The modular mitmót system
433, 868MHz-es ISM sávú rádiós kártya Kártyakód: COM-R04-S-01b
Fejlesztői dokumentáció Dokumentációkód: -D01a
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék Beágyazott Információs Rendszerek csoport 2005. július
2
433, 868MHz-es ISM sávú rádiós kártya – Fejlesztői dokumentáció -D01a
BME MIT 2005.
Tartalom A COM-R04-S-01b kártya felépítése A felhasznált mitmót buszjelek Az RS-232 csatlakozó kiosztása A kártya kapcsolási rajza, működési leírása A panel tápellátása Az IA4420 IC bekötése A reset jel előállítása Az I2C EEPROM bekötése Az RS-232 csatlakozó bekötése
BME MIT 2005.
433, 868MHz-es ISM sávú rádiós kártya – Fejlesztői dokumentáció -D01a
5 6 8 9 9 9 10 11 11
3
A COM-R04-S-01b kártya felépítése A kártya az Integration (http://www.integration.com) IA4420 tipusszámú 433, 868MHz-es ISM sávú rádió adó-vevő áramköre köré épült. A kártyán az IA4420 RF IC-n kivűl található egy I2C buszra illesztett EEPROM, illetve egy szintillesztés nélküli UART csatlakozás. Az UART kivezetéshez külön modulként csatlakoztatható a szintillesztés, lehetővé téve az RS-232/RS485/RS-422 típusú kommunikációkat. A COM-R04-S-01b kártya felül, illetve alulnézeti képe az 1. és a 2. ábrán látható.
2: RS-232 csatlakozó
1: IA4420 adó-vevő
1. ábra A COM-R04-S-01b rádiós kártya felülnézeti képe
3: I2C EEPROM
2. ábra A COM-R04-S-01b rádiós kártya alulnézeti képe
BME MIT 2005.
433, 868MHz-es ISM sávú rádiós kártya– Fejlesztői dokumentáció -D01a
5
1: IA4420 adó-vevő Az IA4420 könnyen illeszthető kis fogyasztású rádiós adó-vevő IC amely a 315, 433, 868, 915 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 IA4420 FSK modulációt használ, maximális adatátviteli sebessége 115.2 kbps, az integrált adó oldali PA (Power Amplifier) illetve a vevő oldali LNA (Low noise Amplifier) segítségével hozzávetőlegesen maximum 100-200m-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 IA4420 adatlapja elérhető (http://www.integration.com).
az
Integration
honlapján
Az IA4420 SPI portot, használja a mitmót buszon. Az SPI port Slave Select jele, valamint az egyéb (interrupt, VDI) jelek elhelyezkedése hardware-esen konfigurálható.
2: RS-232 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: I2C EEPROM Számos méretű EEPROM lehet a panelbe beültetve. Gyakorlatilag az összes 24LCxxx sorozatú I2C 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
433, 868MHz-es ISM sávú rádiós kártya – Fejlesztői dokumentáció -D01a
BME MIT 2005.
ADC3 ADC1 AN_REF VssA SSEL MOSI SDA Tx TCAP1 PWM1 VddD VssD VssD
28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2
27 25 23 21 19 17 15 13 11 9 7 5 3 1
56 54 52 GPIO_1 GPIO_3 50 GPIO_4 48 GPIO_6 46 GPIO_8 44 GPIO10 42 GPIO12 40 GPIO14 38 Reserved 36 Reserved 34 VddD 32 VssD 30
ADC2
RESET
ADC0
EXT_IT0
DAC VddA VssA SCK MISO SCL Rx TCAP0 PWM0 VddD VssD V_IN
55 53 51 49 47 45 43 41 39 37 35 33 31 29
EXT_IT1 GPIO_0 GPIO_2 GPIO_5 GPIO_7 GPIO_9 GPIO11 GPIO13 GPIO15 Reserved Reserved VddD VssD
1. Táblázat: A mitmót busz csatlakozó kiosztása A következő táblázat (2. 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 2005.
433, 868MHz-es ISM sávú rádiós kártya – Fejlesztői dokumentáció -D01a
7
A használható jelek funkciója IA4420 SPI órajel
A jelek neve SCK
sorszáma 17
IA4420 SPI adatbemenet (SDI)
MOSI
16
IA4420 SPI adatkimenet (SDO)
MISO
15
SSEL
18
GPIO9
43
GPIO13
39
EXT_INT0
54
EXT_INT1
55
GPIO10
42
GPIO14
38
IA4420 SPI chipselect (nSEL)
IA4420 megszakítás kérő vonal (nIRQ)
IA4420 érvényes adat jelző vonal (nINT_VDI)
CAP0
9
CAP1
10
IA4420 térerőmérő kimenet (ARSSI)
ADC0
25
GPIO12
40
GPIO8
44
RS-232 csatlakozó TX (2. láb)
TX
12
RS-232 csatlakozó RX (1. láb)
IA4420 reset jel (nRES)
RX
11
2
SCL
13
2
SDA
14
EEPROM I C órajel (SCL) EEPROM I C adatvonal (SDA)
2. Táblázat: A mitmót buszon használható jelek
Az RS-232 csatlakozó kiosztása A csatlakozó kiosztását a 3. táblázat írja le. A jelek funkciója Vétel (RX)
A jelek neve RX
Pozíció 1
Adás (TX)
TX
2
Föld (GND)
VssD
3
Táp (3,3V)
VddD
4
3. Táblázat: Az RS-232 csatlakozó kiosztása
8
433, 868MHz-es ISM sávú rádiós kártya – Fejlesztői dokumentáció -D01a
BME MIT 2005.
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. L1
C2
C3
10uF_6V_0805
C1
100nF_0603
390nH_0805
100pF_0603
Vdd 10pF_0603
Vdd in C4
0
3. Ábra: Tápellátás Mivel a rádiós IC (IA4420) nagyon érzékeny a tápellátásra, ezért a buszról bejövö tápot az L1 induktivitással szűrjük, így leválasztva a kapcsolóüzemű tápellátás zaját az RF IC felé menő tápfeszültségről.
Az IA4420 IC bekötése A 4. ábrán látható az IC bekötése. Vdd
U6 CAP1
R11
0_0603
CAP0
R12
0_0603
SDI
1
SCK
2
SSEL
R4
0_0603
nSEL
3
GPIO9
R5
0_0603
SDO
4
GPIO13 R6
0_0603
EXT_INT0R7
0_0603
EXT_INT1R8
0_0603
5 6 7 8
GPIO10 R9
0_0603
GPIO14 R10
0_0603 Vdd
SDI
nINT_VDI
SCK
ARSSI
nSEL
Vdd
SDO
RF 1
nIRQ
RF 2
FSK_DATA_nFF S
Vss
DCLK_CFIL_FFIT
nRES
CLK
XTL_REF
IA4420
L4 10u
16 C7 15
ARSSI
C12 10nF_0603
14
Vdd
0
13
3.9pF_0603 L2 27nH_0603
L5 27nH_0603
U8
0
12 11
C13 1
10
nRES
0
RF
3.9pF_0603
9 L3 390nH_0805
2 3 4 5
QZ P10MEG X1
GND GND GND GND
Vdd R13 4.7k_0603
J4 1 2
0
SMA_conn
0 CON2
4. ábra: Az IA4420 bekötése Ahogy az ábrán is látható, minimális mennyiségű külső passzív alkatrész szükséges az IC használatához. Az előző pontban láthattuk
BME MIT 2005.
433, 868MHz-es ISM sávú rádiós kártya – Fejlesztői dokumentáció -D01a
9
az IC-hez tartozó tápfeszültséget szűrő hálózatot. Mivel az IC szimetrikus kimenettel rendelkezik, ezért szüksége van egy passzív illesztőhálózatra, ami a monopol, 50Ω 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
C12, C13
L2, L5
L3
L4
315 MHz
6,2 pF
43 nH
390 nH
Nem beültetendő
433 MHz
3,9 pF
27 nH
390 nH
Nem beültetendő
868 MHz
2 pF
7,5 nH
100 nH
Nem beültetendő
4. Táblázat: Illesztőhálózat alaktrészeinek értékei Az IA4420 egyes lábainak a mitmót buszra való csatlakozásánál 0Ωos ellenállásokkal tudjuk kiválasztani, hogy melyik funkciót melyik buszjelre kötjük rá.
A reset jel előállítása Az 5. ábrán látható a reset jel előállításának módja. Vdd in
U7 C14 100nF_0603 #RESET
1 R2 0_0603
GPIO12
2 R3 0_0603
R1
3
GPIO8 100k_0603
0
A
Vcc
5
B GND
Y
4
nRES
0
SN74AHC1G08DBVR
Vdd in
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 (GPIO12 vagy GPIO8 az R2, R3 0Ω-os ellenállások beültetésének függvényében) alacsony logikai szintre kapcsol, szintén aktív lesz az IC reset jele. Amennyiben nem kötjük be egyik jelet sem (GPIO12, GPIO8), az R1 100kΩ-os ellenállás nem engedélyezi a reset jelet, így csak a processzorral együtt állítható alapállapotba az IC.
10
433, 868MHz-es ISM sávú rádiós kártya – Fejlesztői dokumentáció -D01a
BME MIT 2005.
Az I2C EEPROM bekötése A 6. ábrán látható az EEPROM bekötése. Vdd in 100k_0603
R17
0_0603
A0 A1 A2 SDA
1 2 3
0
5
SDA
R15
R18
R16
R19
24LCxxx
4
0
100k_0603
100k_0603
R14
0_0603
VCC
SCL WP
100k_0603
R21
6 7
VSS
Vdd in R20
SCL 100k_0603
100nF_0603
8
U9
0_0603
Vdd in C6
0
0
2
6. ábra: Az I C EEPROM bekötése Az EEPROM az I2C buszra csatlakozik. Az eszköz címének az alsó 3 bitjét lehet változtatni. Alapállapotban, amikor a 0Ω-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-232 csatlakozó bekötése A 7. ábrán látható a csatlakozó bekötése. J3 RX
Vdd in
TX
1 2 3 4 ISP
0
7. ábra: Az RS-232 csatlakozó bekötése A csatlakozó kiosztása megegyezik az ARM mikrokontrolleres processzorkártya ISP csatlakozójának kiosztásával, így használható hozzá ugyanaz a szintillesztő eszköz is.
BME MIT 2005.
433, 868MHz-es ISM sávú rádiós kártya – Fejlesztői dokumentáció -D01a
11
