БЕСПРОВОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ СВЯЗИ

     интересные РАДИОСХЕМЫ самодельные


» ПОИСК СХЕМ



» РАДИОБЛОГИ
Усилитель для петличного конденсаторного микрофона
Модуль повышающего преобразователя на UC3843A
USB-C: вывод питающего напряжения и распайка разъёма
Простой регулятор цветов светодиода RGB
Схема стабилизатора напряжения с 6,3 В на 5 В USB
Регулируемый источник питания до 24 Вольт
Как определить по виду модель светодиода Cree
Стабилизаторы тока с малым падением напряжения

БЕСПРОВОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ СВЯЗИ


Приёмо-передающая аппаратура в последнее время значительно эволюционировала, во многом благодаря переходу на "цифру". Две области являются мощным двигателем развития беспроводных технологий. Одна из них - потребительский рынок, где смартфон - самое популярное потребительское устройство в мире, использующее технологию GSM, которая позволяет совершать голосовые вызовы, отправлять текстовые SMS-сообщения и подключаться к Интернету. Трудно найти более впечатляющий пример влияния беспроводных технологий на жизнь общества по всему миру. Вспомните подобную революцию в 20 веке, благодаря средствам массовой информации: сначала радио, затем телевидению.

Смартфон имеет и дополнительные радиоинтерфейсы: Wi-Fi и Bluetooth. Без Wi-Fi было бы невозможно подключиться к Интернету через маршрутизаторы доступа, позволяющие передавать данные. А одно из самых известных, но не единственное применение Bluetooth - это возможность подключения к удаленным аудиосистемам, например автомобильные комплекты громкой связи или беспроводные наушники.

  1. На потребительском рынке используется все большее количество передовых технологий, использующих беспроводные соединения. Помимо связи GSM, теперь можно использовать, например, спутниковую навигацию GPS или другие конкурирующие системы спутниковой навигации. Данная технология теперь настолько доступна, что используется не только для коммуникационной навигации, но и для геотегирования фотографий и других подобных дел.
  2. Второе направление - динамично развивающаяся технология Интернета вещей IoT. Трудно представить, чтоб такой динамичный рост был возможен без радиосетей.

Массовое использование радиосвязи пользователями, не имеющими квалификации для работы передающих и принимающих устройств, требует специальных правил. Для таких девайсов полосы частот выделены без разрешений и сборов. Устройства, работающие в этих диапазонах, должны иметь только законодательно ограниченную малую мощность и использовать выделенные каналы. Чаще всего это диапазоны ISM, зарезервированные для промышленных, научных и медицинских приложений, не связанных с телекоммуникациями. В разных странах для такого используются разные частоты, и при проектировании устройства, работающего в диапазонах ISM, необходимо выбрать соответствующий частотный диапазон.

Приборы радиосвязи имеют много преимуществ. Они удобны и дешевы, так как не требуют дорогостоящей проводки. Они обеспечивают неограниченную мобильность в реальном диапазоне. Но у них есть и недостатки. Передача по радиоканалам требует все более сложного кодирования для предотвращения перехвата данных или модификации в преступных целях.

Другой проблемой могут быть электромагнитные помехи, вызывающие затухание или искажение сигнала. В важных приложениях используются механизмы для восстановления некоторых потерянных данных с помощью программных методов. Но для этого требуется избыточная передача данных, которая замедляет фактическую скорость.

Принцип передачи данных

С технической точки зрения, для передачи данных нужен радиомодем и система передатчика и приемника, то есть трансивер. Модем преобразует цифровой сигнал на передающей стороне, то есть последовательность нулей и единиц, в аналоговый сигнал, который может быть отправлен по радиоканалу. Одним из наиболее известных методов является модуляция FSK (ЧМ) и ее вариации, заключающиеся в дискретном изменении несущей частоты в зависимости от передаваемого информационного бита.

Модуляция FSK

Другой тип модуляции - это модуляция ASK (АМ) или амплитудная модуляция. Для упрощения можно считать, что для логического нуля амплитуда несущего сигнала равна нулю, а для логической единицы имеет максимальное значение. На принимающей стороне модем преобразует модулированный сигнал в последовательность нулей и единиц. Модуляция FSK и ее модификации более устойчивы к помехам и поэтому их легче использовать.

Преобразование модулированного сигнала в цифровой

Можно организовать радиосвязь по-разному. В нетребовательных решениях используются простые радиомодули, помогающие отправлять необработанные данные. Они очень хорошо выполняют свою роль по передаче данных между двумя точками. Примером может служить считывание температуры с датчика установленного снаружи. Основная схема (метеостанция) отправляет по радио запрос температуры, а датчик (термометр) отправляет обратно измеренное значение. Такие модули имеют встроенную простую логику и буферы данных. В немного более продвинутых системах могут быть механизмы подтверждения отправленных пакетов данных и защиты данных с помощью контрольных сумм (полиномов). У этого решения есть одно преимущество - оно дешево на аппаратном уровне.

Если обмен данными не обязан соответствовать критериям высокой надежности передачи и не требуется эффективная защита от подслушивания, программное обеспечение также может оказаться относительно дешевым. Для вышеупомянутого удаленного считывания метеорологических или аналогичных данных такого решения будет достаточно. Каждая дополнительная функциональность, например конфигурация сети, повторная передача данных устройствами, подключенными через такие радиоканалы, для увеличения дальности, обнаружение ошибочной передачи данных, обнаружение потери связи с объектом или оптимизация потребляемой мощности - потребуют значительных затрат.

В требовательных устройствах модули радиосвязи с использованием специально разработанных и стандартизированных протоколов обмена данными. Универсального решения здесь нет, и стандарт радиосвязи выбирается в соответствии с требованиями приложения. В компьютерных технологиях протоколы обмена данными описываются с помощью многоуровневых моделей. В каждой из этих моделей есть разделение на самый нижний физический уровень, включая аппаратные решения, и более высокие уровни, определенные для конкретного протокола. В беспроводных интерфейсах физический уровень представляет собой радиоприемопередатчик, работающий в заданной полосе частот с определенной модуляцией и выходной мощностью. Интерфейс должен иметь возможность модулировать несущую волну частотного канала потоком передаваемых цифровых данных и демодулировать полученные данные.

Стандарты беспроводной связи хорошо документированы, и их кодовая реализация может быть написана без проблем. Это правда требует много рабочего времени программиста, и, следовательно, затраты явно возрастают. Поэтому на рынке доступны полные готовые модули, состоящие из ВЧ-части подключенной к микроконтроллеру, в которой есть прошивка выполняющая большинство функций, необходимых для установления соединения, передачи данных, обработки ошибок и так далее. В зависимости от версии реализована поддержка двух нижних уровней: оборудования и доступа к MAC-каналу или всего протокола с элементами прикладного уровня.

Простые радиомодули

Если нужно дешевое решение, чаще всего для соединения точка-точка, оптимальным выбором будут простые радиомодули. Например модули на базе nRF24L01 от Nordic Semiconductor стали своеобразным стандартом. Своей популярностью они обязаны невысокой цене и немалым возможностям. Модули с микросхемой nRF24L01 широко используются в среде Arduino, что также способствует ее большой популярности.

Модуль с nRF24L01

Блок-схема ядра модуля nRF24L01, показана на рисунке ниже. Схема работает в диапазоне ISM 2,4 - 2,5 ГГц с модуляцией GFSK. Это модифицированная версия модуляции FSK, в которой поток входных данных фильтруется в цифровом виде с помощью фильтра Гаусса (фильтр GFSK). Схема имеет встроенный радиотракт с синтезатором частот, усилителем промежуточной частоты и антенным усилителем. Он может действовать как передатчик и приемник в полудуплексном режиме. Доступный радиодиапазон разделен на 125 каналов. Время переключения между каналами менее 200 мкс.

Блок-схема модуля nRF24L01

Есть два режима работы: Shock Burst и Direct (прямой).

  • В режиме Shock Burst хост (микроконтроллер) записывает внутренний буфер FIFO размером 256 байт с выбранной скоростью передачи через интерфейс SPI. После того, как все данные были отправлены в FIFO, управляющая логика инициирует радиопередачу со скоростью 1 Мбит / с или 250 Кбит / с.
  • В прямом режиме данные отправляются со скоростью, которую хост отправляет на чип nRF24L01.

Также возможно сгенерировать контрольный полином (CRC) аппаратно в схеме передатчика и подтвердить передачу на основе этого CRC в приемнике. Модули с микросхемой nRF24L01 достаточно технически продвинуты и могут успешно использоваться для более серьезных задач, несмотря на отсутствие поддержки радиопротоколов.

Комплект трансивера на диапазон 433 МГц

На рынке есть и более простые модули, работающие в диапазонах 433 МГц и 868 МГц. Чаще всего это набор из двух модулей: один - передатчик, другой - приемник. Это довольно существенное ограничение функциональности, потому что в такой конфигурации невозможно реализовать двустороннюю передачу. Пример очень простого приемопередатчика для диапазона 433 МГц показан на фотографии. Здесь использовалась модуляция ASK, то есть амплитудная.

Интеллектуальные радиоинтерфейсы - IQRF

Если нужно простое решение, но в то же время предоставляющее уникальные возможности, стоит поинтересоваться предложением от компании MICRORISC. Простой радиомодуль был подключен к небольшому микроконтроллеру, и эта схема размещена на небольшой печатной плате. Такая идея не кажется чем-то новым, и она действительно была бы таковой, если бы на этом остановилась.

Модуль TR72

Продукт гораздо больше, чем просто радиомодуль и микроконтроллер. Вся система была спроектирована и собрана из небольших, простых в использовании и программируемых радиомодулей, комплектов DCC и проприетарных аппаратных и программных инструментов, обеспечивающих всестороннюю поддержку проектировщика.

Блок-схема модуля TR72

Пользователь имеет в своем распоряжении часть памяти программ микроконтроллера и может разместить свою прошивку, написанную на языке C, взаимодействующую со встроенной ОС. Производительность очень простого ядра микроконтроллера PIC16F и доступные ресурсы не позволяют реализовать более продвинутые протоколы радиосвязи, но для простых дел очень полезно гибкое соединение микроконтроллера, поддерживаемого простой ОС, с радиомодулем.

Схема принципиальная модуля TR72

Простая операционная система под названием IQRF OS была установлена на заводе в память микроконтроллера модуля. В распоряжении пользователя есть набор системных функций. Они используются для передачи данных по радиоканалу и передачи данных в хост-систему (стандартно через интерфейс SPI). Функции ОС IQRF поддерживают работу сетей MESH. 

Пользовательская программа написана на C и скомпилирована с помощью компилятора CC5X. И здесь производитель позаботился о том, чтобы вам не пришлось беспокоиться о необходимых инструментах. Бесплатная версия компилятора достаточна для написания большой программы. Следует помнить, что такой модуль представляет собой интеллектуальную периферийную систему и на нем не выполняются большие задачи. При необходимости радиомодуль выполняет функции связи, а более сложные задачи выполняет хост. Разработка приложений возможна благодаря пакету IRQF IDE компании.

Хотя на первый взгляд это кажется простым инструментом, у него довольно много возможностей. С его помощью мы можем выполнять все проектные действия: редактировать (с помощью внешнего редактора) исходный файл языка C, компилировать его, программировать микроконтроллер радиомодуля и отлаживать работающую программу. И, наконец, «программатор» модулей позволяет с уровня IRQF IDE записывать во Flash память микроконтроллера программный код пользователя.

IDE также имеет ряд полезных функций, например, онлайн-мониторинг передачи в радиоканале и просмотр передачи интерфейса SPI, соединяющего модуль с хостом (в данном случае хост - это IDE). Просто отредактируйте используя внешний редактор исходный файл на языке C, скомпилируйте его, запрограммируйте микроконтроллер радиомодуля и отладьте работающую программу. И, наконец, «программатор» модулей позволяет с уровня IRQF IDE записывать во Flash память микроконтроллера код пользовательской программы.

Для программирования памяти микроконтроллера потребуется дополнительный модуль программатора с интерфейсом USB. В программатор помещается радиомодуль, например упомянутый TR72, и после подключения с помощью кабеля USB можно программировать его. Также роизводитель предусмотрел возможность удаленного перепрограммирования модулей через радиосвязь. Один отдельный модуль может быть перепрограммирован или все подключены к нему одновременно.

Пример конфигурации сети IQMESH

В системе IQRF радиомодули TR52B, образующие сеть, могут работать в двух режимах: Одноранговый, IQMESH.

  • Одноранговый режим - это режим по умолчанию. Он используется для соединения двух или более сайтов без системного сетевого координатора. Пакеты данных, отправленные модулем, доступны всем остальным модулям в сети. Адресация и пакетный трафик не поддерживаются ОС IRQF и должны быть полностью реализованы на уровне пользовательских приложений. Количество модулей в сети не ограничено. Можно представить сеть в звездообразной топологии с модулями, запрограммированными для работы в одноранговом режиме. Модуль, подключенный к хосту, работает как мастер и последовательно опрашивает всех остальных (подчиненный). Каждому подчиненному модулю должен быть назначен уникальный адрес на постоянной основе, и он должен отвечать, когда он вызывается (адресуется) мастером.
  • Режим IQMESH позволяет создавать ячеистую сеть (MESH). В принципе, такая сеть обеспечивает связь между элементами сети без необходимости использования отдельного центрального элемента. Каждое сетевое устройство (радиомодуль) может связываться с любым другим устройством напрямую (если есть диапазон радиосвязи) или через любые модули (если целевой элемент находится за пределами прямой зоны действия источника).

Microchip Mi-Wi

Microchip предлагает интересную систему беспроводной связи под названием Mi-Wi (не путать с Вай-Фай), которая включает в себя комплексные аппаратные и программные решения. Изначально радиочасть была предназначена для специализированных радиомодулей, взаимодействующих со стандартными микроконтроллерами PIC из разных семейств и с производительностью в зависимости от требований устройства.

С 2018 года компания заморозила разработку программного обеспечения Mi-Wi для микроконтроллеров PIC и сосредоточилась на решении, разработанном приобретенной компанией Atmel со специальными радио-микроконтроллерами Microchip SAMR30 и SAMR21 (2,4 ГГц).

Mi-Wi основан на стандарте радиосвязи IEEE802.15.4, описывающем сети WPAN, предназначенный для беспроводных сетей с низкими скоростями передачи данных, низким энергопотреблением и низкими затратами. Это очень важный стандарт, лежащий в основе многих протоколов беспроводной сети, включая хорошо известные ZigBee или Thread.

Стек протокола Mi-Wi использует модифицированный MAC-уровень стандарта IEEE 802.15.4, который добавляет команды для упрощения процесса подтверждения соединения. Проще реализовать процессы подключения и отключения, а также сканирование радиоканалов. Однако ряд действий, таких как, например, принятие решений о том, когда и как сканировать каналы или вводить механизмы энергосбережения, не реализованы в протоколе и должны выполняться на уровне приложений.

Mi-Wi может работать в режиме P2P (одноранговый) или с отдельной центральной точкой (звездообразная топология). А сетевые устройства делятся на три типа в зависимости от выполняемых функций:

  1. Координатор PAN (координатор персональной сети),
  2. FFD (полнофункциональное устройство),
  3. Устройство RFD (устройство с ограниченными функциями).

В звездообразной топологии, показанной на рисунке, координатор PAN инициирует обмен данными и принимает входящие соединения от устройств в сети. Конечные устройства FFD или RFD могут устанавливать соединение только с координатором PAN. В устройствах FFD трансивер всегда включен, и устройства получают питание от сети.

Топология сети STAR Mi-Wi

RFD же питается от батареи, и его трансивер выключен в состоянии IDLE.

В топологии P2P, в отличие от звездообразных сетей, конечные устройства FFD могут устанавливать соединения не только с координатором PAN, но и друг с другом. Таким образом можно построить сетку MESH. Microchip поддерживает технологии Mi-Wi, предоставляя радиомодули, оценочные комплекты и бесплатное программное обеспечение. Библиотеки для микроконтроллеров PIC из семейств PIC16, PIC18 и PIC24, dsPIC33 и PIC32 поддерживают радиомодули с маршрутизаторами MRF24J40 (диапазон 2,4 ГГц) и MRF89XA (диапазон 870 МГц). Стек протоколов использует конечный автомат (без RTOS).

Топология сети P2P

В дополнение к радиомодулям доступны полные оценочные модули с микроконтроллером для ввода в эксплуатацию собственных демонстрационных примеров. Один из них - набор DM182018, состоящий из трех плат. Одна из них предназначена для работы в качестве координатора PAN, а две другие - в качестве конечных устройств. Такой набор позволяет полностью протестировать работу сети Mi-Wi.

Microchip отказалась от развития сети Mi-Wi на основе выделенных модулей и прошивок, хранящихся в памяти микроконтроллера семейств PIC micro. После приобретения Atmel новые воплощения стека Mi-Wi работают с микроконтроллерами семейств ATSAMR21 и ATSAMR30. 

ATSAMR21 - это семейство микроконтроллеров с ядром Cortex M0 +, в котором одной из периферийных систем является радиоприемопередатчик для диапазона 2,4 ГГц. Схема также имеет встроенный аппаратный ускоритель MAC-уровня IEEE 802.15.4, который значительно облегчает реализацию стека. Достаточно прикрепить антенную схему, чтобы построить радиомодуль с большими возможностями программирования.

Стек Mi-Wi - лишь одна из возможностей использования этих микроконтроллеров. Другим вариантом может быть, например, стек ZigBee. На фото показан модуль ATSAMR21 X Plained PRO с микроконтроллером ATSAMR21G18A, предназначенный, в том числе, для тестирования работы в сети Mi-Wi. Стек MiWI для микроконтроллеров SAMR21 доступен в среде IDE Atmel Studio или IAR Workbench.

Протокол LoRaWAN

Большинство радиолиний в диапазонах, предназначенных для использования без отдельного разрешения, имеют небольшую прямую дальность действия максимум 100 метров на открытой местности. Это связано с большим ограничением мощности передатчиков и используемой модуляции. Диапазон может быть увеличен за счет использования ячеистых сетей и повторной передачи пакетов данных устройствами, работающими в сети. Но есть устройства, в которых требуется гораздо больший прямой диапазон без возможности повторной передачи данных. Например, датчики Интернета вещей (IoT) развернуты в малонаселенных районах, где нет развитой инфраструктуры и для этой цели нельзя использовать радиолинии ближнего действия.

Для динамично развивающихся сетей устройств IoT, распределенных на большой территории, предпринимаются попытки разработать и реализовать различные решения для радиосвязи. Наиболее перспективными являются выделенные радиосети на базе инфраструктуры сотовых сетей GSM. Предполагается, что это будут коммерческие решения, предлагающие платную передачу данных, но с ограниченными затратами из-за массового использования. И альтернативным решением могут стать сети LoRaWAN.

LoRaWAN - это протокол радиосвязи, который позволяет устройствам IoT с радиоканалом подключаться к Интернету. Подключение осуществляется не напрямую, а с помощью специальных базовых станций, называемых концентраторами. Очень важной особенностью стандарта является возможность получения относительно больших диапазонов с очень низкой мощностью передачи (20 дБ-мВт) между конечными устройствами и базовыми станциями, считая в километрах. Малая мощность передатчиков обеспечивает низкое потребление энергии и возможность работы от батарей.

Технология LoRaWan основана на открытом стандарте и использует одну из частот открытого диапазона ISM - 868 МГц. Это имеет далеко идущие последствия, поскольку позволяет создавать собственные недорогие сети без необходимости получения административных разрешений и платы за использование полосы пропускания. Операторы связи также заинтересованы в этой технологии. К сожалению, в нашей стране пока покрытие сетями LoRaWAN очень маленькое, в основном в крупных городах.

Для передачи по радиоканалу используется система связи LoRa. Передача данных на относительно большие расстояния возможна благодаря модуляции CSS (Chirp Spread Spectrum). Интересно, что это метод, разработанный в 1930-х годах для нужд созданных в то время радаров. Он также использовался для связи в космосе. CSS устойчив к помехам от отражений (помехи сигнала), устойчив к эффекту Доплера, не требует синхронизации приемника и передатчика и, что важно, амплитуда сигнала практически не влияет на частоту ошибок при передаче ( амплитуда влияет только на диапазон сигнала). С другой стороны, модуляция CSS из-за своих свойств не позволяет передавать данные на высоких скоростях.

LoRaWAN - это протокол доступа к каналу связи с протоколом доступа к среде передачи (MAC). Как мы знаем, при его разработке упор делался на работу с линиями дальнего действия, но с низкой пропускной способностью, и в основном он предназначен для устройств IoT, работающих с оптимизированным низким энергопотреблением. Двунаправленная передача данных обеспечивает надежную передачу информации за счет возможности реализации механизма подтверждения и отправки команд управления. Безопасность передачи обеспечивается надежным шифрованием. Важной функциональной особенностью является возможность беспроводной регистрации новых устройств в сети и передачи данных в режиме многоадресной рассылки (от одного ко многим).

Структура сети LoRaWAN

Узлы (конечные устройства - датчики) подключаются к концентраторам по протоколу LoRaWAN RF. Концентраторы отправляют данные на сетевые серверы через стандартное соединение с использованием протоколов LoRaWAN TCP / IP SSL (Wi-Fi, Ethernet) или через службу доступа в сетях GSM (3G / LTE). Сеть состоит из четырех основных компонентов:

  1. конечные устройства (узлы),
  2. концентраторы (базовые станции, маршрутизаторы, шлюзы),
  3. сетевой сервер,
  4. серверы устройств.

Терминальные устройства - это оборудование, которое включает в себя датчики, системы управления, микроконтроллер и модуль радиопередачи. Они поддерживают двунаправленную передачу с концентраторами - они могут отправлять данные сами, но также могут получать данные от концентраторов. В принципе, устройства IoT, которые являются датчиками и работают как узлы LoRaWAN, должны иметь возможность работать от батареи в течение длительного времени.

По типу передачи и потребляемой энергии устройства делятся на классы: A, B и C. Класс A - потребляет наименьшее количество энергии. Устройства этого класса отправляют краткую информацию о событиях, то есть только при возникновении события, например о превышении значения измеряемого параметра. Устройства класса B могут передавать более длинную информацию и получать более длинную информацию с меньшей задержкой ответа сервера из-за случайной отправки данных восходящей линии связи устройством класса A. Устройство класса C может непрерывно получать данные, кроме тех случаев, когда оно само отправляет данные. Этот класс не предназначен для работы от батарей и требует постоянного источника питания.

Узлы (конечные устройства) сети LoRaWAN, должны отличаться очень низким энергопотреблением. В устройствах класса A и B режим глубокого сна используется во время бездействия, что позволяет значительно снизить энергопотребление. Но также необходима определенная степень эффективности встроенного микроконтроллера, позволяющего обрабатывать стек, кодировать передачу данных и, конечно же, управлять измерительным датчиком. Поэтому многие производители используют 32-битные микроконтроллеры со встроенными расширенными режимами энергосбережения.

Подведём итоги

Быстрое развитие протоколов и аппаратных решений обусловлено постоянно растущей популярностью устройств Интернета вещей, а также их массовым применением в потребительских устройствах, таких как смартфоны, ноутбуки, смарт-телевизоры и другие.

Для соединений между устройствами IoT и другими элементами используются стандарты, работающие в диапазонах ISM с низкой мощностью передачи. Ограничение мощности приводит к тому, что радиодиапазоны будут небольшими, в зависимости от стандарта и условий распространения, от 10 до 200 м. Это недостаток с одной стороны, но и преимущество с другой, потому что передатчики имеют ограниченный диапазон дальности и не мешают друг другу. Также низкие мощности не должны негативно сказываться на здоровье.

Есть разные способы справиться с ограниченным диапазоном. Один из них - построение ячеистой сети (MESH). Сетевые устройства, расположенные в определенной области, могут пересылать пакеты данных друг другу и, таким образом, увеличивать ограниченный прямой диапазон. Примерами такого решения являются стандарты ZigBee, Thread или решение IQMESH. Использование пограничных маршрутизаторов в сети позволяет отправлять пакеты данных в WLAN через Wi-Fi, а затем через Интернет в облако данных. Проверенные и уже дешевые решения, например WiFi, позволяют создать сеть с точкой доступа.

Стандартизованные решения сетевых протоколов позволили производителям аппаратных решений предложить готовые стеки протоколов, размещенные в памяти микроконтроллеров, взаимодействующих с радиомодулями, или в памяти микроконтроллеров, интегрированных с радиоприемопередатчиками. Стеки протоколов могут быть доступны в виде бесплатных библиотек, распространяемых производителями микроконтроллеров. Это решает для проектировщика множество проблем, связанных с кодированием передачи, организацией и настройкой сети, внедрением механизмов энергосбережения и так далее.

Устройства IoT, работающие в плохо урбанизированной зоне, должны иметь относительно большой радиус действия в километрах и ограниченное потребление энергии (упирается в мощность аккумулятора). Стандарт LoRaWAN, продвигаемый крупными производителями микроэлектроники, может быть ответом на эти потребности. Однако LoRaWAN нуждается в сети базовых станций, подключенных к Интернету. Хотя построить такую станцию самостоятельно не сложно, доступ к Интернету в плохо урбанизированной местности может стать проблемой.

Уже упоминавшаяся популярность сети устройств IoT и связанная с этим необходимость создания радиосетей привели к появлению соответствующих аппаратных решений. Здесь тоже есть тенденции. Изначально это были радиомодули, содержащие микросхемы с трансивером, микросхему модулятора, встроенную антенну и микросхему модуляции. Это большое подспорье, потому что для правильного проектирования высокочастотной системы требуется много знаний и еще больше опыта. Использование готового модуля избавляет проектировщиков от решения этих проблем. Нужно только отправить данные через последовательный интерфейс. Примером такой микросхемы является nRF24L01 и модули, построенные на ней. В то же время были модули, которые могли больше. Помимо трансивера, они содержали микроконтроллеры и программное обеспечение, поддерживающее нижние уровни сетевых протоколов. Многие из этих решений основаны на стандарте IEEE 802.15.4, который описывает физический уровень MAC и уровень доступа к среде передачи в беспроводных персональных сетях с низкой пропускной способностью (LR-WPAN). Этот стандарт используется в сетях Mi-Wi, ZigBee и Thread.

В последнее время появилась еще одна новая тенденция. Конструкции микроконтроллеров со встроенным комплектным радиомодулем используются для построения элементов беспроводной сети. К примеру такие микроконтроллеры:

  • ATSAMR34J18B с ядром Cortex и радиомодулем LoRa,
  • Silicon Labs EFR32 со стандартным радиомодулем IEEE 802.15.4 для ZigBee и Thread,
  • Семейство микроконтроллеров STM32WB со стандартным радиомодулем IEEE 802.15.4 для BLE, ZigBee и Thread.

Последний пункт особенно интересен. Чип имеет два ядра. Одно из них с меньшей эффективностью взаимодействует с радиомодулем и предназначено для реализации сетевых протоколов. Второе с высокой эффективностью - выполнение сложных задач.

Во всех новых решениях особое внимание уделяется двум вещам. Во-первых, системы беспроводной передачи данных должны работать с очень ограниченным энергопотреблением. Конечные устройства в ячеистых сетях и сетях LoRaWAN могут работать от батареи, поэтому очень важно ввести расширенные режимы энергосбережения с возможностью быстрого выхода из спящего режима.

Вторая проблема - безопасность передачи данных. Стандарт WiFi показал, что только надежное шифрование передачи способно защитить от несанкционированного доступа. Поэтому микроконтроллеры, предназначенные для работы в беспроводных сетях, имеют встроенные усовершенствованные модули аппаратного шифрования, которые позволяют получить шифрование передачи.

   Форум




   Форум по обсуждению материала БЕСПРОВОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ СВЯЗИ


БЛОК РЕГУЛИРОВКИ НЧ-ВЧ И РГ

Предусилитель со стерео темброблоком для усилителя мощности, собранный на ОУ 4558.


УМОЩНЕНИЕ МИКРОСХЕМ-УНЧ ТРАНЗИСТОРАМИ

Увеличение мощности интегральных усилителей транзисторами. Рассматривается на примере схем LM3886 и TDA7294. 


МИКРОФОН ИЗ ПЬЕЗОЭЛЕМЕНТА

Схема усилителя и микрофона из пьезоэлемента, подходящая для сборки своими руками.



Радиосхемы » Теория электроники



» РАДИОЭЛЕМЕНТЫ


© 2010-2021 "Радиосхемы". Все права защищены  Почта  PDA   Группа вконтакте   Канал ютуб   Группа в фэйсбук