Радиоэлектронные средства и высокочастотные устройства
Основные НПА
Решение ЕЭК №30 от 21 апреля 2015 г.
Перечень
2.16
Положение
Приложение 15
Основные Решения ГКРЧ
Услуги IFCG
Оформление разрешительных документов для ввоза РЭС и ВЧУ:
На рынке радиоэлектронных устройств очень часто можно встретить в рекламном описании очередного девайса упоминание о возможности работы в нелицензируемых ISM радиодиапазонах. Однако, стоит помнить, что, согласно особенностям российского законодательства и нормам регулирования в области радиосвязи, на территории Российской Федерации все частоты принадлежат государству и на их использование требуется в установленном законодателем порядке получать разрешения — лицензии.
Более того, для гражданского назначения доступны далеко не все наиболее распространенные частотные диапазоны, а лишь узкие «нарезки» из частотного спектра, ведь за создание помех военным или правительственным средствам связи может наступить даже уголовная ответственность.
Материал данной статьи призван ответить на вопросы, что такое ISM частоты и в каких областях и для чего их можно и разрешено использовать.
Содержание
ISM диапазон. Основы
Физические принципы распространения радиоволн определяют следующую значимую закономерность — с увеличением частоты радиоволн уменьшается уровень фоновых помех, увеличивается излучательная способность антенн, но вместе с тем и уменьшается способность волн огибать препятствия.
Дальнейшая практика применения выявленной закономерности и повсеместное использование различными пользователями диапазонов частот 433 МГЦ, 868 МГц и 2400 МГц привели к выделению их в обособленную часть радиочастотного спектра — диапазон ISM (от англ. Industrial, Scientific, Medical).
Так, использование диапазонов 433 и 868 МГц хорошо зарекомендовало себя при работе систем удаленного сбора данных, систем беспроводного управления и контроля в условиях плотной городской застройки. С одной стороны радиоволны этих диапазонов хорошо проникают сквозь бетонные конструкции, с другой стороны не так сильно ослабевают, проходя через кирпичную кладку, как например радиоволны диапазона — 2400 МГц, которые нашли применение для организации беспроводных сетей преимущественно в замкнутых пространствах.
Для наглядности ниже приведена таблица соответствия между используемым радиочастотным диапазоном и предельной толщиной препятствия, через которое может пройти радиосигнал.
Полосы радиочастот
Материал препятствия
Кирпичная стена, м.
Бетон, м.
434 МГц
4,3
0,47
868 МГц
2,18
0,24
2,4 ГГц
0,78
0,09
По совокупности таких параметров как высокая проницаемость, загруженность частотного диапазона, а также скорость передачи данных каждый из частотных ISM диапазонов занял свою нишу.
Важно отметить, что ISM диапазоны используются для осуществления радиосвязи устройствами малого радиуса действия (далее — МРД)
Правовые аспекты
Как было выявлено выше, диапазон ISM представляет собой часть радиочастотного спектра общего (гражданского) назначения, которая может быть использована в большинстве стран Запада и США без лицензирования. Однако, в целях предотвращения создания помех правительственным и гражданским службам связи существуют определенные требования для устройств, работающих в ISM-диапазоне, на соответствие нормам, которые устанавливаются регулирующими органами для данной части частотного спектра.
Эти правила устанавливаются уполномоченными государственными организациями и различаются в разных странах. Так, например:
В соответствии с законодательством Российской Федерации к ISM диапазону (433 МГц, 868 МГц и 2,4 ГГц) частот непосредственно относят:
Это означает, что работающие в данном частотном диапазоне устройства МРД, могут быть использованы без оформления специального разрешения ГКРЧ при условии соблюдения требований по соответствию технических характеристик (далее — ТХ) данных устройств, содержащихся в Решении ГКРЧ № 07-20-03-001 от 07.05 2007.
Так, максимальная излучаемая мощность должна составлять:
Следующее требование законодателя — соответствие целей и задач использования устройств назначению, указанному в регламентирующих документах. Так, на территории Российской Федерации ISM устройствами могут признаваться неспециализированные устройства (к ним относят устройства МРД общего применения, включая устройства дистанционного управления и передачи телеметрии, телеуправления, передачи данных и других подобных передач), а также системы радиосигнализации, включающие системы общественной радиосигнализации и системы радиосигнализации для обеспечения безопасности.
Важно отметить, что устройство МРД с точки зрения законодательства — это техническое средство, предназначенное для передачи и (или) приёма радиоволн на короткие расстояния. Общим требованием для использования МРД устройств является отсутствие создаваемых этими МРД устройствами помех другим радиоэлектронным средствам (РЭС), а также отсутствие необходимости в защите от помех со стороны других РЭС.
Итог: если устройство отвечает требованиям по своим ТХ и назначению, то оформление специального разрешения на использование частотного диапазона не требуется.
ISM диапазон имеет неофициальное название «нелицензируемый», однако, это не означает, что ввоз или использование аппаратуры, работающей в данном диапазоне частот, не потребует получения никаких разрешений (в том числе и лицензий).
Лицензия на ввоз
С точки зрения таможенного законодательства Евразийского экономического союза (ЕАЭС) устройства ISM диапазона являются радиоэлектронными средствами (РЭС), и их ввоз регулируется Решением Коллегии ЕЭК №30 от 21 апреля 2015 г..
Если ввозимое РЭС НЕ входит в перечень РЭС и ВЧУ, при ввозе которых не требуется представление лицензии, заключения (разрешительного документа) или сведений из единого реестра (далее — Перечень исключений), то для ввоза потребуется получение лицензии Минпромторга. При этом сначала потребуется провести испытания устройства и получить заключение РЧЦ, которое будет свидетельствовать о том, что оно соответствует нормам Государственной комиссии по радиочастотам (ГКРЧ). Далее на основании имеющегося заключения РЧЦ товар вносится в Реестр РЭС и ВЧУ, разрешенных для ввоза на территорию РФ. В свою очередь наличие товара в этом реестре является основанием для получения конечного документа, легализующего ввоз соответствующего РЭС, — Лицензии Минпромторга России.
Если РЭС ISM диапазона входит в Перечень исключений, то формально разрешительные документы для ввоза не требуются. Тем не менее на практике таможенные органы могут запросить подтверждение от компетентного органа о том, что технические характеристики данного товара позволяют отнести его к исключениям и что лицензия на ввоз не нужна. Таким подтверждением может служить заключение РЧЦ.
Регистрация РЭС ISM диапазона
Если целью ввоза РЭС ISM диапазона является, в том числе, и использование его в интересах самого импортера, то в данном случае вступает в силу положения Постановления Правительства РФ от 12.10.2004 N 539 «О порядке регистрации радиоэлектронных средств и высокочастотных устройств». Данный нормативно-правовой акт предписывает владельцу РЭС или ВЧУ производить его регистрацию в территориальном органе Роскомнадзора, на территории деятельности которого планируется использование РЭС и ВЧУ.
Под владельцем радиоэлектронных средств и высокочастотных устройств понимается лицо, у которого эти средства или устройства находятся в собственности, на праве хозяйственного ведения или на праве оперативного управления либо на ином законном основании (аренда, безвозмездное пользование).
Конечным итогом регистрации РЭС является внесение соответствующей записи в реестр зарегистрированных РЭС и ВЧУ и выдача документов заявителю, подтверждающих факт регистрации РЭС.
Регистрация РЭС или ВЧУ преследует своей целью ограничить или исключить негативное влияние функционирования одних РЭС на другие. Так, РЭС, работающие в ISM диапазоне, теоретически могут создать угрозы и препятствия работы других РЭС малого радиуса действия или работающих на смежных с ISM частотных диапазонах. Руководствуясь данным допущением, получается, что все пользователи RFID систем, радиоохранных сигнализаций, систем «умный дом», владельцы радиоуправляемых моделей обязаны подтвердить правомочность использования радиочастотных устройств, пройдя процедуру их легализации, основанной на нормах Постановления Правительства РФ от 12.10.2004 N 539.
Для точного определения необходимости регистрации РЭС ISM диапазона в Постановлении № 539 содержится Перечень радиоэлектронных средств и высокочастотных устройств, подлежащих регистрации, и в который включены РЭС малого радиуса действия (РЭС, работающие в ISM диапазоне, как раз являются радиочастотными устройствами малого радиуса действия). Одновременно с этим, в Перечнеимеется ссылка на Приложение, где указаны изъятия из вышеуказанного перечня. Весьма затруднительная для правильной интерпретации формулировка норм Постановления № 539 в конечном итоге устанавливает ОТСУТСТВИЕ необходимости регистрации РЭС ISM диапазона.
Так, руководствуясь положениями Постановления № 539 РЭС работающие на частотах ISM диапазона исключены из Перечня радиоэлектронных средств и высокочастотных устройств, подлежащих регистрации, по следующим основаниям:
Тонкости лицензирования устройств, работающих в диапазоне 868 МГц
Как было указано выше, ISM диапазон по Российскому законодательству ограничен следующими частотами:
Руководствуясь Приложением № 2 к Положению о ввозе на таможенную территорию евразийского экономического союза средств радиоэлектронных средств и высокочастотных устройств гражданского назначения, можно определить перечень РЭС класса ISM, при ввозе которых на таможенную территорию Евразийского экономического союза не требуется представление лицензии (Минпромторга).
На текущий момент перечень РЭС, работающих в ISM диапазоне, на которые не требуется предоставлять лицензию, ограничивается следующим:
1. Аппаратура (устройства) малого радиуса действия дистанционного управления и передачи телеметрии, телеуправления, сигнализации, передачи данных и других подобных передач, работающая в полосе радиочастот 433,050 — 434,79 МГц, с выходной мощностью передатчика не более 10 мВт;
2. Устройства охранной радиосигнализации, автоматических радиопередатчиков для подачи сигналов бедствия, работающие в полосе радиочастот 433,05 — 434,79 МГц, с выходной мощностью передатчика не более 5 мВт;
3. Устройства охранной радиосигнализации, автоматических радиопередатчиков для подачи сигналов бедствия, работающие в полосе радиочастот 868 — 868,2 МГц, с выходной мощностью передатчика не более 10 мВт.
4. Аппаратура радиоуправления моделями самолетов в полосе радиочастот 2400 – 2483,5 МГц, с выходной мощностью передатчика не более 10 мВт.
Важно отметить, что РЭС МРД неспециализированного назначения, работающие на «нелицензируемом» диапазоне 868.7—869.2 МГц НЕ ЯВЛЯЕТСЯ ИСКЛЮЧЕНИЕМ из перечня 2.16, что влечет необходимость оформления и предоставления в таможенные органы Лицензии Минпромторга.
Все аспекты легализации устройств, работающих в ISM диапазоне можно представить в виде следующей таблицы:
ОСОБЕННОСТИ ЛЕГАЛИЗАЦИИ ISM УСТРОЙСТВ
См. также
Ссылки
Энциклопедия IFCG — открытый информационный ресурс для участников и экспертов в области ВЭД.
Если Вам требуются услуги по таможенному оформлению, получению разрешительных документов или у Вас есть вопросы, свяжитесь с нами — Контакты IFCG.
В частности, мы готовы оказать услуги по оформлению следующих разрешительных документов для ввоза РЭС (ВЧУ):
Обзор передающих, приёмных и трансиверных модулей ISM-диапазона
Нелицензируемые (ISM) диапазоны являются весьма удобным решением, ускоряющим разработку устройства и ввод его в эксплуатацию. Таких диапазонов несколько, и выбор конкретного осуществляется в первую очередь с учетом необходимого быстродействия, которое система способна обеспечить на требуемой рабочей дистанции. Если вам нужно передавать всего несколько килобит в секунду на расстояние 50 м, то логичным было бы использовать более низкий диапазон частот, поскольку с ростом рабочей частоты сложность проектирования и эксплуатационного обслуживания устройств растет.
Несколько слов посвятим обзору основных эксплуатационных параметров беспроводных модулей. Главным параметром является диапазон рабочих частот, полоса пропускания, шаг частотной сетки. Далее параметры разделяются в зависимости от типа модуля. Для приемных модулей основными параметрами будут параметры, характеризующие любую приемную систему: чувствительность, виды поддерживаемых демодулируемых сигналов, избирательность, защита от внеполосных помех, а также массо-габаритные параметры, диапазон допустимого напряжения питания и потребляемая мощность. Для передающих модулей базовыми параметрами являются типы модуляторов, выходная мощность по высокой частоте, уровень внеполосных излучений. Для модулей трансиверов основными параметрами будут все перечисленные для приемников и передатчиков вместе.
Основные области применения ISM-модулей
Узкополосные маломощные беспроводные модули с сеткой частот менее 25 кГц с успехом могут использоваться в следующих приложениях:
Как видно, области применения крайне широки, даже намного шире, чем может показаться на первый взгляд. Тем не менее, необходимо отметить, что указанными применениями потребление модулей ISM не ограничивается. Существует множество довольно экзотических беспроводных решений, выполненных на базе ISM-модулей беспроводной передачи данных.
Проблемы при замене существующих проводных систем беспроводными
Нередко перед разработчиком ставится задача не проектирования беспроводной системы «с нуля», на новом объекте, а замена существующей проводной инфраструктуры беспроводной. На рынке присутствуют беспроводные модули, которые позволяют заменить кабель парой таких модулей. Однако не все так просто, как кажется, и здесь существует множество факторов, благодаря которым использование беспроводных систем гораздо сложнее, чем традиционных проводных. Не говоря уже о том, что необходимо разработать программы для микроконтроллера и прибора более высокого уровня, персонального компьютера, например, который будет управлять самим модулем и осуществлять управление обменом данными.
Итак, кратко рассмотрим основные факторы перехода к беспроводным системам, которые разработчик должен учитывать.
Указанные факторы накладывают ряд ограничений как на сами беспроводные устройства, так и на архитектуру беспроводной системы в целом. Рассмотрим эти аспекты немного подробнее.
Архитектура системы
Накладываемые ограничения и условия распространения радиоволн позволяют реализовывать несколько вариантов архитектур беспроводных систем.
Общая коммуникационная система
Система с таким типом архитектуры показана на рис. 1. Эта архитектура подразумевает, что все устройства работают в пределах зоны радиовидимости с главной станцией, при этом не используются ретрансляторы. В таких системах могут быть использованы не все беспроводные модули. Для передачи данных от основной системы (слева) к целевой (один из абонентов справа) необходимо передать идентификационный номер приемного узла (EI), адрес назначения (DI) и затем передать собственно данные. Все приемники, чей аппаратный идентификационный код не совпадает с указанным в переданном пакете, его проигнорируют.
Рис. 1. Традиционная архитектура беспроводной системы сбора данных
Архитектура систем с большой протяженностью
Довольно часто встает проблема передачи данных на расстояние, большее, чем то, которое может обеспечить данная приемопередающая аппаратура. Связано это не столько с характеристиками самой аппаратуры (хотя и с ними в какой-то мере тоже), сколько с наличием жестких ограничений на допустимую излучаемую мощность, которая четко регламентирована для каждого частотного диапазона. Решением проблемы в таком случае может быть использование ретрансляционных станций в таком количестве, чтобы в сумме они покрывали требуемое расстояние (рис. 2). Необходимо отметить, что не все беспроводные модули могут работать в таком режиме. Для поддержки такой архитектуры системы модуль должен иметь специальный регистр, в котором хранится информация о маршруте.
Рис. 2. Архитектура беспроводных систем с большой протяженностью
В системе такого типа, в том случае, если ретрансляционные станции расположены не в ряд (рис. 3) и могут «видеть» друг друга, то возникает проблема неоднозначности выбора канала передачи. На рисунке показано, что данные от источника могут быть переданы целевой системе различными маршрутами. Поэтому если предварительно четко не задать маршрут, то возникнет неразбериха, в результате которой сеть может перестать функционировать из-за информационной перегрузки, вызванной коллизиями и многократным получением приемником одних и тех же данных. Другим вариантом может быть реализация на микроконтроллерах, управляющих беспроводными модулями, подпрограмм управления маршрутизацией на основе самоорганизации и выбора оптимального маршрута. Однако это задача далеко не тривиальная и позволить реализовывать ее можно только в крупном проекте. Если вы все-таки решите идти этим путем, то существуют уже готовые стеки, выполняющие такую работу, которые можно попытаться приобрести, либо необходимо использовать соответствующие программы, реализованные для других беспроводных технологий передачи данных.
Рис. 3. Проблемы наличия нескольких возможных маршрутов передачи данных
Подключение беспроводных модулей
Как правило, большинство беспроводных модулей для управления и обмена данными с управляющей системой используют стандартный интерфейс UART. Неважно, является ли модуль «прозрачным» с точки зрения данных или нет — это учитывается в программе управляющего устройства. В зависимости от его вида беспроводные модули должны подключаться различным образом. На рис. 4 показан случай, когда модуль встраивается в устройство и поэтому требует подключения к его внутреннему микроконтроллеру напрямую. В этом случае никаких дополнительных элементов не требуется и такое подключение может быть осуществлено напрямую. Необходимо лишь учитывать уровни логических сигналов на соответствующих линиях беспроводного модуля и микроконтроллера: они должны быть одинаковыми. Часто эти уровни совместимы с TLL. Когда у одного устройства уровни совместимы с TTL, а у другого — с CMOS, необходимо использовать микросхему преобразователей уровней TTL-CMOS, они не дороги, а на рынке представлена большая номенклатура таких устройств, их выпускают многие производители полупроводников.
Рис. 4. Подключение типового беспроводного модуля к микроконтроллеру устройства
Вторым вариантом является случай, когда беспроводной модуль выполнен как функционально законченное устройство, он помещен в отдельный корпус и требует подключения к целевой управляющей системе, в которой имеется интерфейс RS-232, например, к персональному компьютеру (рис. 5). В модуль встраивается преобразователь уровней TTL-RS232, проблем в выборе которых на данный момент также не возникает. В качестве интерфейсного разъема беспроводного интерфейса логично использовать стандартный 9-штырьковый разъем DB-9 вместе с нуль-модемным кабелем для подключения к управляющей системе (компьютеру).
Рис. 5. Подключение беспроводного модуля к управляющей системе через интерфейс RS232
Обзор ISM-модулей
Существует множество классификаций беспроводных модулей: по назначению, скоростным показателям, дальности, излучаемой мощности, массо-габаритным параметрам, степени готовности и т. д. Существует следующая классификация беспроводных модулей: приемные, передающие и приемопередающие (трансиверы). Где же применяется каждая из этих категорий модулей? Предположим наиболее распространенный вариант, когда диспетчеру необходимо контролировать некоторые параметры нескольких объектов. Тогда мы получаем типовую одностороннюю систему сбора данных, в которой в простейшем случае используется два типа беспроводных устройств. На объектах мониторинга установлен ряд датчиков, информация с которых собирается, некоторым образом обрабатывается, и по определенному протоколу (или без оного, что встречается реже) передается диспетчеру. При этом интерфейсная часть приборов, устанавливаемых на объектах мониторинга, содержит передатчики. Когда не требуется управлять параметрами таких точек сбора данных дистанционно или передавать какие-либо данные, интерфейсная часть приборов, устанавливаемых на объектах контроля, может содержать только передатчик. В диспетчерском оборудовании, наоборот, в такой системе требуется только прием информации с объектов, поэтому беспроводное оборудование содержит только приемник. Однако может возникнуть необходимость удаленно конфигурировать оборудование сбора данных и пересылать им какую-либо другую информацию, либо обеспечивать сбор данных путем поллинга соответствующих объектов, что снижает нагрузку на беспроводную инфраструктуру и добавляет существенную гибкость целевой системе. При этом все оборудование, как серверное, так и клиентское, должно содержать приемопередатчики, а к системе предъявляется ряд дополнительных требований. Например, если передача данных идет потоком в непрерывном режиме одновременно всеми объектами, то пропускная способность приемной части системы сбора данных должна равняться суммарной пропускной способности всех передатчиков объектов. Рассмотрим беспроводные модули, предлагаемые различными производителями.
Модули компании Circuit Design
Модуль CDP-RX-03AS
CDP-RX-03AS представляет собой узкополосный приемник, покрывающий диапазоны частот для устройств связи ближнего радиуса действия, в соответствии с рекомендациями ECC (рис. 6).
Рис. 6. Внешний вид модуля CDP-RX-03AS
Приемник реализован по схеме двойного супергетеродина с ФАПЧ, что дало возможность добиться очень высоких характеристик устройства: это высокая чувствительность, хорошая избирательность и частотная стабильность, которые не могут быть достигнуты при использовании простого ПАВ-резонатора или других, более дешевых схем (рис. 7). Модуль очень компактен и выполнен в защищенном металлическом корпусе. Высокая частотная стабильность и малая рассеиваемая мощность делают его удобным для использования в мобильных приложениях с автономным питанием.
Рис. 7. Структурная схема модуля CDP-RX-03AS
В приемнике использованы интегрированные уникальные фильтры на ПАВ, благодаря чему приемник способен работать в сложных электромагнитных условиях, где могут присутствовать сильные помехи от различных источников. Постепенное увеличение использования доступного частотного спектра требует использования в приложениях узкополосных беспроводных интерфейсов для того, чтобы добиться максимальной надежности и поддерживать на допустимом уровне нежелательное влияние на другие приборы, работающие в этом же ISM-диапазоне.
Модуль CDP-RX-03AS разрабатывался для работы в паре с передающими модулями CDP-TX-03S и CDP-TX-04S, однако приемник отлично работает и с другими передающими модулями.
Для возможности приема сигнала, частоты приемника и передатчика должны быть согласованы. Модуль CDP-RX-03AS выполнен в виде компонента для монтажа на печатную плату. К антенному входу на модуле может быть подключена простая антенна в виде проводника, либо печатная антенна.
Формат данных. Длинные интервалы битов «1» или «0» должны быть исключены. В успевающих битах может быть искажена ширина импульсов. Если последовательность битов «1» или «0» слишком длинна, то существует возможность того, что логический уровень выхода данных будет изменен. Максимальная ширина импульса для непрерывного сигнала «1» и «0» составляет 20 мс (что эквивалентно 96 битам) при скорости обмена данными 4800 бит/с. Минимальная ширина импульса составляет 208 мкс.
Для того, чтобы обеспечить надежную доставку данных, весьма полезно иметь преамбулу длиной 20 бит в виде последовательности 1010… перед началом пакета данных. В основном, при наивысшей скорости обмена данными (4800 бит/с) форма внутреннего сигнала искажается, и джиттер на выходе данных приемника увеличивается.
Выходы. Приемник содержит три выходных сигнала (AF, DATA и RSSI) и один управляющий вывод. Вывод AF представляет собой аналоговый выход, подключенный к выходу FM-детектора. DATA — это цифровой выход. Сигнал после AF проходит полосовой фильтр и компаратор. Для простой модуляции цифровых данных (например, FSK) может быть использован выход цифровых данных DATA. Этот сигнал может быть просто подан в другие цифровые узлы устройства для последующей обработки. Для снижения задержек и достижения максимальной чувствительности приемник не имеет внутренних цепей аттенюации принимаемого сигнала. Выводы AF и DATA показывают шум на выходе в те периоды времени, когда не принимается никакого сигнала. Корректные сигналы данных могут быть определены при помощи состояния вывода RSSI. Этот третий вывод представляет собой индикатор качества принимаемого сигнала. Он может быть использован для управления внешним аттенюатором. Управляющий вывод применяется для того, чтобы управлять напряжением питания Vcc для внутренних цепей.
Антенна. Для организации эффективной связи очень важным аспектом является выбор подходящей антенны с хорошими характеристиками, а также заземления как для приемника, так и для передатчика. Без использования качественной антенны невозможно передавать данные на большие расстояния. Приемник имеет вывод для подключения простой антенны, к которому может быть подключена любая UHF-антенна. Простейший способ подключения антенны к приемному модулю CDP-RX-03AS — припаять проводник длиной 86 мм (для диапазона 868 МГц) или 173 мм (для диапазона 434 МГц) напрямую к соответствующему штырьку на модуле. Если приемная антенна устанавливается вдали от приемного устройства, для ее подключения необходимо использовать антенный коаксиальный кабель 50 Ом. Оплетка этого кабеля должна быть соединена с корпусом модуля вблизи антенного выхода. Не рекомендуется (однако это возможно) подключать антенну к приемнику при помощи соединений на печатной плате. Это практически всегда приводит к ухудшению характеристик приемника. Во избежание проблем, связанных с ухудшением параметров приемника, следует придерживаться следующих простых правил:
Основные технические характеристики прибора приведены в таблице 1.
Передающий и приемный модули CDP-TX-02N / CDP-RX-02N
Это уникальные компактные беспроводные модули для ISM-диапазона 434 МГц (рис. 8). Оба модуля — передающий CDP-TX-02N и приемный CDP-RX-02N — оснащены синтезатором частот с микропроцессором. Перекрываемый модулями частотный диапазон составляет от 433,875 до 434,650 МГц в 32 каналах, которые могут изменяться при помощи установленного на плате переключателя. Малый размер, низкое энергопотребление и возможность гибкого изменения частоты делают модули серии CDP-02N удобными для использования в приложениях, требующих работы в местах, где одновременно функционирует множество передатчиков. Приемный модуль обладает высокой чувствительностью и частотной стабильностью. Мощность передатчика может переключаться между 5 и 10 мВт. Кроме того, модули соответствуют стандартам на электромагнитную совместимость EN 300 220 и EN301 489.
Рис. 8. Внешний вид модулей CDP-TX-02N / CDP-RX-02N
Модуль передатчика CDP-TX-02N. Он представляет собой узкополосный FM-передатчик с ФАПЧ синтезатором и управляющим микроконтроллером, он характеризуется высокой стабильностью частоты и избирательностью каналов (рис. 9). Современная технология поверхностного монтажа позволила добиться малых размеров: CDP-TX-02N даже меньше, чем размеры спичечного коробка. В модуле используется узкополосная FM-модуляция (прямая FSK), которая позволяет эффективно использовать доступный радиочастотный спектр. Различные модули могут работать с шагом частотной сетки 25 кГц, в отличие от передатчиков, выполненных на базе ПАВ-резонаторов и использующих очень широкий частотный спектр. Модуль CDP-TX-02N может передавать любые входящие данные с уровнем 5 В в указанном частотном диапазоне. Аналоговые данные могут быть оцифрованы встроенным компаратором. После подключения источника питания передатчику требуется около 80 мс (90 мс для частоты 458 МГц), чтобы петля ФАПЧ замкнулась. После этого данные могут передаваться без дополнительного управления или синхронизации. Передача физически осуществляется при помощи гибкой штыревой антенны длиной λ/4, подключенной к модулю. Величина излучаемой мощности и место установки антенны оказывают влияние на ее диаграмму направленности. Установка большого металлического корпуса, подключенного к «земле» модуля, и антенна передатчика, размещенная в вертикальном положении за пределами металлического корпуса, приведут к снижению импеданса антенны и увеличат излучаемую мощность. Для достижения лучших параметров связи необходимо придерживаться правил, вытекающих из теории связи.
Модуль приемника CDP-RX-02N. Представляет собой приемник узкополосных FM-сигналов. Конструкция модуля выполнена по схеме двойного супергетеродина с ФАПЧ синтезатором частот (рис. 10). Управление осуществляется встроенным микроконтроллером, что позволяет добиться высокой чувствительности, хорошей избирательности и высокой стабильности частоты, недостижимых при использовании приемников, выполненных на базе простых ПАВ-резонаторов или других дешевых схем. В приемнике реализована система эффективных фильтров, благодаря которой приемник может успешно функционировать в сложной помеховой обстановке.
В таблице 2 приведены основные технические характеристики приемных и передающих модулей серии CDP-02N.
STD-302
Модуль STD-302 (рис. 11) представляет собой узкополосный полудуплексный модуль, совместимый со стандартом EN 300 220/EN 301 489. Высококачественный трансивер разработан для использования в промышленных приложениях, требующих большой дальности, высоких технических характеристик и надежности.
Рис. 11. Внешний вид модуля STD-302
Рис. 12. Структурная схема модуля STD-302
Рис. 13. Габаритные и присоединительные размеры модуля STD-302
MU-1 — это маломощный радиомодем для встраивания в различное оборудование с целью обеспечения беспроводной передачи последовательных данных (рис. 14).
Рис. 14. Внешний вид модуля MU-1
В модуле реализована система простых команд, что позволяет разработчику сконцентрироваться на разработке передающих и принимающих протоколов данных, используя этот набор команд без необходимости заботиться об управлении компонентами собственно радиосистемы. Используется интерфейс UART с микроконтроллером или интерфейс RS232 для соединения с компьютером — как способ передачи передаваемых и принимаемых данных и команд, что дает возможность быстро разрабатывать устройства. MU-1 разработан для того, чтобы минимизировать сложности проектирования, связанные с высокой рабочей частотой. Этот модуль отвечает требованиям директив Европейского Союза. Структурная схема MU-1 приведена на рис. 15. Отличия его от других следующие:
Антенна. При использовании ненаправленных антенн штыревого типа для получения наилучших параметров связи они должны устанавливаться вертикально. Необходимо отметить, что существуют такие специфические приборы, в которых антенну необходимо устанавливать внутри корпуса устройства. Тогда качество связи существенно ухудшается. Необходимо четко понимать основы теории антенн, поскольку ответственность за качество конечной системы в полной мере несет разработчик устройства, и неправильная установка и использование антенны может существенно ухудшить параметры даже очень хорошего беспроводного устройства. Следующие действия могут существенно ухудшить качество системы:
Для модуля MU-1 должна использоваться штыревая антенна длиной 1/4λ. При использовании штыревых антенн очень важно заземление. Хотя основной блок модуля MU-1 имеет функцию «земли», для того, чтобы получить лучшие параметры связи, необходимо подключить экран большей площади, чем больше, тем лучше. Кроме того, при обмене данными между двумя фиксированными станциями, наклон штыревой антенны может несколько увеличить дальность и качество связи. Однако условия распространения радиоволн сильно зависят от конкретной местности, и поэтому необходимо проводить индивидуальные испытания для каждого случая в отдельности.
Системное проектирование. Модуль MU-1 может быть использован для создания коммуникационных систем вида 1:1 и N:N. Некоторые системы могут работать в одной и той же области покрытия при помощи использования методики разделения каналов. Им присваиваются идентификационные номера оборудования (Equipment ID), при этом допустимыми значениями являются все в диапазоне от 01h до FEh, всего в одну группу может быть включено максимум 254 модуля на базе MU-1. Для организации связи внутри группы (системы 1:1 и N:N) необходимо установить одинаковые идентификационные номера User ID и Group ID для всех устройств, включенных в данную группу. Если идентификатор назначения указывается на базовой управляющей станции (передающей), и идентификационный номер оборудования Equipment ID целевой станции (принимающей) совпадает, данные принимаются и подаются на выходной интерфейс модуля MU-1. На рис. 16 показана система 1:N, хотя можно создать любую систему размером N:N, в которой все абоненты имеют одинаковые параметры.
Рис. 16. Пример реализации системы вида 1:N
Модуль MU-1 способен работать в трех режимах:
Передача и прием данных обычно осуществляются в командном режиме. Именно его следует использовать в пользовательских приложениях. Текстовый и бинарный режимы обеспечивают специальные возможности тестирования, однако пользователь также может их использовать в своих приложениях для реализации ряда дополнительных функций.
Командный режим представляет базовый режим функционирования для отправки и принятия пользовательских данных через радиоинтерфейс. Команды модуля MU-1 состоят из команд для передачи и приема данных, а также команд для управления параметрами самого модуля MU-1. Управление радиомодулем осуществляется MU-1 автоматически, поэтому пользователю нет необходимости заботиться о выполнении работы в этом направлении. Когда данные принимаются, только корректно и полностью полученные пакеты передаются пользовательскому приложению в качестве отклика на событие получения данных. За один раз может быть отправлен пакет пользовательских данных объемом 255 байт.
Текстовый режим используется для проверки функционирования, при нем используется интерфейс RS232C и соответствующее программное обеспечение, например, стандартная программа HyperTerminal на персональном компьютере. Текстовые данные могут вводиться и выводиться напрямую. Этот режим очень удобен для передачи и приема символов, вводимых при помощи клавиатуры. Строка вводимых символов (максимальная длина которой составляет 255 символов) помещается в буфер, пока он не будет полностью заполнен 255-ью символами или не будет введена команда передачи данных. После одного из этих событий строка передается в эфир.
Бинарный режим используется для проверки функционирования модуля при помощи использования интерфейса RS232C и программного обеспечения, например, HyperTerminal. Все 8-битные коды от 00h до FFh могут быть переданы и приняты как данные. 255 байт бинарных данных могут быть введены и выведены напрямую одновременно. Строка вводимых символов (максимум 255 символов) буферизуется до тех пор, пока не будет введено 255 символов, либо пока не пройдет некоторый период времени, в течение которого не будет введено ни одного нового символа. После этого строка посылается в эфир.
Функционирование MU-1
Скорость беспроводной передачи данных модулем MU-1 фиксирована на значении 9600 бит/с. Заметим, что это отличается от скорости интерфейса UART (RS232C). Чтобы добиться связи, кроме пользовательских данных, пакеты данных включают фреймы с преамбулой, управляющие данные, данные для проверки на ошибки (рис. 17). По этой причине эффективная скорость беспроводной передачи полезных данных составляет 6800 бит/с. В последовательном интерфейсе модуля MU-1 используются линии аппаратного управления потоком данных RTS и CTS. Сигнал RTS представляет собой выходной сигнал от модуля MU-1 к пользовательскому приложению. Когда уровень сигнала RTS низкий, это означает, что модуль готов принимать данные. Когда уровень этого сигнала высок, внутренний буфер полон, и данные в этот момент не могут быть приняты. Сигнал CTS представляет собой входной сигнал, который поступает из пользовательского приложения; когда уровень сигнала CTS низкий, это означает, что модуль MU-1 может подать данные на выход. Пока же его уровень высок, модуль находится в состоянии ожидания.
Рис. 17. Структура фрейма, передаваемого в эфир
Переключение между командным и бинарным режимами осуществляется при помощи команды ‘@MD BI’ и затем установки на выводе MODE низкого уровня. Чтобы переключиться из бинарного режима в командный, необходимо на выводе MODE обеспечить высокий уровень напряжения. Для переключения между командным и текстовым режимом необходимо отправить команду ‘@MD TX’ и затем установить на выводе MODE низкий уровень сигнала. Для переключения обратно необходимо установить на выводе MODE высокий уровень. Кроме того, существует способ и переключения из текстового режима в командный без изменения уровня сигнала на выводе MODE: для этого необходимо послать модулю команду ESC (шестнадцатеричный код 1Bh).
Сразу после подачи напряжения питания, находящегося в диапазоне допустимого разброса, модулю MU-1 требуется 100 мс для выполнения внутренних операций. После этого временного промежутка он выходит в номинальный режим работы. Все команды, посланные до окончания этого интервала, восприняты модулем не будут. Следует также учитывать, что модуль MU-1 выдает отклик только на полностью корректные фреймы данных. Если же фрейм принят некорректно, MU-1 просто игнорирует его и никаких дополнительных действий не производит.
Модули компании TangRay Info-tech
Серия SRWF-501
Серия модулей SRWF-501 (рис. 18) представляет собой маломощные беспроводные модули трансиверов для организации обмена данными на небольших расстояниях. Модули характеризуются высокой миниатюрностью, малым весом и рассеиваемой мощностью. Кроме того, они обладают высокой стабильностью и надежностью.
Рис. 18. Внешний вид модуля SRWF-501
Модуль трансивера обеспечивает «прозрачный» интерфейс, благодаря чему можно использовать любой нестандартный протокол. Все ошибочные данные, появившиеся вследствие воздействия помех, фильтруются автоматически, то есть принимаются точно те данные, которые были отправлены. Стандартная конфигурация модуля обеспечивает 8 каналов. Если пользователю это необходимо, он может расширить ее до 16/32 каналов.
Удобным является то, что модуль имеет «на борту» два последовательных порта и три интерфейса: порт СОМ1 представляет собой интерфейс UART с уровнями TTL, а СОМ2 определяется пользователем либо как совместимый с RS232, либо с RS485 (выбор осуществляется установкой перемычки). Для многих приложений важным параметром является достаточный размер буфера. Этот модуль имеет большой объем буфера, что позволяет упростить действия разработчику устройства. Другим преимуществом модуля является интеллектуальное управление данными: пользователю не требуется писать дополнительные подпрограммы, все операции приема, передачи и управления осуществляются самим модулем автоматически. При этом при приеме средний потребляемый ток не превышает 20 мА, а при передаче — 40 мА. Кроме того, в модуле имеется режим энергосбережения, в котором потребляемый ток составляет менее 20 мкА. Габаритные размеры модуля показаны на рис. 19.
Рис. 19. Габаритные и присоединительные размеры модуля SRWF-501
Перечислим основные технические характеристики модуля:
Модуль SRWF-1
Модуль SRWF-1 (рис. 20), как и рассмотренный выше, представляет собой маломощный трансивер для использования в беспроводных устройствах. В зависимости от требуемого частотного диапазона он выпускается в следующих модификациях: 433 МГц — SRWF-1F433, 915 МГц —SRWF-1F915, 868 МГц — SRWF-1F868. В зависимости от скорости обмена данными дальность надежной связи при условии прямой видимости антенн приемника и передатчика варьируется следующим образом:
Рис. 20. Внешний вид модуля SRWF-1
Габаритные размеры модуля равны 37,5×52,8×7 мм, диапазон допустимого напряжения питания — от 3,6 до 5,0 В; в остальном его характеристики аналогичны модулю SRWF-501.
