Montaje de un circuito de comunicación inalámbrica básica con codificación, implementando los módulos de radio frecuencia y los Circuitos Integrados Ht12d Y Ht12e.
En muchas ocasiones es necesario establecer un enlace de comunicación inalámbrica entre dispositivos electrónicos ya sea por elección personal o la zona donde se encuentra el dispositivo que deseamos comunicar sea imposible realizar una conexión por cable, la forma más sencilla en la actualidad de realizar una comunicación por radiofrecuencia es utilizando unos módulos de RF que transmiten y reciben por el aire la información, y unos circuitos integrados que se encargaran de enviar, recibir, codificar y decodificar la información que necesitamos enviar :
Módulos de RF:
Para crear una comunicación con estos módulos solo vasta un transmisor y un receptor de 433MHz o 315Mhz. Estos módulos nos permiten realizar una conexión inalámbrica simple (un solo sentido) entre 2 dispositivos a una baja tasa de transmisión, se recomienda que no sea mayor a los 2400 baudios
(2400 bits por segundo) para poder lograr una buena distancia de comunicación.
Estos módulos se pueden implementar en dispositivos como:
- Microcontroladores.
- Circuitos integrados digitales.
- etc.
La frecuencia de trabajo es de 433MHz o 315MHz en AM(Amplitud Modulada) con una modulación ASK/OOK, debido a que estas bandas de frecuencias son de uso libre no es necesario pagar ante el estado algún tipo de licencia por transmitir datos.
Para utilizar estos módulos basta con simplemente alimentarlos y conectar el pin de Datos por un lado del Transmisor (TX) y en otro el Receptor (RX). Estos módulos no requieren de ningún tipo de programación, ya que usan un proceso de comunicación "transparente".
Con estos módulos podemos lograr distancias que van desde:
- 8 metros~17 metros sin antena.
- 20 metros~250 metros con antena.
Las antenas recomendadas para estos módulos en su etapa de transmisión y recepción son muy variadas, podemos utilizar un simple pedazo de alambre de unos 17cm de longitud debido a que corresponde a 1/4 de la longitud de onda a 433 MHz o 16,5cm si es de 315 MHz
Pero si deseamos una mayor distancia podemos aumentar la tensión de alimentación de transmisor con esto aumenta la potencia de transmisión y podremos comunicarnos a una mayor distancia.
las especificaciones eléctricas de estos módulos son las siguientes:
Módulo TX MX-FS-03V :
- Voltaje de Operación: 3.5V~12V - Entrada de datos: TTL
- Corriente de trabajo: Máximo <= 40 mA (12V), mínimo <= 9 mA (3.5V)
- Potencia de transmisión: 10 mW (5V)
- Alcance: 0.10 metros ~ 250 metros
- Frecuencia de transmisión: 433MHz, 315MHz
- Tasa de transferencia de datos: 4 KB/seg
- Baud Rate recomendado: 2400
- Modelo de operación: AM
- Modulación: ASK/OOK
- Pines de salida: DATA/VCC/GND
- Tamaño: 1.9cm x 1.9cm
Módulo RX MX-05V :
- Voltaje de Operación: 5V DC
- Salida de datos: TTL
- Consumo de corriente: 4mA
- Sensibilidad del receptor: -105dB
- Frecuencia de recepción: 433MHz, 315MHz
- Modulación: ASK/OOK
- Principio de funcionamiento: Receptor Superregenerativo
- Modelo de operación: AM
- Modulación: ASK/OOK
- Pines: GND/DATA/DATA/VCC
- Tamaño: 2.5cm x 1.9cm
Circuitos codificador y decodificador HT12E Y HT12D
HT12E
El circuito integrado de codificación HT 12E está diseñado bajo tecnología CMOS LSI para aplicaciones de sistemas de control remoto. Son capaces de codificar 12 bits de información que consta de 8 bits de dirección y 4 bits para el envío de datos. Cada entrada de datos / dirección es externamente programable por su correspondiente pin.
Los pines OSC1 y OSC2 corresponden al oscilador interno del HT12E que cumple la tarea de ajustar la velocidad de transmisión. es necesario elegir una resistencia que va conectada entre estos dos pines segun los modulos de rf que vamos a usar.
La resistencia que recomienda el fabricante para una frecuencia entre 315MHz y 433MHz está entre 1M Ω y 1.1M Ω.
HT12D
El circuito integrado de decodificación HT 12D está diseñado bajo tecnología CMOS LSI para aplicaciones de sistemas de control remoto. Son capaces de decodificar 12 bits de información que consta de 8 bits de dirección y 4 bits para la recepción de datos. Cada entrada de dirección es externamente programable por su correspondiente pin.
Los pines OSC1 y OSC2 corresponden al oscilador interno del HT12E que cumple la tarea de ajustar la velocidad de transmisión. es necesario elegir una resistencia que va conectada entre estos dos pines segun los modulos de rf que vamos a usar.
La resistencia que recomienda el fabricante para una frecuencia entre 315MHz y 433MHz está entre 47KΩ y 51KΩ.
Construcción de prototipo de comunicación por RF:
Ahora que conocemos mejor los dispositivos que vamos a usar procederemos a crear nuestro propio sistema de comunicación inalámbrica.
Primero conseguiremos los materiales necesarios que vamos a implementar en este dispositivo.
- Kit de Módulos RF a 315MHz o 433Mhz (MX-FS-03V, MX-05V).
- 1 Circuito Integrado HT12E.
- 1 Circuito Integrado HT12D.
- 1 resistencia 1MΩ 1/4W.
- 1 resistencia 100KΩ 1/4W.
- 1 resistencia 47KΩ 1/4W.
- 1 resistencia 3.3KΩ 1/4W.
- 11 resistencias 330Ω 1/4W.
- 11 Led's difusos de 5mm.
- 2 condensadores electrolíticos de 100uF a 16v.
- 2 interruptores pequeños.
- 2 base de 18 pines (2x9) para IC DIP.
- 2 mini molex de dos pines, paso de 2.54mm con uñas.
- 2 conectores para baterias de 9v.
- 2 reguladores AMS1117 5.0 de montaje superficial.
- 2 dip switch de 8.
- 1 dip switch de 4.
- 1 header macho de 40 pines.
- 1 header hembra de 40 pines.
- 30 cm de alambre de cobre esmaltado de 1mm de diámetro.
- 1 PCB virgen en fibra de vidrio de 15cm x 10cm.
- 2 baterías de 9v.
DISEÑOS
Para los diseños de los esquemáticos y los PCB's se empleó el software de Autodesk Eagle.
Modulo de transmision
Esquemático
PCB
Modulo de recepcion
Esquemático
PCB
Proceso de fabricación de las pcb
Normalmente cuando realizamos nuestras pcb's para nuestros proyecto el método que solemos usar es el planchado y después ataque químico para remover el excedente de cobre.
Para este proyecto se decidió realizar las pcb's por el método de ruteo a través de una máquina CNC, el cual consta de sujetar la pcb virgen sobre la superficie de operación de la máquina CNC, la primera etapa que realiza la máquina es remover unas pequeñas líneas de cobre la cual queda eléctricamente aislada del resto de la placa creando así las pistas del circuito, posteriormente se realizan las perforaciones para los componentes que lleva el diseño y por último se corta la placa por los bordes.
Este proceso de fabricación es mucho más ecológico ya que no se vierten residuos líquidos contaminantes a los alcantarillados, solo quedas pequeñas partículas sólidas de cobre y fibra en forma de polvo.
Una vez terminado el proceso de fabricación de las PCB's el resultado final fue el siguiente.
Proceso de ensamblaje
Para culminar la construcción de nuestros módulos inalámbricos,solo tenemos que soldar todos los componentes en las placas y además se fabrican las antenas según visto en la teoría, para este caso se eligieron las antenas helicoidales
obteniendo el siguiente resultado.
Ahora que todo está montado, hemos limpiado la placa del exceso de flux por el proceso de soldado, hemos verificado que no haya presencia de cortocircuitos entre pistas y que la continuidad entre las mismas sea correcta solo nos resta energizar el circuito y realizar las respectivas pruebas.
Pruebas de funcionamiento
Probar nuestros modulos de comunicacion inalambrica es supremamente sencillo lo único que debemos hacer es verificar que los interruptores de los dip switch de 8 en nuestros dos módulos y estos deben coincidir en su secuencia (ej: m1-10110001, m2-10110001) y encender los módulos, automáticamente empiezan a transmitir.
Solo debemos cambiar de posición los interruptores del dip switch de 4 y veremos como los 4 led's del módulo de recepción prenden y apagan.
Con respecto a la distancia de transmisión solo se probaron hasta 10 metros y funcionaron perfectamente.
Video del funcionamiento
Archivos
-Diseños en Autodesk Eagle:
Referencias
-https://www.vistronica.com/comunicaciones/radiofrecuencia/modulo-rf-transmisor-y-receptor-315mhz-detail.html
-https://naylampmechatronics.com/inalambrico/405-modulo-rf-315-mhz-tx-y-rx.html
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