The modular mitmót system 433, 868MHz-es ISM sávú rádiós kártya Kártyakód: COM-R4-S-b Fejlesztői dokumentáció Dokumentációkód: -Da Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék Beágyazott Információs Rendszerek csoport 5. július
-Da BME MIT 5.
Tartalom A COM-R4-S-b kártya felépítése 5 A felhasznált mitmót buszjelek 6 Az RS-3 csatlakozó kiosztása 8 A kártya kapcsolási rajza, működési leírása 9 A panel tápellátása 9 Az IA44 IC bekötése 9 A reset jel előállítása Az I C EEPROM bekötése Az RS-3 csatlakozó bekötése BME MIT 5. -Da 3
A COM-R4-S-b kártya felépítése A kártya az Integration (http://www.integration.com) IA44 tipusszámú 433, 868MHz-es ISM sávú rádió adó-vevő áramköre köré épült. A kártyán az IA44 RF IC-n kivűl található egy I C buszra illesztett EEPROM, illetve egy szintillesztés nélküli UART csatlakozás. Az UART kivezetéshez külön modulként csatlakoztatható a szintillesztés, lehetővé téve az RS-3/RS- 485/RS-4 típusú kommunikációkat. A COM-R4-S-b kártya felül, illetve alulnézeti képe az. és a. ábrán látható. : RS-3 csatlakozó : IA44 adó-vevő. ábra A COM-R4-S-b rádiós kártya felülnézeti képe 3: I C EEPROM. ábra A COM-R4-S-b rádiós kártya alulnézeti képe 433, 868MHz-es ISM sávú rádiós kártya Fejlesztői dokumentáció BME MIT 5. -Da 5
: IA44 adó-vevő Az IA44 könnyen illeszthető kis fogyasztású rádiós adó-vevő IC amely a 35, 433, 868, 95 MHz-es ISM sávokra lett tervezve. A felsorolt frekvencia sávok közül Európában a 433, 868 MHz-es sávok szabadon használhatók (http://www.hif.hu). Az IA44 FSK modulációt használ, maximális adatátviteli sebessége 5. kbps, az integrált adó oldali PA (Power Amplifier) illetve a vevő oldali LNA (Low noise Amplifier) segítségével hozzávetőlegesen maximum -m-es távolság áthidalására alkalmas. (Az áthidalt távolság természetesen nagy mértékben függ a különböző konfigurációs beállításoktól, illetve a környezeti paraméterektől.) A rádió soros SPI interfészen keresztül konfigurálható. Ezen az SPI interfészen keresztül lehet az adatkommunikációt is megvalósítani. Az IA44 adatlapja elérhető az Integration honlapján (http://www.integration.com). Az IA44 SPI portot, használja a mitmót buszon. Az SPI port Slave Select jele, valamint az egyéb (interrupt, VDI) jelek elhelyezkedése hardware-esen konfigurálható. : RS-3 csatlakozó A csatlakozó kiosztása megfelel az ARM mikrokontrolleres processzorkártya ISP csatlakozó kiosztásának, így az ott használható jelszint-illesztő ehhez a panelhez is használható. Ezen keresztül lehet különböző sorosporttal ellátott eszközökhöz (pl. PC) csatlakoztatni. 3: I C EEPROM Számos méretű EEPROM lehet a panelbe beültetve. Gyakorlatilag az összes 4LCxxx sorozatú I C EEPROM előfordulhat. Bővebb informaciók az EEPROM-ról a Microchip honlapján találhatók (http://www.microchip.com). A felhasznált mitmót buszjelek Az első táblázatban található meg a mitmót busz kiosztása. 6 -Da BME MIT 5.
ADC3 8 7 ADC RESET 56 55 EXT_IT ADC 6 5 ADC EXT_IT 54 53 GPIO_ AN_REF 4 3 DAC GPIO_ 5 5 GPIO_ A GPIO_3 5 49 VssA 9 VssA GPIO_4 48 47 GPIO_5 SSEL 8 7 SCK GPIO_6 46 45 GPIO_7 MOSI 6 5 MISO GPIO_8 44 43 GPIO_9 SDA 4 3 SCL GPIO 4 4 GPIO Tx Rx GPIO 4 39 GPIO3 TCAP 9 TCAP GPIO4 38 37 GPIO5 PWM 8 7 PWM Reserved 36 35 Reserved D 6 5 D Reserved 34 33 Reserved VssD 4 3 VssD D 3 3 D VssD V_IN VssD 3 9 VssD. Táblázat: A mitmót busz csatlakozó kiosztása A következő táblázat (. táblázat) foglalja össze a használt, illetve a használható buszjeleket. Piros szinnel kiemelve láthatóak a kiosztott kártyák tényleges konfigurációi. Ez a konfiguráció igény szerint a jumper ellenállások átforrasztásával megváltoztatható. Természetesen az ilyen igényeket jelezni kell, hogy a meglévő modulok egységessége fenttartható legyen. BME MIT 5. -Da 7
A használható jelek funkciója A jelek neve sorszáma IA44 SPI órajel SCK 7 IA44 SPI adatbemenet (SDI) MOSI 6 IA44 SPI adatkimenet (SDO) MISO 5 SSEL 8 IA44 SPI chipselect (nsel) GPIO9 43 GPIO3 39 EXT_INT 54 IA44 megszakítás kérő vonal (nirq) EXT_INT 55 GPIO 4 GPIO4 38 IA44 érvényes adat jelző vonal CAP 9 (nint_vdi) CAP IA44 térerőmérő kimenet (ARSSI) ADC 5 IA44 reset jel (nres) GPIO 4 GPIO8 44 RS-3 csatlakozó TX (. láb) TX RS-3 csatlakozó RX (. láb) RX EEPROM I C órajel (SCL) SCL 3 EEPROM I C adatvonal (SDA) SDA 4. Táblázat: A mitmót buszon használható jelek Az RS-3 csatlakozó kiosztása A csatlakozó kiosztását a 3. táblázat írja le. A jelek funkciója A jelek neve Pozíció Vétel (RX) RX Adás (TX) TX Föld (GND) VssD 3 Táp (3,3V) D 4 3. Táblázat: Az RS-3 csatlakozó kiosztása 8 -Da BME MIT 5.
A kártya kapcsolási rajza, működési leírása A teljes kapcsolási rajzot a jobb érthetőség kedvéért kisebb funkcionális darabokra szétválasztva mutatjuk be ebben a dokumentációba. A panel tápellátása A panel tápellátása a mitmót buszon keresztül történik. A 3. ábrán látható a tápellátás további részei. in L 39nH_85 C pf_63 C pf_63 C3 nf_63 C4 uf_6v_85 3. Ábra: Tápellátás Mivel a rádiós IC (IA44) nagyon érzékeny a tápellátásra, ezért a buszról bejövö tápot az L induktivitással szűrjük, így leválasztva a kapcsolóüzemű tápellátás zaját az RF IC felé menő tápfeszültségről. Az IA44 IC bekötése A 4. ábrán látható az IC bekötése. U6 CAP R _63 CAP R _63 SSEL R4 _63 GPIO9 R5 _63 GPIO3 R6 _63 SDI SCK nsel SDO 3 4 5 SDI SCK nsel SDO nirq nint_vdi ARSSI RF RF 6 5 4 3 C7 ARSSI nf_63 L4 u C 3.9pF_63 L 7nH_63 L5 7nH_63 U8 EXT_INTR7 _63 EXT_INTR8 _63 GPIO R9 _63 GPIO4 R _63 R3 4.7k_63 6 FSK_DATA_nFFS Vss 7 DCLK_CFIL_FFIT nres 8 9 CLK XTL_REF IA44 J4 nres QZPMEG X C3 3.9pF_63 L3 39nH_85 RF 3 GND 4 GND 5 GND GND SMA_conn CON 4. ábra: Az IA44 bekötése Ahogy az ábrán is látható, minimális mennyiségű külső passzív alkatrész szükséges az IC használatához. Az előző pontban láthattuk BME MIT 5. -Da 9
az IC-hez tartozó tápfeszültséget szűrő hálózatot. Mivel az IC szimetrikus kimenettel rendelkezik, ezért szüksége van egy passzív illesztőhálózatra, ami a monopol, 5Ω impedanciájú antennát illeszti a kimenetre. Az ábrában látható értékek a 433MHz-es sávhoz tartozó illesztést valósítják meg. Ahhoz, hogy más sávok is használható legyen az áramkör, más-más értékű passzív elemekel kell illeszteni a rádiót az antennához. Ezeket az értékeket foglalja össze a 4. táblázat. Frekvencia C, C3 L, L5 L3 L4 35 MHz 6, pf 43 nh 39 nh Nem beültetendő 433 MHz 3,9 pf 7 nh 39 nh Nem beültetendő 868 MHz pf 7,5 nh nh Nem beültetendő 4. Táblázat: Illesztőhálózat alaktrészeinek értékei Az IA44 egyes lábainak a mitmót buszra való csatlakozásánál Ωos ellenállásokkal tudjuk kiválasztani, hogy melyik funkciót melyik buszjelre kötjük rá. A reset jel előállítása Az 5. ábrán látható a reset jel előállításának módja. in U7 #RESET GPIO GPIO8 R _63 R3 _63 R 3 A B GND Vcc Y 5 4 nres C4nF_63 k_63 in SN74AHCG8DBVR 5. ábra: A reset jel előállítása A processzorkártya reset jele aktívvá válása esetén az IC reset jele is aktív lesz. Emellett, ha a bekötött jel (GPIO vagy GPIO8 az R, R3 Ω-os ellenállások beültetésének függvényében) alacsony logikai szintre kapcsol, szintén aktív lesz az IC reset jele. Amennyiben nem kötjük be egyik jelet sem (GPIO, GPIO8), az R kω-os ellenállás nem engedélyezi a reset jelet, így csak a processzorral együtt állítható alapállapotba az IC. -Da BME MIT 5.
Az I C EEPROM bekötése A 6. ábrán látható az EEPROM bekötése. in in R R SCL k_63 k_63 U9 6 7 SCL WP 8 VSS 4 in C6 VCC nf_63 A A A SDA 3 5 4LCxxx R4 SDA R7 k_63 _63 R5 R8 k_63 _63 R6 R9 k_63 _63 6. ábra: Az I C EEPROM bekötése Az EEPROM az IC buszra csatlakozik. Az eszköz címének az alsó 3 bitjét lehet változtatni. Alapállapotban, amikor a Ω-os ellenállások nincsenek beforrasztva, logikai magas szinten állnak. Az IC WP (Write Protect) lába szintén választható, hogy milyen állapotban legyen. Ha logikai magas szinten van, akkor az EEPROM-ból csak olvasni lehet, ha logikai alacsony szinten, akkor mind olvasni, mind írni lehet bele. Az RS-3 csatlakozó bekötése A 7. ábrán látható a csatlakozó bekötése. RX TX in J3 3 4 ISP 7. ábra: Az RS-3 csatlakozó bekötése A csatlakozó kiosztása megegyezik az ARM mikrokontrolleres processzorkártya ISP csatlakozójának kiosztásával, így használható hozzá ugyanaz a szintillesztő eszköz is. BME MIT 5. -Da