Ushbu amaliy dars davomida asosan 433 MHz, 2.4 GHz diapazonida ishlaydigan RF-modullar (radiochastota modullari) bilan tanishamiz. Boshqarish mumkin bo’lgan maksimal radiusidan kelib chiqib, ularni shartli ravishda “kam quvvatli” (50 metrgacha), “o’rtacha quvvatli” (300-2000 metr) va “yuqori quvvatli” (10 km va undan yuqori masofagacha) kabi turlarga ajratib olamiz. Shu bilan birga yuqori quvvatli LoRa modullari turli xil chastota diapazonlarida, xususan 433 MHz chastota diapazonida ham ishlashini unutmaslik kerak. Biroq shaxsiy maqsadlarda faqat umum ruxsat etilgan chastota diapazonlaridan – 315, 433 MHz, 2.4 va 5.0 GHz chastota diapazonlaridan foydalanish mumkinligini unutmaslik kerak.
Bunday radiomodullar boshqaruv radiusi boshqaruvning ayrim boshqa (Internet, GSM kabi) turlariga nisbatan cheklangan bo’lsa-da, boshqaruv tezligi yuqoriligi jihatidan ulardan ustun turadi. Shuning uchun ulardan, boshqaruvda tezkor reaksiya talab etiladigan sohalarda keng qo’llaniladi (masalan, turli bolalar o’yinchoqlarida, robotlarda va uchuvchisiz apparatlar – dronlarda).
Shuningdek, ulardan “Aqlli uy” qismlarini yaratishda (masalan, uy ichidagi va hovlidagi barcha datchiklar ko’rsatkichlarini, Internetga ulangan yagona boshqaruv paneliga yuborib turish uchun) ham qo’llanilishi mumkin. Bundan tashqari, yuqoridagi aytib o’tilgan radiomodullar kam energiya sarflashga moslashganligi sababli (ayniqsa, kam quvvatli modullar), modullarni hamda ularga ulangan turli xil datchiklarni akkumulyator batareyalaridan tok iste’mol qilishga moslashtirish mumkin.
Kam quvvatli radiomodullar bilan ishlash
Kam quvvatli modullar odatda qisqa radiusdagi elektr jihozlari, lampalar, rozetkalar, o’yinchoq mashinalar va robotlar kabi qurilmalarni masofadan boshqarish uchun qo’llaniladi. Bunda, 1-modul radiouzatish pultida, 2-modul esa, bevosita boshqariladigan qurilmada joylashtiriladi. Bundan tashqari, 1 ta qabul radiomodulini bir nechta uzatkichlardan yuboriladigan ma’lumotlarni to’plovchi server sifatida ham foydalanish mumkin (Masalan, har bir uzatkich o’ziga ulangan datchiklar ko’rsatkichlarini qabul qilgichga uzluksiz yuborib turishi mumkin). Kam quvvatli modullarning qulayligi – kam energiya sarf qilishi va axborot xavfsizligini ta’minlashga katta ehtiyoj yo’qligi bo’lsa, kamchiligi – qisqa radiusda ishlashi, ma’lumot uzatish tezligi pastligi (5 kBit/s gacha) hisoblanadi.
Arduino qurilmalarini yaratishda 433MHz radiochastotasi diapazonida ishlovchi radiomodullar – radiouzatkich va qabul qilgichlar 2 ta Arduino platalarini o’zaro bog’lash imkonini beradi. Demak bunda ham 1-modul va 1-Arduino platasi boshqaruv pultida, 2-modul va 2-Arduino platasi bevosita boshqariladigan qurilmada joylashtiriladi. Radiouzatkich va qabul qilgich modullari bir-biriga mos xarakteristikalar bilan ishlab chiqariladi va odatda juft holda sotiladi.
Modullar o’rtasida ma’lumot almashinuvi quyidagi tartibda amalga oshiriladi: uzatkichda hosil qilingan baytlar paketidan bufer hosil qilinadi va qabil qilgichga yuboriladi. Qabul qilgich buferdagi ma’lumotlar baytlar bo’yicha ajratiladi va ular asosida mikrokontrollerga ulangan tashqu qurilmalarni boshqaruv buyruqlari bajariladi.
Quyidagi misollarda biz uzatkich va qabul radiomodullarini qulaylik uchun mos holda TX (yoki TX-modul) va RX (RX-modul) deb ataymiz.
TX va RX modullar orasida ma’lumot almashinish (uni uzatish va qabul qilish)
Biz kam quvvatli radiomodullar yordamida boshqaruvni hozirda eng ko’p tarqalgan SYN115 (TX) va SYN480R (RX) modullari misolida ko’rib chiqamiz. Lekin, boshqa kam quvvatli modullar ham ulardan katta farq qilmaydi (Ba’zi modullar uchun yaratilgan bibliotekalar, boshqa ayrimlariga mos kelmasligi mumkin. Lekin ularga mos keladigan boshqa bibliotekalardan foydalanish mumkin).
1-misol. Dastlab bitta Wemos D1 mini platasidagi matnli xabarni 433MHz chastotada ishlaydigan TX-moduli orqali yuborish hamda uni RX-modulda qabul qilish va 2-Wemos D1 mini platasidan port monitoriga chiqarish, shuningdek 2-plata ichki svetodiodi pirpirashlar sonigiga qarab, kiruvchi xabar o’lchamini aniqlash jarayonini ko’rib chiqamiz.
Kerakli materiallar:
1) Wemos D1 mini (2 ta), USB-kabel (2 ta), maket platasi (2 ta), o’tkazgichlar;
2) SYN115 moduli;
3) SYN480R moduli;
4) Antenna rolida 17,3 sm uzunlikdagi izolyatsiyali o’tkazgich (2 ta).
Sxemalar (chapda TX-modul, o’ngda RX-modul):
1-sketch (uzatkich):
2-sketch (qabul qilgich):
Video:
2-misol. Ushbu misolda yuqoridagi sxema va sketchlarga kichik o’zgarishlar kiritamiz, uzatish qismiga ulangan tugma yordamida qabul qismidagi Wemos D1 platasi ichki svetodiodini boshqaramiz. Shuningdek, uzatish qismiga ulangan termistor ko’rsatkichlarini qabul qilgich ulangan kompyuterning port monitorida kuzatamiz (Ushbu misoldagi sxema va sketchlarni yanada takomillashtirish va uzatkichlar sonini ko’paytirish orqali, uzatkichlarga ulangan datchiklar ko’rsatkichlarini yagona qabul qilgichda to’plash, xususan, ular asosida ko’p kanalli ob-havo meteostansiyasini yaratish mumkin).
Kerakli materiallar:
1) Wemos D1 mini (2 ta), USB-kabel (2 ta), maket platasi (2 ta), o’tkazgichlar;
2) SYN115 moduli;
3) SYN480R moduli;
4) Antenna rolida 17,3 sm uzunlikdagi izolyatsiyali o’tkazgich (2 ta);
5) termistor (R1), rezistor 10 kOm (R2);
6) tugma (S1).
Sxemalar (chapda TX-modul, o’ngda RX-modul):
1-sketch (uzatkich):
2-sketch (qabul qilgich):
Video:
3-misol. Ushbu misoldagi sketchlardan sotuvda mavjud bo’lgan va 433MHz chastota diapazonida ishlovchi, lekin Arduino bilan ishlashga mo’ljallanmagan ayrim radiopultlarni Arduino orqali identifikatsiyalash (tugma kodi, kodlash protokolini aniqlash)ga urinib ko’rish uchun foydalanish mumkin. Buning uchun “RCSwitch.h” bibliotekasidan foydalanamiz.
1-sketch yordamida notanish radiopult signallari RX radiomodul (SYN480R) orqali identifikatsiyalanib, tugma kodi aniqlanadi va 2-sketch yordamida shu tugma kodidan foydalanib TX radiomodul (SYN115) orqali radiopult yuklamalarini boshqarish mumkin bo’ladi. Bu holatda TX modul notanish radiopultning kloniga aylanadi. Ya’ni, klonlangan pult bilan notanish pult yuklamalarini ham boshqarish mumkin.
Diqqat! Radiopultlar turli xil kompaniyalar tomonidan ishlab chiqarilishi, ularning ischi chastotalari har doim ham bir-biriga aynan tog’ri kelmasligi, ba’zilarida himoya vositalari qo’llanilganligi sababli, har doim ham ularni identifikatsiyalashning imkoniyati yo’q. Ba’zida, hatto bir nechta tugmali radiopultning faqat bir qismini identifikatsiyalash mumkin xolos (quyidagi misolda ham shunday holatni kuzatish mumkin).
Kerakli materiallar:
1) Wemos D1 mini, USB-kabel, maket platasi, o’tkazgichlar;
2) SYN480R moduli (notanish pultni o’qish uchun);
3) SYN115 moduli (klonlash uchun);
4) Tugma (TX modul uchun);
5) Antenna rolida 17,3 sm uzunlikdagi izolyatsiyali o’tkazgich.
Sxemalar yuqoridagi 1-misoldagi sxemalar bilan bir xil.
“ReceiveDemo_simple” sketchi (qabul qilgich):
Video (notanish pultlarni identifikatsiyalash):
“SendDemo” sketchi (“klonlangan pult”):
Video (klonlangan “pult”dan foydalanish):
O’rtacha quvvatli radiomodullar orqali boshqaruv
O’rtacha quvvatli radiomodullar orqali boshqaruv yuqorida ko’rsatib o’tilgan kam quvvatli radiomodullardan avvalo uzoq (1-2 km) masofadagi qurilmalarni boshqarish imkoniyati hamda ma’lumot uzatish tezligi (1-2 Mbit/s gacha) yuqoriligi bilan farq qiladi. Ularning boshqaruv radiusi va ma’lumot uzatish tezligi esa, aniq bir modulning xususiyatlari hamda ular bilan birga qo’llaniladigan kuchytirgichlar va antennalar, boshqaruv pulti va qabul qurilmalaridagi montaj/lehimlash sifati, ularning oqibatida yuzaga keladigan radioxalaqitlar darajasiga bog’liq bo’ladi. Bundan tashqari, boshqaruv radiusi ma’lumot uzatish maksimal tezligini pasaytirish (regulirovka qilish) hisobiga oshirilishi mumkin. Biroq bunda uzatkich va qabul qilgich o’rtasidagi aloqa sifati pasayib ketadi.
O’rtacha quvvatli radiomodullar bilan ishlashni 2.4 GHz chastotada ishlovchi nRF24L01+ radiomodullari misolida ko’rib chiqamiz.
nRF24L01+ moduli va unga qo’shimcha qismlar (adapter, kuchaytirgich+antenna)
nRF24L01 moduli va kuchaytirgichi pinlari
Ushbu modullar bilan ishlash uchun turli xil bibliotekalar yaratilgan. Biz o’z loyihalarimizni yaratishda asosan “RF24” (“Примеры/RF24”) bibliotekasidan foydalanamiz.
Bevosita dasturlashga o’tishdan oldin, modul haqidagi quyidagi muhim ma’lumotlarga ega bo’lish maqsadga muvofiq:
- modul alohida yoki kuchaytirgich va antenna moduli (“PA/LNA”) bilan birgalikda sotiladi, shuningdek, modul bilan ishlashni osonlashtirish maqsadida alohida ta’minot adapteri ham sotiladi (bir nechta modul sotib olingan taqdirda hammasini 1 ta do’kondan olish maqsadga muvofiq, chunki orignal modul bilan uning klonlari bir-biriga mos kelmasligi mumkin);
- boshqaruv radiusi 300 metr (har ikki tomon ham kuchaytirgichsiz va antennasiz) dan 600-700 metrgacha (1-tomon kuchaytirgichsiz va antennasiz, 2-tomon kuchaytirgichli va antennali) yoki 1-2 km gacha (har ikki tomon ham kuchaytirgichli va antennali);
- ma’lumot uzatish tezligi 250 kbit/s dan 2 mbit/s gacha, uni oldindan sozlab olinadi;
- har bir modul uzatkich yoki qabul qilgich rejimiga o’tkazilishi mumkin;
- bir vaqtda 6 tagacha modullarni bitta tarmoqda qo’llash mumkin, tarmoq unikal yozish/o’qish “truba”si manzili (“reading pipe”, “writing pipe”) va 127 ta aloqa kanallaridan birida hosil qilinadi (kanal imkon qadar begona qurilmalar tomonidan ishlatilmayotgan bo’lishi zarur – hududda begona qurilmalar mavjudligini dasturiy yo’l bilan aniqlash mumkin);
- bitta ma’lumotlar paketi (buferi) maksimal o’chami 32 bayt;
- qabul qilgich energiyani tejagan holda vaqti-vaqti bilan uzatkichdan kelgan so’rovlarga javob yuborib, aloqa mavjudlini tasdiqlab turishi mumkin;
- modullar montaj sifati, kuchlanish stabilligi (3.3V) va tok kuchiga (20mA) talabchan, shuning uchun, sinovlardan keyin – tayyor qurilma montaji paytida o’tkazgichlar uzunligini minimallashtirish, imkon qadar “+3.3V” va “GND” kontaktlari orasiga elektrolitik kondensator o’rnatish maqsadga muvofiq (aloqadagi shovqin va xalaqitlarni kamaytirish uchun).
1-misol. Dastlab 2 ta modul o’rtasidagi 2 tomonlama aloqa mavjudligini va uning sifatini tekshirish uchun mo’ljallangan “CallResponse” namunaviy sketchini ko’rib chiqamiz. Buning uchun dastur davomida modullarga tartib raqami beriladi va ulardan biri uzatkich, ikkinchisi qabul qilgich rejimiga o’tkaziladi (qo’llanilgan biblioteka o’ziga xosliklaridan kelib chiqib, ushbu va ayrim boshqa namunaviy sketchlarning yordamchi funksiyalaridan faqat AVR mikrokontrollerlarida foydalanish mumkin).
Dastur ishga tushgach, radiomodul uchun uning tartib raqami va kerakli ish rejimi (rolni) tanlash so’raladi. Masalan, 1-modul uchun 0 raqami, 2-modul uchun 1 raqami tanlanadi (bir xil bo’lsa, xatolik haqida xabar ko’rsatiladi). Bundan tashqari, bironta modulni uzatkich (TX) rejimiga o’tkazish uchun port monitoriga T yozuvini, ikkinchisida esa RX rejimiga o’tkazish uchun “R” yozuvini tanlanadi.
Uzatkich qabul qilgichga 0.00 dan boshlab 0.01 qadam bilan o’sib boruvchi haqiqiy sonlarni yubora boshlaydi. Keyinroq ham xohlagan paytda 2 ta modulning rolini o’zaro almashtirish mumkin. Buning uchun yana port monitoriga TX dan RX ga o’tish uchun ‘R’, RX dan TX ga o’tish uchun ‘T’ belgisi kiritiladi.
Agar sketch boshida yordamchi ma’lumotlarni ko’rsatish rejimlari faollashtirtilgan bo’lsa, modul tartib raqamini tanlagan vaziyatda tegishli modul haqida batafsil yordamchi ma’lumotlar ham ko’rsatiladi.
Kerakli materiallar:
1) Wemos D1 mini (2 ta), USB-kabel (2 ta), o’tkazgichlar;
2) NRF24L+ moduli (2 ta);
3) NRF24L+ moduli ta’minot adapteri (2 ta, agar mavjud bo’lsa).
Sxema (uzatish va qabul tomonlari qurilmasi prinsipial sxemasi bir xil):
Sketch (uzatkich va qabul uchun bir xil):
Video:
2-misol. Ushbu misoldagi sketchda 2 ta Wemos D1 mini platalaridan birini uzatkich va ikkinchisini qabul tomoni sifatida sozlaymiz, uzatkich tomonidan yuborilgan o’lchamli ma’lumotni qabul tomonida port monitorida kuzatishga mo’ljallangan sodda sketch bilan tanishamiz. Ushbu sketch yordamida ham Wemos D1 mini platalariga ortiqcha datchik yoki modullarni ulamasdan, radiomodullarning ishga yaroqliligini aniqlab olishimiz mumkin (uzatkich tomonidan yuborilgan 1 bayt o’lchamli ma’lumot – 0 dan 255 gacha bo’lgan sonlar qabul tomonida ham ko’rsatiladi). Uzatkich va qabul tomoni qurilmalari prinsipial sxemasi bir xil bo’ladi! Ya’ni, Wemos D1 mini platasiga nRF24L01 modulidan tashqari hech qanday qo’shimcha elektron komponent qilinmaydi. Qurilmaning prinsipial sxemasi va kerakli materiallar ro’yxati o’zgarmaydi.
Uzatkich tomoni sketchi:
Qabul tomoni sketchi:
Video:
3-misol. Ushbu misolda yuqoridagi 2-misoldagi sketchni takomillashtiramiz va uzatkich tomonida Wemos D1 mini platasiga analog datchik (termistor) hamda boshqaruv tugmasini ulaymiz. Tugma yordamida qabul tomonidagi plata svetodiodini boshqaramiz va termistor ko’rsatkichlarini qabul tomonida port monitorida kuzatamiz. Sketchni soddalashtirish va uzatish tezligini optimallashtirish maqsadida, uzatkichdan qabul qilgichga faqat 2 bayt o’lchamli xabar yuboramiz. 1-bayt o’z ichiga svetodiod holatini oladi (0 yoki 1 qiymati), 2-bayt o’z ichiga 0…255 oralig’idagi termistor ko’rsatkichi qiymatini oladi (xabar o’lchamini ixchamlashtirish maqsadida 0…1024 oralig’idagi (2-4 bayt) haqiqiy qiymatlar dasturiy kod yordamida 0…255 oralig’iga (1 bayt) almashtirilgan).
Kerakli materiallar:
1) Wemos D1 mini (2 ta), USB-kabel (2 ta), o’tkazgichlar;
2) NRF24L+ moduli (2 ta);
3) NRF24L+ moduli ta’minot adapteri (2 ta, mavjud bo’lsa).
4) termistor (R1), rezistor (R2, 10 kOm);
5) boshqaruv tugmasi (S1).
Qabul tomoni sxemasi 2-misoldagi bilan bir xil bo’ladi, ya’ni Wemos D1 mini platasiga nRF24L01 modulidan tashqari hech qanday qo’shimcha elektron komponent ulanmaydi. Uzatkich tomonidagi Wemos D1 mini platasiga nRF24L01+ moduli (qulaylik uchun ta’minot adapteri bilan), boshqaruv tugmasi, termistor+rezistor juftligi quyiroqdagi sxema asosida ulanadi.
Uzatkich tomoni sxemasi:
Uzatkich tomoni sketchi:
Qabul tomoni sketchi:
Video:
Uzoq masofali LoRa radiomodullari orqali boshqaruv
LoRa (Long Range – “uzoq masofa”) – nomlanishidan ham ma’lumki, bunday radiomodullar orqali boshqaruv radiusi oldingi o’rganilgan boshqaruv texnologiyalariga nisbatan uzoqroq hisoblanadi. Bunday modullar turli xil kompaniyalar tomonidan ishlab chiqariladi.
2 ta modul o’rtasidagi boshqaruv radiusi ochiq hududda RA-02 modeli uchun 3 – 10 km, RA-01 uchun 20 km gacha yetishi mumkin. Lekin, yerda joylashgan yuqori quvvatli maxsus stansiya bilan birga qo’llanilgan taqdirda, ochiq osmondagi qurilmada (dronda) o’rnatilgan LoRa moduli bilan oraliq masofa yuzlab km gacha yetishi mumkinligi ham aniqlangan. Bundan tashqari, modullar o’rtasidagi ma’lumot uzatish tezligi, oraliq masofadan kelib chiqib, 300 kBit/s gachani tashkil qilishi mumkin. Shuning uchun LoRa modullarining ushbu imkoniyatlaridan foydalanib uzoqdan boshqarish talab etiladigan qurilmalarni (masalan, dronlarni) yaratish mumkin.
Modul uzatkichi quvvati yuqoriligi sababli, uni antennasiz ishga tushirish tavsiya etilmaydi, aks holda uning uzatish moduli ishdan chiqishi mumkin. Bundan tashqari, modul uzatkich rejimida muvaffaqiyatli ishga tushishi uchun, uni alohida 1,8-3,7V va kamida 0,15A ta’minot manbaiga ulash tavsiya etiladi – mikrokontrollerdagi 3,3V pini talabga javob bermasligi mumkin. Energiyatejamkor rejimda modul atigi 200 mkA tok iste’mol qiladi.
1-misol. Dastlabki misolda 2 ta Wemos D1 mini platasi o’rtasida ularga ulangan RA-02 modullari yordamida aloqa o’rnatamiz va ularning biriga ulangan tugma yordamida ikkinchisidagi ichki svetodiodni boshqaramiz. Demak, bunda har bir tomon ham uzatkich, ham qabul qilgich vazifasini bajaradi. Ular uchun sxemalar ham, sketchlar ham bir xil bo’ladi.
Kerakli materiallar:
1) Wemos D1 mini (2 ta), USB-kabel (2 ta), o’tkazgichlar;
2) LoRa RA-02 moduli (2 ta);
3) tugma (2 ta).
Sxema:
Sketch:
Natija:
2-misol. Ushbu misolda 2 ta RA-02 modullari o’rtasida aloqa o’rnatamiz va ularning birida termistor oxirgi ko’rsatkichini o’z ichiga olgan ma’lumotlar paketini ikkinchi modulga 1 sekundlik interval bilan uzatamiz. 2-modul orqali qabul qilingan ma’lumotlarni port monitori orqali kuzatamiz. Buning uchun modullardan biri uzatkich, ikkinchisi qabul qilgich rolini bajaradi. Shuning uchun ular uchun sketchlar ham alohida yaratiladi (Agar har ikki modul ham uzatkich, ham qabul qilgich vazifasini bajarishi kerak bo’lsa yoki modullar o’rtasida teskari aloqa ham o’rnatilishi kerak bo’lsa, ushbu 2 ta sketchni shunga mos ravishda birlashtirish ham mumkin).
Kerakli materiallar. Uzatkich tomoni:
1) Wemos D1 mini, USB-kabel, o’tkazgichlar;
2) LoRa RA-02 moduli;
3) termistor (R1), rezistor (R2, 10 kOm) .
Kerakli materiallar. Qabul qilgich tomoni:
1) Wemos D1 mini, USB-kabel, o’tkazgichlar;
2) LoRa RA-02 moduli;
3) svetodiod, rezistor (R1, 220 Om) .
1-sxema. Uzatkich:
2-sxema. Qabul qilgich:
1-sketch. Uzatkich uchun:
2-sketch. Qabul qilgich uchun:
Natija: