ele pode ser usado para se comunicar entre dois módulos ou pode ser configurado como uma rede Mesh para se comunicar entre centenas de módulos, o que o torna uma escolha perfeita para a construção de redes sem fio de curto alcance baratas para sensores usados em automação residencial e outros projetos de aquisição de dados.

Características do RFM69HCW:

+20 dBm - capacidade de saída de energia de 100 mW
Alta Sensibilidade: até -120 dBm a 1,2 kbps
Baixa corrente: Rx = 16 mA, retenção de registro 100nA
Pout programável: -18 a +20 dBm em etapas de 1dB
Desempenho de RF constante em uma faixa de tensão do módulo
Modulações FSK, GFSK, MSK, GMSK e OOK
Sincronizador de bits integrado realizando recuperação de relógio
115 dB + intervalo dinâmico RSSI
Sensor RF automático com AFC ultrarrápido
Motor de pacote com CRC-16, AES-128, sensor de temperatura embutido FIFO de 66 bytes
Orçamento de link alto
Custo muito baixo

RFM69HCW

Frequência

O RFM69HCW foi desenvolvido para funcionar na banda ISM (Industry, Scientific and Medical), um conjunto de radiofrequências não licenciadas para dispositivos de curto alcance e baixa potência. Freqüências diferentes são legais em áreas diferentes, então é por isso que o módulo tem muitas versões diferentes 315.433.868 e 915MHz. Todos os principais parâmetros de comunicação de RF são programáveis e a maioria deles pode ser configurada dinamicamente. Além disso, o RFM69HCW oferece a vantagem exclusiva de modos de comunicação de banda estreita e banda larga programáveis.

Nota: Por causa de seu poder comparativamente baixo e curto alcance, a implementação deste módulo em um pequeno projeto não vai ser um problema, mas se você está pensando em fazer um produto com ele, certifique-se de usar a frequência correta para sua localização.

Alcance

Para entender melhor o intervalo, temos que lidar com um tópico bastante complicado chamado Orçamento do link de RF. Então, qual é esse orçamento de link e por que ele é tão importante? O orçamento de link é como qualquer outro orçamento, algo que você tem no início e que gasta com o tempo, se o seu orçamento acabar, você não pode gastar mais.

O orçamento do link também tem a ver com o link ou a conexão entre o emissor e o receptor, é preenchido pela potência de transmissão do emissor e a sensibilidade do receptor e é calculado em decibéis ou dB também é frequência- dependente. O orçamento do link é deduzido por todos os tipos de obstáculos e ruídos entre o emissor e o receptor, como cabos de distância, paredes, árvores, prédios, se o orçamento do link se esgotar, o receptor apenas cria algum ruído na saída e não obteremos nenhum sinal utilizável. De acordo com o datasheet do RFM69HCW , ele tem um link budget de 140 dB em comparação com 105 dB do ASK Hybrid Transmitter, mas o que isso significa é uma diferença importante? Felizmente, encontramosCalculadoras de orçamento de link de rádio on-line, então vamos fazer alguns cálculos para entender melhor o tópico. Primeiro, vamos supor que temos uma conexão de linha de visão entre o remetente e o receptor e tudo está perfeito, pois sabemos que nosso orçamento para RFM69HCW é de 140 dB, então vamos verificar a maior distância teórica que podemos comunicar, definimos tudo para zero e a distância a 500KM, Frequência a 433 MHz e obtemos uma potência horizontal recebida de 139,2 dBm

Agora, eu configurei tudo para zero e a distância para 9KM. Frequência para 433MHz e nós temos uma potência horizontal recebida de 104,3 dBm

Portanto, com a comparação acima, acho que todos podemos concordar que o módulo RFM69 é muito melhor do que o Transmissor Híbrido ASK e um módulo receptor.

A antena

Cuidado! Conectar uma antena ao módulo é obrigatório porque sem ela o módulo pode ser danificado por sua própria potência refletida.

Criar uma antena não é tão difícil quanto pode parecer. A antena mais simples pode ser feita apenas com um fio 22SWG de fita simples. O comprimento de onda de uma frequência pode ser calculado pela fórmula v / f , onde v é a velocidade de transmissão ef é a frequência (média) de transmissão. No ar, v é igual ac , a velocidade da luz, que é 299,792,458 m / s. O comprimento de onda para a banda de 433 MHz é, portanto, 299,792.458 / 433.000.000 = 34,54 cm. Metade disso tem 17,27 cm e um quarto tem 8,63 cm.

Para a banda de 433 MHz, o comprimento de onda é 299,792.458 / 433.000.000 = 69,24 cm. Metade disso tem 34,62 cm e um quarto tem 17,31 cm. Portanto, pela fórmula acima, podemos ver o processo de cálculo do comprimento do fio da antena.

Requisito de energia

O RFM69HCW tem uma tensão operacional entre 1,8 V a 3,6 V e pode consumir até 130 mA de corrente quando está transmitindo. Abaixo na tabela, podemos ver claramente o consumo de energia do módulo em diferentes condições

Aviso: se o Arduino escolhido usar níveis lógicos de 5 V para se comunicar com o periférico, conectar o módulo diretamente ao Arduino danificará o módulo

Símbolo	Descrição	Condições	Min	Typ	Max	Unidade
IDDSL	Atual em modo de suspensão		-	0,1	1	uA
IDDIDLE	Atual em modo de espera	Oscilador RC habilitado	-	1,2	-	uA
IDDST	Atual em modo de espera	Oscilador de cristal habilitado	-	1,25	1,5	uA
IDDFS	atual no sintetizador modo		-	9	-	uA
IDDR	atual no modo de recepção		-	16	-	uA
IDDT	Fornecer corrente no modo de transmissão com correspondência apropriada, estável em toda a faixa VDD	RFOP = +20 dBm, em PA_BOOST RFOP = +17 dBm, em PA_BOOST RFOP = +13 dBm, no pino RFIO RFOP = +10 dBm, no pino RFIO RFOP = 0 dBm, no pino RFIO RFOP = -1 dBm, no pino RFIO	- - - - - -	130 95 45 33 20 16	- - - - - -	mA mA mA mA mAmA

Neste tutorial, usaremos dois Arduino Nano e dois conversores de nível lógico para nos comunicarmos com o módulo. Estamos usando o Arduino nano porque o regulador interno integrado pode gerenciar a corrente de pico com muita eficiência. O diagrama de Fritzing na seção de hardware abaixo irá explicar isso mais claramente para você.

NOTA: Se sua fonte de alimentação não puder fornecer 130mA de corrente de pico, seu Arduino pode reiniciar ou pior, o módulo pode falhar para se comunicar corretamente, nesta situação um capacitor de grande valor com baixo ESR pode melhorar a situação

Pinagem e descrição do módulo RFM69

Rótulo	Função	Função	Rótulo
FORMIGA	Saída / entrada de sinal RF.	Power Ground	GND
GND	Aterramento da antena (igual ao aterramento de energia)	E / S digital, software configurado	DIO5
DIO3	E / S digital, software configurado	Reiniciar entrada de gatilho	RST
DIO4	E / S digital, software configurado	Entrada de seleção de chip SPI	NSS
3,3 V	Alimentação de 3,3 V (pelo menos 130 mA)	Entrada SPI Clock	SCK
DIO0	E / S digital, software configurado	Entrada de dados SPI	MOSI
DIO1	E / S digital, software configurado	Saída de dados SPI	MISSÔ
DIO2	E / S digital, software configurado	Power Ground	GND

Preparando a placa de desenvolvimento personalizado

Quando comprei o módulo, ele não vinha com uma placa de breakout compatível com a placa de ensaio, então decidimos fazer uma para mim. Se você precisar fazer o mesmo, basta seguir as etapas. Além disso, observe que não é obrigatório seguir essas etapas, você pode simplesmente soldar os fios ao módulo RF e conectá-los à placa de ensaio e ainda funcionará. Estou seguindo este procedimento apenas para obter uma configuração estável e robusta.

Etapa 1: Prepare o esquema para o módulo RFM69HCW

Etapa 3: Prepare um PCB para isso, estou seguindo este tutorial de PCB feito em casa. Eu imprimi a pegada em uma placa de cobre e coloquei na solução de gravação

Etapa 4: Siga o procedimento para ambas as placas e solde seu módulo ao footprint. Depois de soldar ambos os meus módulos ficam assim abaixo

A pinagem do Módulo RFM69HCW é dada na figura abaixo

Materiais requisitados

Aqui está a lista de coisas que você precisa para se comunicar com o módulo

Dois módulos RFM69HCW (com frequências correspondentes):
- 434 MHz (WRL-12823)
Dois Arduino (estou usando o Arduino NANO)
Dois conversores de nível lógico
Duas placas de breakout (estou usando uma placa de breakout feita sob medida)
Um botão de pressão
Quatro LEDs
Um resistor 4.7K quatro resistor 220Ohms
Fios de ligação
Fio de cobre esmaltado (22AWG), para fazer a antena.
E finalmente soldar (se você ainda não fez isso)

Conexão de hardware

Neste tutorial, estamos usando Arduino nano, que usa lógica de 5 volts, mas o módulo RFM69HCW usa níveis lógicos de 3,3 volts, como você pode ver claramente na tabela acima, para se comunicar adequadamente entre dois dispositivos, um conversor de nível lógico é obrigatório, no diagrama fritzing abaixo mostramos como conectar o Arduino nano ao módulo RFM69.

Nó Remetente do Diagrama de Fritzing

Nó Remetente da Tabela de Conexão

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

Nó receptor do diagrama de Fritzing

Nó receptor da tabela de conexão

Pin Arduino	Pino RFM69HCW	Pinos I / O
D2	DIO0	-
D9	-	CONDUZIU
D10	NSS	-
D11	MOSI	-
D12	MISSÔ	-
D13	SCK	-

Executando o esboço de exemplo

Neste tutorial, vamos configurar dois nós Arduino RFM69 e fazer com que eles se comuniquem entre si. Na seção abaixo, saberemos como colocar o módulo em funcionamento com a ajuda da biblioteca RFM69 que foi escrita por Felix Rusu da LowPowerLab.

Importando a Biblioteca

Com sorte, você já fez um pouco de programação em Arduino antes e sabe como instalar uma biblioteca. Caso contrário, verifique a seção Importando uma biblioteca.zip deste link

Conectando os nós

Conecte o USB do Nó Remetente ao seu PC, um novo número de porta COM deve ser adicionado à lista "Ferramentas / Porta" do IDE do Arduino, digite-o, agora conecte o nó Receptor, outra porta COM deve aparecer em Ferramentas / Lista de portas, também anotada, com a ajuda do número da porta faremos o upload do esboço para o emissor e o nó receptor.

Abrindo duas sessões do Arduino

Abra duas sessões do Arduino IDE clicando duas vezes no ícone do Arduino IDE após o carregamento da primeira sessão, é obrigatório abrir duas sessões do Arduino porque é assim que você pode abrir duas janelas de monitor serial do Arduino e monitorar simultaneamente a saída de dois nós

Abrindo o código de exemplo

Agora, quando tudo estiver configurado, precisamos abrir o código de exemplo em ambas as sessões do Arduino para fazer isso, vá para

Arquivo> Exemplos> RFM6_LowPowerLab> Exemplos> TxRxBlinky

e clique para abri-lo

Modificando o Código de Exemplo

Perto do topo do código, procure #define NETWORKID e altere o valor para 0. Com este Id, todos os seus nós podem se comunicar uns com os outros.
Procure por #define FREQUENCY altere para coincidir com a frequência da placa (a minha é 433_MHz).
Procure a #define ENCRYPTKEY, esta é a sua chave de criptografia de 16 bits.
Procure #define IS_RFM69HW_HCW e descomente-o se estiver usando um módulo RFM69_HCW
E, finalmente, procure por #define NODEID; ele deve ser definido como um RECEIVER por padrão

Agora carregue o código para o seu nó receptor que você configurou anteriormente.

É hora de modificar o esboço para o nó remetente

Agora, na macro #define NODEID, mude para SENDER e carregue o código para o seu Node Sender.

É isso, se vc tiver feito tudo corretamente vc tem dois modelos completos de trabalho prontos para testar.

Trabalho do esboço de exemplo

Após o upload bem sucedido do Sketch você observará que o LED vermelho que está conectado com o pino D4 do Arduino acende, agora pressione o botão no Nó Remetente e você observará que o LED vermelho apaga e o LED verde que está conectado ao pino D5 do Arduino acende conforme mostrado na imagem abaixo

Você também pode observar o botão pressionado! texto na janela do monitor serial conforme mostrado abaixo

Observe agora o LED Azul que está conectado ao Pino D9 do Nodo Remetente, ele piscará duas vezes e na janela Monitor Serial do Nodo Recebido você verá a seguinte mensagem e também o LED Azul que está conectado ao pino D9 no o nó receptor acenderá. Se você vir a mensagem acima na janela Serial Monitor do nó receptor e também se o LED acender Parabéns! Você comunicou com êxito o módulo RFM69 com o Arduino IDE. O funcionamento completo deste tutorial também pode ser encontrado no vídeo fornecido no final desta página.

Todos esses módulos são ótimos para construir estações meteorológicas, portas de garagem, controlador de bomba sem fio com indicador, drones, robôs, seu gato… o céu é o limite! Espero que você tenha entendido o tutorial e gostado de construir algo útil. Se você tiver alguma dúvida, deixe-a na seção de comentários ou use os fóruns para outras dúvidas técnicas.