Modulo RF 868 MHz TR-52B

Esaminiamo in dettaglio il TR-52, un modulo transceiver di IQRF basato su microcontrollore on board molto completo e dotato di tutto ciò che necessita allo sviluppatore. Estremamente versatile, si rende utile in numerose applicazioni e trova uno dei suoi punti di forza nel consumo davvero contenuto.

Il modulo che stiamo per esaminare è una famiglia di transceiver dotata di microcontrollore on-board, un sistema operativo e alcune periferiche. Esso lavora alle frequenze operative di 868 Mhz e 916 Mhz per le quali non è richiesta alcuna licenza. È immediatamente pronto all’uso e non necessita di componenti aggiuntivi esterni per il funzionamento. In questo modo le realizzazioni possono essere sviluppate molto velocemente e contenute in spazi davvero esigui. Dispone inoltre di tutto ciò che necessita allo sviluppatore e assieme al sistema operativo integrato troviamo una EEPROM seriale e altro, al fine di ridurre i tempi e i costi di progettazione.

Un punto di forza è il consumo estremamente basso, che consente l’utilizzo di batterie per un lungo periodo di tempo. Il suo campo di utilizzo è estremamente vasto e la sua grande versatilità consente di adottarlo in numerosissime applicazioni, tra le quali ricordiamo:

  • applicazioni di acquisizione remota di dati;
  • controllo di accessi a distanza;
  • controlli senza fili di dispositivi e periferiche;
  • telemetria;
  • quant’altro possa prevedere una connessione wireless per qualsiasi applicazione.

I consumi

Il progettista può realizzare dispositivi alimentati da batterie e accumulatori grazie al bassissimo consumo che caratterizza la famiglia di questi transceiver. Infatti in qualsiasi situazione operativa il dispositivo richiede una corrente molto esigua all’alimentazione. In dettaglio ecco i consumi tipici, nelle varie modalità di lavoro:

  • in modalità sleep o stand-by consuma solo 2 uA (microampère);
  • in trasmissione consuma tipicamente una corrente compresa tra 14 mA e 24 mA;
  • in ricezione STD consuma 13 mA;
  • in ricezione LP consuma 400 uA;
  • in ricezione XLP consuma solo 35

Caratteristiche

Le caratteristiche avanzate fanno del TR-52B (figura 1) un prodotto unico e completo, capace di soddisfare qualsiasi esigenza nelle applicazioni wireless. Eccone alcune peculiarità di rilievo:

  • possibilità di installazione di una antenna on-board;
  • possibilità di innestare un connettore d’antenna coassiale (figure 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13);
  • formato della scheda SIM a basso costo e basso profilo;
  • presenza di almeno 6 porte di I/O e almeno 2 analogiche (A/D);
  • presenza di due diodi LED;
  • sensore di temperatura on-board e monitoraggio della batteria;
  • interfaccia SPI;
  • consumo estremamente ridotto;
  • microcontrollore dotato di flash memory estesa ed EEPROM;
  • banda operativa selezionabile tra 868 Mhz e 916 Mhz;
  • modulazione FSK;
  • velocità di trasmissione selezionabile;
  • tensione di alimentazione: da 3,1 a 5,3 V;
  • temperatura di esercizio per i modelli standard: da 0 °C a +70 °C;
  • temperatura di esercizio per i modelli industriali: da –40 °C a +85 °C (su richiesta);
  • sensibilità: –110 dBm a 868 Mhz e 1,2 kb/s, –109 dBm a 916 Mhz e 1,2 kb/s;
  • potenza RF: fino a 5 dBm;
  • distanza di trasmissione: fino a 700 m a 1,2 kb/s e fino a 500 m a 19,2 kb/s (secondo l’inclinazione del modulo e gli ostacoli presenti);
  • conversione A/D a 10 bit;
  • precisione del sensore di temperatura: 0,5° C;
  • misure: 25,0 mm x 14,9 mm x 3,0 mm.

Come affermato in precedenza, il TR-52B contiene al suo interno svariati dispositivi. Dalla figura si può evincere l’organizzazione logica di questi, nonché il relativo collegamento. In generale il TR-52B dispone di:

  • microcontrollore PIC16F886–I/ML di Microchip;
  • modulo a radiofrequenza TRC102 di RF Monolithics (RFM);
  • regolatore LDO MCP1700 di Microchip;
  • sensore di temperatura MCP9700A di Microchip;
  • EEPROM 24AA16/MC di Microchip.
Figura 1: alcuni modelli della famiglia TR-52B.

Figura 1: alcuni modelli della famiglia TR-52B.

Piedinatura

In figura 2 e in figura 6 si può osservare la piedinatura.

  • C1: collegato alle porte RA0/AN0 per porta digitale o ingresso analogico;
  • C2: collegato alla porta digitale RC2 (con S1 aperto) oppure all’uscita LDO di 3 V (con S1 chiuso);
  • C3: piedino di alimentazione;
  • C4: massa;
  • C5: collegato a RA5, -SS, AN4 (ingresso analogico), RC6, Uart TX, RB4, AN4 e AN11 (ingressi analogici);
  • C6: collegato a RC3, SCK (ingresso clock SPI), SCL (clock I2C);
  • C7: collegato a RC4, SDI (dati SPI), SDA (dati I2C);
  • C8: collegato a RC5, RC7, RX Uart, SDO (uscita SPI);
  • X5: ingresso antenna;
  • X6: massa per antenna a dipolo;
  • P1-P6: per programmazione di fabbrica;
  • S1: switch
  • S2: switch
Figura 2: pinout del TR-52B.

Figura 2: pinout del TR-52B.

Il connettore d’antenna

Attualmente esistono quattro modelli del TR-52B (figura 3), a seconda della tipologia del connettore d’antenna utilizzato: TR-52B, TR-52BK, TR-52BC e TR-52BA.

TR-52B

Questo modello (figura 4 e figura 5) prevede semplicemente un foro sul quale l’operatore può saldare direttamente l’antenna o uno spezzone di filo. In questo caso il numero di saldature o brasature da effettuare è limitato, e occorre prestare attenzione a non danneggiare il modulo.

TR-52BK

Questo modello prevede, per il collegamento d’antenna, una presa a frusta (¼ whip) KON-AN-03.

TR-52BC

Questo modello prevede, per il collegamento d’antenna, una presa mini-coassiale per AN-05-C oppure CAB-U.FL.

TR-52BA

Questo modello prevede un’antenna direttamente stampata su PCB. Per questo motivo la lunghezza complessiva del modulo è leggermente maggiore. Al fine di semplificare la creazione delle applicazioni al progettista, la IQRF mette a disposizione alcuni esempi e note operative di carattere generale. Essi sono stati sviluppati per soddisfare le esigenze più disparate e sono realizzate con molta chiarezza. Gli esempi forniti sono perfettamente funzionanti e realizzati in linguaggio C e includono il file HEX da caricare direttamente sul microcontrollore.

Figura 3: schema interno del TR-52B.

Figura 3: schema interno del TR-52B.

Monitoraggio temperatura e tensione di una batteria via RF

In questo esempio (vedere listato 1) si implementa il controllo a distanza della temperatura e dello stato della batteria (vedi figura 14). L’autonomia del circuito è molto elevata. Le caratteristiche salienti dell’implementazione sono le seguenti:

  • il TR-52B opera per la maggior parte del tempo in sleep mode, permettendo in tal modo un notevole risparmio della batteria con i suoi 3,5 microampère di assorbimento;
  • i dati della temperatura e della tensione sono spediti a ogni segnale di “risveglio” del watchdog;
  • i dati possono essere visualizzati in un terminale IDE.
Figura 4: schema interno dettagliato del TR-52B.

Figura 4: schema interno dettagliato del TR-52B.

Applicazioni con reti Mesh

La particolarità delle reti Mesh (vedi figura 15) è quella di prevedere un collegamento a maglia (e non ad albero). La struttura dunque è simile al collegamento Internet. I transceiver possono comunicare tra loro, inviare pacchetti in routing ed estendere quindi la copertura digitale. Un’altra caratteristiche del collegamento Mesh è quella di implementare un cammino alternativo, nel senso che se un pacchetto non riesce a raggiungere un nodo utilizza un altro percorso, tra quelli disponibili. Si cerca comunque di ottimizzare il percorso, scegliendo il minor numero possibile di nodi. Sfruttando questa tecnologia è possibile trasmettere con una potenza irrisoria, dal momento che il sistema permette di evitare gli ostacoli.

Figura 5: le componenti interne del TR-52B.

Figura 5: le componenti interne del TR-52B.

 

Figura 6: pinout del TR-52B (visto da sotto).

Figura 6: pinout del TR-52B (visto da sotto).

 

Figura 7: connettore d’antenna passante nel modello TR-52B.

Figura 7: connettore d’antenna passante nel modello TR-52B.

 

Figura 8: connettore d’antenna a frusta nel modello TR-52BK.

Figura 8: connettore d’antenna a frusta nel modello TR-52BK.

 

Figura 9: connettore d’antenna mini coassiale nel modello TR-52BC.

Figura 9: connettore d’antenna mini coassiale nel modello TR-52BC.

 

Figura 10: l’antenna stampata sul PCB nel modello TR-52BA.

Figura 10: l’antenna stampata sul PCB nel modello TR-52BA.

Il protocollo IQMesh

Questo protocollo è stato creato nel 2005 come base di partenza per far comunicare i sistemi IQRF. L’aspetto interessante è quello di realizzare processi indipendenti in due o più reti wireless. I pacchetti vengono in pratica ricevuti da qualsiasi rete. In una singola rete può essere presente un dispositivo che funziona da “Coordinatore” e fino a 65.000 nodi. Le applicazioni, in questo caso, diventano estremamente importanti e possono, a grandi linee, riassumersi come segue:

  • servizi di multimedia;
  • applicazioni di IPTV (Internet Protocol Television);
  • applicazioni in WiMax;
  • comunicazioni in broadband;
  • comunicazioni in stato di emergenza o in caso di disastro, poiché la rete funziona sempre, scegliendo percorsi alternativi;
  • telemedicina e salute.
Figura 11: i quattro modelli con diverso tipo di connettore d’antenna.

Figura 11: i quattro modelli con diverso tipo di connettore d’antenna.

 

Figura 12: il connettore d’antenna KONU. FL-R-SMT.

Figura 12: il connettore d’antenna KONU. FL-R-SMT.

 

Figura 13: il connettore d’antenna KON-AN-03.

Figura 13: il connettore d’antenna KON-AN-03.

 

Figura 14: monitoraggio temperatura e tensione di una batteria via RF.

Figura 14: monitoraggio temperatura e tensione di una batteria via RF.

 

Figura 15: principio di una rete Mesh.

Figura 15: principio di una rete Mesh.

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2 Commenti

  1. Alfredo.Centinaro Alfredo.Centinaro 17 Marzo 2020
  2. Saver 15 Aprile 2020

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