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RXDL1 - Link de Dados RS-232 Via Rádio (TEL016)
(Placa de avaliação - Telecontrolli)
A Telecontrolli (www.telkecontrolli.com) é bem conhecida de nossos leitores pelos módulos híbridos que são largamente utilizados em equipamentos de controle remoto. No entanto, pela sua baixa velocidade de modulação e pelo tipo de operação eles não consistem na solução mais apropriada para o projeto de um link de dados. Para esse tipo de aplicação a Telecontrolli conta com uma solução apropriada que é o uso do módulo RXQ2 que permite a transmissão de dados até 100 kbps a uma distância que chega aos 200 metros recebendo os dados diretamente de um simples circuito de interface RS232 e operando nas bandas de 433 ou 868 MHz. Para criar aplicativos com esse módulo, existe ainda a placa de avaliação e desenvolvimento RXDL1. Trataremos tanto do módulo como dessa placa nesse nosso artigo.
* Link de dados sem fio (TEL016)
* Retransmissor de som (ART197)
* Link óptico de áudio (ART165)
A placa de avaliação RXQ2-xxx (que não vem com o módulo) pode ser conectada diretamente à RS232 através de um conector DB9F. Através dele pode-se selecionar os canais estreitos de transmissão, existe ainda um LED indicador de funcionamento e a alimentação é feita com tensões de 5 V a 12 V. Para que o leitor tenha uma idéia do que pode ser feito nessa placa, devemos analisar antes o módulo RXQ2.
O RXQ2-XXX, onde o XXX indica as duas freqüências de operações possíveis (433 MHz ou 868 MHz), consiste num transceiver GFSK completo especialmente projetado para operar como link de dados associado a interface serial RS232. Na figura 2 temos o aspecto desse módulo que opera com alimentação de 3,3 V e alcança taxa de dados de 100 kbps.
O módulo RXQ2 pode operar de quatro modos diferentes:
* Um para um
* Um para muitos
* Muitos para um
Com as diversas modalidades de operação possíveis podem ser desenvolvidos aplicativos como: sistemas de segurança sem fio, terminais EPOS, envio de sinais de sensores, controle remoto, leitura remota de medidores, etc. A figura 3 mostra as dimensões do módulo
O esquema de modulação usado é o GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying), codificado pelo processo Manchester, alcançando taxas de dados até 100 kbps. Operando em banda estreita, a seleção do canal é feita pelo próprio usuário.
No módulo encontramos todas as funções de um modem via rádio. Para operação basta que dados CMOS ou TTL sejam aplicados à entrada obtendo-se no módulo remoto os mesmos dados. Preâmbulo e CRC são gerados automaticamente e agregados ao sinal transmitido de modo a permitir a identificação e seleção dos sinais.
São utilizadas duas freqüências de transmissão: 433 ou 868 MHz. Os canais selecionáveis pelo usuário 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 ohms - 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.
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 (*)
A placa de avaliação tem a aparência mostrada na figura 4, destacando-se a existência de 4 dip-switches.
Os dip-switches são usados para configuração, conforme a seguinte tabela:
Dip-switch Nome Tipo Descrição
1 PD (power down) In OFF – modo power-down ON – modo em operação
2,3 Taxa de dados In Selecionam a taxa de dados (ver a tabela correspondente)
4 Configuração In OFF – modo de configuração ON – modo em operação
5 RTS In OFF, OFF – RTS, CTS - desabilitados – sem handshake
6 CTS Out On, On – RTS, CTS Habilitados – com handshake
Na figura 5 mostramos as configurações para RS232 de 3 e de 5 fios, com RTS e CTS com e sem habilitação.
A seleção de velocidades é dada pela seguinte tabela:
DR1 (SW2) DR2 (SW3) Taxa de Bauds
GND GND 4 800
Vcc GND 9 600
GND Vcc 19 200
Vcc Vcc 38 400
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)
3 Endereço de destino MSB
LSB 7E
7 Endereço RXQ2 MSB
MSB 7E
8 Casal 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 bytes 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 depois 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 6 temos um exemplo de circuito de aplicação para conectar o módulo a uma porta serial de um PC.
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 ohms 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.
Uma ferramenta de emulação de terminais como o LABVIEW (National Instruments - www.ni.com) é ideal para se configurar o módulo. No site da Telecontrolli pode ser baixada de graça no site com o nome: RXQ2_Setting.vi.
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 7.