Сигнализация на 433 мгц своими руками
Отличная схема на полевом транзисторе. Показала хорошую стабильность, низкое потребление и очень неплохую чувствительность по звуку. Не содержит дефицитных деталей, легко повторяется.
Приблизительная дальность действия - 150-200 м (в диапазоне 100 МГц чуть меньше - 50-100 м). Это на хороший приемник, само собой. Несущая чистая, без паразитных излучений, хорошая акустическая чувствительность.
Почти все радиодетали - SMD типоразмера 0805. Катушка L1 представляет собой 4.5-5.5 витков провода 0.4-0.5 мм, намотанные на оправке диаметром 4 мм.
Принципиальная схема:
Варианты печатных плат:
Внимание! Схема капризна к качеству монтажа и разводке печатной платы. Чтобы не наступать не чужие грабли, используйте уже проверенную печатку и тщательно смывайте весь флюс. Два проверенных варианты печатных плат можно скачать по этой ссылке. Платы созданы в программе Sprint Layout.
Рабочая частота задается параметрами контура L1, C6, C7 (на схеме указаны номиналы для частоты ~100 МГц).
Для повышения рабочей частоты до 400-433 МГц необходимо использовать следующие номиналы: С6 - 6,8 пФ, С7 - 18 пФ, L1 - 2,5 вит провода 0,4-0,5 мм на оправке 2мм, связь с варикапом С5 - 2,2. 3,3 пФ. Также имеет смысл уменьшить ёмкость между антенной и стоком до 1-3 пФ.
Микрофон любой миниатюрный электретный (от домофона, китайских магнитол и прочего).
Минус, как правило, соединен с корпусом. Проверять микрофоны следует "продувкой": включить тестер в режиме измерения сопротивления и подуть в микрофон, если сопротивление меняется, значит он рабочий.
Если есть микрофон от старого телефона Самсунга С100, то берите его - получите очень нехилую чувствительность радиомикрофона (будет слышно каждый шорох).
В качестве антенны - кусок провода длиной в четверть длины волны (на 100 МГц ~70 см, на 400 МГц ~19 см).
Варикап ВВ135 можно заменить на ВВ134. Также можно использовать ВВ133, но тогда придется уменьшить емкость связи с варикапом (на 400 МГц поставить 1,5-2,2 пФ, а на 100 МГц - 5,6-6,8 пФ). Иначе будет перемодуляция.
Транзистор BC847 можно заменить на аналоги: BC846, BC850, MMBTA05, MMBTA06, MMBTA42. Цоколевка у них у всех одна и та же.
Батарейки CR2032 хватает приблизительно на 6-8 часов непрерывной работы (потребляемый схемой ток - 2,5-4 мА). Литий-ионного аккумулятора от мобильника хватит на несколько недель работы.
Радиомикрофон собирается на плате из двустороннего стеклотекстолита толщиной 1.5 мм. Необходимо соединить "землю" с обеих сторон через сквозные отверстия в плате (чем больше, тем лучше). Для уменьшения влияния окружающих предметов на частоту жучка, элементы монтажа можно закрыть экраном высотой 4-6 мм из луженой жести. Для повышения стабильности и увеличения излучаемой мощности для намотки катушки L1 рекомендуется использовать посеребрённый провод.
Собранные радиомикрофоны:
Повторяемость устройства очень хорошая, при правильном и качественном монтаже начинает работать сразу. Нужно только подстроить частоту путем растяжения/сжатия витков катушки L1. Больше никаких настроек не требуется.
Если не заработало - ищите ошибки в монтаже, сопли в пайке, неисправные или не туда запаянные детали. Вполне возможно, что схема работает, просто сигнал не попадает в диапазон вашего приемника. Тут вам очень бы пригодился индикатор поля (волномер).
Так выглядят классические радиомодули на 433 МГц:
На фото слева находится передатчик, а справа — приемник. Модули осуществляют одностороннюю связь. Для двусторонней потребуется два приемника и два передатчика. На AliExpress комплект из двух передатчиков и двух приемников обойдутся вам в районе 2$ с доставкой, или даже дешевле.
Как ни странно, в пределах одной комнаты модули вполне сносно обмениваются данными без каких-либо антенн. Однако для лучшей работы антенны к ним лучше припаять. В качестве антенны можно использовать медный провод длиной 1/4 длины волны, то есть, в нашем случае, около 17 сантиметров. Это будет так называемая штыревая антенна. В качестве альтернативы можно использовать цилиндрические спиральные антенны. Они существенно короче штыревых антенн (4-15% длины волны), правда и радиус действия у них меньше. Как вы можете видеть по фото, я решил использовать штыревые антенны. Штыревая антенна и цилиндрическая спиральная антенна являются частными случаями монополя.
Fun fact! Существуют другие, но совместимые передатчики на 433 МГц, в частности раз и два. Кроме того, есть и альтернативный приемник. Но он не вполне совместим, так как на выходе всегда выдает какой-то сигнал, независимо от того, осуществляется ли реально сейчас передача, или нет.
Для своих экспериментов я также использовал купленный на eBay пульт от гаража с внутренним DIP-переключателем:
Модули крайне просто использовать в своих проектах:
Как приемник, так и передатчик, имеет пины VCC, GND и DATA. У приемника пин DATA повторяется дважды. Питаются модули от 5 В. На фото слева собрана схема, в который светодиод подключен к пину DATA приемника. Справа собрана схема с передатчиком, чей пин DATA подключен к кнопке и подтягивающему резистору. Плюс в обоих схемах используется стабилизатор LM7805. Проще некуда.
Fun fact! Один из способов угона автомобилей или кражи из них ценных вещей заключается в том, чтобы во время, когда водитель ставит автомобиль на сигнализацию, глушить несущую пульта от сигнализации, те самые 433 МГц. Водитель в спешке может на заметить, что машина не мигнула фарами, и оставить ее без сигнализации. Приведенная выше схема с приемником и светодиодом в сущности является вполне законченным устройством, определяющим, не глушит ли кто-нибудь соответствующие частоты.
При нажатии на кнопку светодиод загорается. Если посмотреть на сигнал, выдаваемый приемником, с помощью осциллографа, он будет выглядеть как-то так:
Вскоре после отпускания кнопки на какое-то время появляется, и затем исчезает, шум. Сказать по правде, мне этот эффект не совсем понятен. Он может возникать в результате дребезга контактов, либо просто потому что модули не рассчитаны на продолжительную передачу постоянного сигнала.
Если же попробовать понажимать кнопки на пульте, светодиод замигает. Осциллограмма при этом будет примерно следующей:
Можно заметить явное соответствие между полученным сигналом, и положением DIP-переключателей в пульте в сочетании с нажатой кнопкой. Это соответствие иллюстрирует следующая табличка, где точка представляет короткий сигнал на осциллограмме, а тире — длинный:
DIP Switch: 1 1 0 1 0 0 1 0
Замочек -- -- .. -- .. .. -- .. .. .. .. -- .
Вверх -- -- .. -- .. .. -- .. .. .. -- .. .
Квадратик -- -- .. -- .. .. -- .. .. -- .. .. .
Вниз -- -- .. -- .. .. -- .. -- .. .. .. .
Как видите, каждый бит информации передается дважды. К сожалению, на данном этапе нельзя с полной уверенностью сказать, то ли это особенность работы приемника, то ли пульт действительно так передает данные, например, для борьбы с помехами. Понять, что же действительно происходит в эфире, нам поможет Software-Defined Radio. Я лично использовал LimeSDR, но в данном конкретном случае подойдет, пожалуй, любая железка, в том числе и RTL-SDR. Тема SDR ранее подробно рассматривалась в заметке Начало работы с LimeSDR, Gqrx и GNU Radio.
Запишем сигнал при помощи Gqrx и откроем получившийся файл в Inspectrum:
Здесь мы видим такие же короткие и длинные сигналы, что нам показал осциллограф. Кстати, такой способ кодирования сигнала называется On-Off Keying. Это, пожалуй, самый простой способ передачи информации при помощи радиоволн, который только можно вообразить.
Используя GNU Radio, можно пойти чуть дальше, и построить зависимость амплитуды сигнала от времени. Соответствующий проект (исходники на GitHub):
Запускаем, и на Scope Plot видим:
Практически такой же сигнал, что нам показал осциллограф!
После приобретения Патриота многое было непривычно после иномарки, но одно из первых что обратило на себя внимание — очень малая дальность работы ключа . Сначала он работал не дальше двух метров от машины, но со временем дальность ухудшилась до такой степени, что ключ начал срабатывать только у стекла водителя.
Возможно причиной ухудшения приёма сигнала стала шумоизоляция дверей. Если почитать литературу можно выяснить что радиоволны на частоте 433 МГц плохо проходят через материалы и хорошо ими поглощаются. Наличие рядом с антенной каких либо предметов может негативно сказываться на приёме сигнала.
Когда ключ начал срабатывать только от водительского стекла и не с первого раза пришлось заняться этим вопросом. Сначала были безуспешные попытки улучшить дальность путём манипуляций с ключом. Далее внимание было переключено на блок ИТЭЛМА 316300-6512021-10 в котором как я ошибочно полагал находится антенна.
В результате therealbigest поделился ссылкой и подсказал что антенна на новых Патриотах находится в блоке кнопок на двери водителя. Имея такую информацию разобраться с проблемой было уже дело техники. В результате после установки спиральной антенны дальность работы штатного ключа увеличилась до 20 метров.
В интернете не сложно найти рекомендации по изготовлению спиральной антенны на 433Мгц. Если нет желания или возможности изготовить самому, можно её приобрести на aliexpress – строка для поиска “Helical Antenna 433”. Ниже фото-отчёт по изготовлению и установке самодельной спиральной антенны.
Их можно купить в интернете менее чем за два доллара за пару, что делает их одним из самых недорогих вариантов передачи данных, которые вы можете получить. И что самое приятное, эти модули очень крошечные, что позволяет использовать беспроводной интерфейс практически в любом проекте.
Обзор оборудования
Давайте подробнее рассмотрим модули передатчика и приемника 433 МГц.
Этот маленький модуль является передатчиком. Сердцем модуля является резонатор SAW, настроенный на работу в диапазоне 433.xx МГц. Есть переключающий транзистор и несколько пассивных компонентов, вот и все.
Когда на вход DATA поступает логическая 1, генератор начинает работать, генерируя постоянную РЧ несущую волну на частоте 433.xx МГц, а когда на входе DATA устанавливается логический 0, генератор останавливается. Этот метод известен как Amplitude Shift Keying, о котором мы вскоре поговорим подробнее.
ASK — Amplitude Shift Keying
Как обсуждалось выше, для отправки цифровых данных по радиоканалу, эти модули используют технику, называемую Amplitude Shift Keying или ASK (амплитудная модуляция). Это когда амплитуда (то есть уровень) несущей волны (в нашем случае это сигнал 433 МГц) изменяется в ответ на входящий сигнал данных.
Это очень похоже на аналоговую технику амплитудной модуляции, с которой вы, возможно, знакомы, если вы собирали AM-радио. Иногда это называется двоичной амплитудной манипуляцией, потому что нам необходимо только два уровня. Вы можете представить это как переключатель ВКЛ / ВЫКЛ.
- Для лог. 1 — несущая в полную силу
- Для лог. 0 — несущая отключена
Амплитудная модуляция имеет преимущество в том, что она очень проста в реализации. На ее основе довольно просто спроектировать схему декодера. Также для ASK требуется меньшая полоса пропускания, чем другим методам модуляции, таким как FSK (частотная модуляция). Это одна из причин того дешевизны модулей.
Однако недостатком является то, что амплитудная модуляция подвержена помехам от других радиоустройств и фоновому шуму. Но пока вы обеспечиваете передачу данных на относительно медленной скорости, она может надежно работать в большинстве сред.
Распиновка передатчика и приемника 433 МГц
Давайте посмотрим на распиновку модулей передатчика и приемника RF 433 МГц.
- DATA — принимает цифровые данные для передачи.
- VCC — обеспечивает питание передатчика. Это может быть любое положительное постоянное напряжение от 3,5 до 12 В. Обратите внимание, что РЧ-выход пропорционален напряжению питания, т.е. чем выше напряжение, тем больше будет дальность.
- GND — минус питания.
- Антенна — это разъем для внешней антенны. Как обсуждалось ранее, вам понадобится припаять кусок проволоки длинной 17,3 см к этому контакту для улучшения дальности.
- DATA — выводит полученные цифровые данные. Два центральных штифта внутренне связаны между собой, поэтому вы можете использовать любой из них для вывода данных.
- VCC — обеспечивает питание приемника. В отличие от передатчика, напряжение питания для приемника должно быть 5 В.
- GND — минус питания.
- Антенна — это разъем для внешней антенны, который часто не обозначен. Это накладка в левом нижнем углу модуля, рядом с маленькой катушкой. Опять же, можно припаять кусок провода длинной 17,3 см к этому контакту для улучшения дальности.
Схема подключения передатчика и приемника 433 МГц к Arduino UNO
Теперь, когда мы знаем все о модулях, пришло время использовать их!
Поскольку мы будем передавать данные между двумя платами Arduino, нам, конечно, понадобятся две платы Arduino, две макетные платы и пара соединительных проводов.
Схема для передатчика довольно проста. У него всего три соединения. Подключите контакт VCC к контакту 5 В и минус к Arduino. Контакт Data-In должен быть подключен к цифровому контакту Arduino № 12. Вы должны использовать контакт 12, так как по умолчанию библиотека, которую мы будем использовать в нашем скетче, использует этот контакт для ввода данных.
На следующем рисунке показана схема соединения.
После подключения передатчика вы можете перейти к приемнику. Подключение приемника так же просто, как и передатчика.
Так же нужно сделать только три соединения. Подключите контакт VCC к контакту 5 В и минус на Arduino. Любой из двух средних выводов Data-Out должен быть подключен к цифровому выводу № 11 на Arduino.
Вот так должна выглядеть схема соединения для приемника.
RadioHead Library — универсальная библиотека для беспроводных модулей
Прежде чем мы начнем программировать, установим библиотеку RadioHead в Arduino IDE.
RadioHead — это библиотека, которая позволяет легко передавать данные между платами Arduino. Она настолько универсальна, что ее можно использовать для управления всеми видами устройств радиосвязи, включая наши модули на 433 МГц.
Библиотека RadioHead собирает наши данные, инкапсулирует их в пакет данных, который включает в себя CRC (проверку циклически избыточного кода), а затем отправляет его с необходимой преамбулой и заголовком на другую Arduino. Если данные получены правильно, принимающая плата Arduino проинформирует о наличии доступных данных и приступит к их декодированию и выполнению.
Последовательность проверки или CRC добавляется в конец пакета, который пересчитывается RadioHead на стороне приемника, и если проверка CRC верна, приемное устройство получает предупреждение. Если проверка CRC не пройдена, пакет отбрасывается.
Весь пакет выглядит примерно так:
Скетч Arduino для радиочастотного передатчика 433 МГц
Вот скетч, который мы будем использовать для нашего передатчика:
Это довольно короткий набросок, но это все, что вам нужно для передачи сигнала.
Код начинается с подключения библиотеки RadioHead ASK. Мы также должны подключить библиотеку SPI Arduino, так как от нее зависит библиотека RadioHead.
Далее нам нужно создать объект ASK, чтобы получить доступ к специальным функциям, связанным с библиотекой RadioHead ASK.
В функции setup() нам нужно инициализировать объект ASK.
Скетч Arduino для радиочастотного приемника 433 МГц
Подключите приемник Arduino к компьютеру и загрузите следующий код:
Как и код передатчика, код приемника начинается с подключения библиотек RadioHead и SPI и создания объекта ASK.
Затем мы возвращаемся к началу цикла и делаем все заново.
Увеличение дальности радиочастотных модулей 433 МГц
Антенна, которую вы используете как для передатчика, так и для приемника, может реально повлиять на дальность передачи, которую вы сможете получить с помощью этих радиочастотных модулей. На самом деле без антенны вы сможете общаться на расстоянии не более метра.
При правильной конструкции антенны вы сможете общаться на расстоянии до 50 метров. Конечно, это на открытом пространстве. Ваш диапазон в помещении, особенно через стены, будет слегка ослаблен.
Антенна не должна быть сложной. Простой кусок одножильного провода может послужить отличной антеной для передатчика и приемника. Диаметр антенны вряд ли имеет какое-либо значение, если длина антенны правильная.
Самая эффективная антенна имеет ту же длину, что и длина волны, для которой она используется. Для практических целей достаточно половины или четверти этой длины.
Длина волны частоты рассчитывается как:
Длина волны = скорость распространения (v) / частота (f)
В воздухе скорость передачи равна скорости света, которая, если быть точным, составляет 299 792 458 м/с. Итак, для частоты 433 МГц длина волны равна:
Длина волны = 299 792 458 м/с / 433 000 000 Гц = 0,6924 м
Полноволновая антенна длиной 69,24 см довольно длинная, ее использование не очень удобно. Вот почему мы выберем четвертьволновую антенну, длина которой составляет 17,3 см.
На всякий случай, если вы экспериментируете с другими радиопередатчиками, которые используют разные частоты, вы можете использовать ту же формулу для расчета необходимой длины антенны. Довольно просто, верно?
Даже 17,3 см антенна может показаться неудобной в вашем крошечном проекте Arduino. Но НЕ соблазняйтесь наматывать антенну, чтобы сделать ее более компактной, так как это серьезно повлияет на дальность действия. Прямая антенна всегда лучше!
Не так уж давно это чудо китайской промышленности вошло в нашу жизнь, но сразу, же завоевало сердца своей простотой и дешевизной. А простота его заключается в следующем: купил звонок, включил, закинул на шкаф, кнопку приклеил у двери. Все, никаких там тебе проводов, сверления отверстий под крепления и т.п. . . .
Кнопка. Три транзистора, батарейка на 12 вольт. Генератор высокой частоты собран по схеме емкостной трехточки, усилитель-преобразователь. Преобразует от частоту порядка 433 МГц. Что меня удивило, так это параллельное включения двух контуров, один настраивается на первичную частоту генератора, а второй ловит где-то 10 гармонику и возбуждается на частоте 433 МГц. Наши китайские друзья опять нашли оригинальное, а главное простое решение проблемы используя минимум деталей.
Самое интересное, что передатчик не имеет передающей антенны, она конечно есть внутри, т.е. сам контур является ей. Благодаря использования сверх ультра коротковолнового диапазона этого вполне достаточно.
Звонок. Приемник собран на одном транзисторе по схеме регенеративного детектора. Принятый с него сигнал поступает на операционный усилитель. Далее сигнал попадает в ЗВУКОВОЙ ЧИП. Не сложно догадаться, что он и является формирователем мелодий, которые мы слышим. С него на усилитель мощности, собранным на одном транзисторе, и в динамическую головку. Все, хочется только отметить сравнительно небольшой ток потребления в дежурном режиме.
Разобрали, посмотрели, разобрали работу. Все? Нет не все! Звонок является почти универсальной цепью "передатчик-приемник". На основе него можно собрать много других интересных устройств.
Это обычный триггер. При поступлении на него импульса со звонка он переключается в одно из фиксированных положений. На выходе у триггера - реле, а уж к реле подключено управляемое устройство, в нашем случае это лампа накаливания.
PS: Меня мучил вопрос: где же взять питание для этой схемы? Не отдельную же линию вести? Вот где можно найти выход так это в двойной проводке. Если у Вас проводка в потолке рассчитана на две лампы, а у выключателя две кнопки ответ пришел сам собой - одной кнопкой управляет устройство, а от второй питается, скажем, через зарядку от мобилы (она экономична).
Похожие мастер-классы
Особо интересное
Читайте также: