Интерфейсы с радиоканалом

December 21, 2010 by admin Комментировать »

Интерфейс "Blue tooth" представляет собой стандарт беспроводной связи по радиоканалу на небольшие расстояния (до 10 м, с возможностью расширения до 100 м) в нелицензируемом диапазоне частот (2,4 ГГц). Он использует метод скачкообразной перестройки по частоте — FHSS. Смена частоты канала происходит по псевдослучайному закону 1600 раз в секунду. Данные передаются в различных режимах, обеспечивается простая интеграция со стеком коммуникационных протоколов TCP/IP, предусмотрена поддержка трех речевых каналов, скорость передачи до 721 Кбит/с.

В интерфейсе используются небольшие приемопередатчики малого радиуса действия либо непосредственно встроенные в устройство, либо подключаемые через свободный порт или PC-карту. В отличие от IrDA, адаптеры не требуют обеспечения прямой видимости между соединяемыми устройствами, допускают не только связь «точка-точка», но и многоточечные соединения. До восьми расположенных рядом устройств образуют пикосеть (Piconet). Пикосети, в свою очередь, объединяются между собой в распределенную сеть (Scatternet). Каждое устройство имеет уникальный 48-битовый сетевой адрес, совместимый с форматом стандарта локальных сетей IEEE.802.

Компоненты Bluetooth представляют собой сложные многофункциональные устройства, предназначенные для сопряжения с USB, SPI, UART и RS- 232 интерфейсами. Из фирм производителей таких компонентов следует выделить Atmel, Fujitsu и Philips.

Перечень микросхем Atmel [www.atmel.com]:

•                      AT76C551 – однокристальный Bluetooth контроллер со встроенным RISC процессором ARM7TDMI;

•                      T7023 – ISM/ Bluetooth усилитель мощности;

•                      T7024 – ISM/ Bluetooth оконечная ИС.

Перечень модулей Fujitsu [www.fme.fujitsu.com]:

•                     MBH7BT08 – модуль для поверхностного монтажа, имеет встроенный интерфейс AT-команд для управления связью;

•                     MBH7BT09 – Bluetooth модуль 2 класса мощности с SPP протоколом, поддерживающий аппаратный интерфейс UART и программные интерфейсы: L2CAP, SDP, RFCOMM и SPP;

•                     MBH7BT02 – Bluetooth модуль 2 класса мощности, основан на программном стандартном интерфейсе HCI и выполняет функции связи через встроенные аппаратные интерфейсы USB, UART и PCM для обеспечения высокой степени универсальности.

Перечень модулей Philips [www.semiconductors.philips.com]:

•                     PCF87852 – Bluetooth контроллер, выполненный на основе RISC процессора;

•                      BGB101 – Bluetooth радио модуль;

•                      BGB102 – Bluetooth радио модуль;

•                      BGB202 – Bluetooth модуль, выполненный на основе микросхем PCF87852 и BGB102.

В настоящее время в числе перечисленных Bluetooth компонентов одним из наиболее перспективных в использовании является модуль BGB202 (рис. 2.12). Он обладает наименьшими размерами – 7×8 мм и требует минимального числа дополнительных навесных элементов. На рис. 2.13 приведена схема подключения этого модуля.

Рис. 2.12. Конструкция Bluetooth-модуля BGB202

Основой BGB202 является ИС PCF87852, включающая ARM процессор, встроенное ПЗУ и ядро Bluetooth с множеством различных стандартных интерфейсов (UART, I2C, PCM/IOM, JTAG). Радиотракт BGB202 построен на приемопередатчике с почти нулевой ПЧ и включает в себя интегральный антенный фильтр для подавления сигналов других диапазонов, переключатель прием/передача, согласующие трансформаторы для приема и передачи, модулятор и базовую развязку по питанию. Для получения законченной интерфейсной системы Bluetooth необходимо подключить к микросхеме только внешний источник тактовой частоты и антенну.

Рис. 2.13. Схема подключения Bluetooth-модуля BGB202

Если в устройстве уже есть интерфейс USB или порт RS-232, то может оказаться более целесообразным применение готового адаптера. Компания SMART Modular Technologies, Inc. сообщила о выпуске USB – Bluetooth адаптера (рис. 2.14), совместимого со спецификациями Bluetooth 1.1 и USB 1.1. Устройство имеет размеры 58х19х9 мм и может использоваться как с настольными РС, так и с ноутбуками для обеспечения связи с различными устройствами, например, принтерами с поддержкой Bluetooth или для доступа в Интернет через беспроводный модем или мобильный телефон.

Рис. 2.14. USB – Bluetooth адаптер фирмы SMART Modular Technologies

Напряжение питания устройства составляет 5 В, адаптер оснащен 8 Мб флэш-памяти для хранения микрокода. Чувствительность приемника от 80 дБм; диапазон частот устройства 2,402 – 2,480 ГГц, дальность действия до 30 м.

Bluetooth 1.1 адаптер с интерфейсом RS-232 представлен на рис. 2.15. Адаптер имеет 50 Ом антенну, а также 8 Мб встроенной флэш-памяти для приложений. Адаптеры класса 1 поддерживают Serial Port Profile (SPP), Dial Up Networking (DUN), Generic Access Profile (GAP) и Service Discovery Application Profile (SDAP). Адаптеры класса 2 являются обычной заменой кабеля с поддержкой SPP. Изделия обоих классов способны автоматически обнаруживать источник питания (внутренний/ хост-контроллера).

Рис. 2.15. Bluetooth 1.1 адаптер с интерфейсом RS-232 от SMART Modular

Известной альтернативой Bluetooth является интерфейс ZigBee. Однокристальные RF трансиверы, работающие по технологиям ZigBee, изготавливаются фирмами Atmel [www.atmel.com], Chipcon [www.chipcon.com], Motorola [www. freescale.com], Xemics [www.xemics.com] и др. В качестве примера в табл. 2.3 приведены некоторые типы этих микросхем и их основные параметры.

Таблица 2.3

Произв.

Наименов.

Тип продукта

Диапазон частот, M^

Скорость передачи

Модуляция

Chipcon

CC2400

Transceiver

2400 – 2483

1.0 Mbps

GFSK/FSK

Chipcon

CC2420

Transceiver

2400 – 2483.5

250 kbps

GFSK/FSK

Atmel

AT86RF210

Transceiver

400 – 950

64 kbps

FSK

Motorola

MC13191

Transceiver

2400 – 2500

250 kbps

O-QPSK

Motorola

MC13192

Transceiver

2400 – 2483

250 kbps

O-QPSK

Микросхема трансивера CC2400 выполнена по 0.18 мкм КМОП- технологии и размещена в 48-выводном QLP-48 корпусе с размерами 7×7 мм. Ее схема подключения показана на рис. 2.16. Обмен данными с этим трансивером производится через SPI или специальный последовательный

оо

Рис. 2.16. Типовая схема включения ИС СС2400

интерфейс, для радиоканала требуется только подключение внешней антенны и небольшого числа внешних элементов.

Из указанных в табл. 2.3, микросхема MC13192 имеет наименьшее число выводов – 32, размещена в корпусе QFN-32 с размерами 5×5 мм. Схема подключения MC13192 к микроконтроллеру показана на рис. 2.17. В обоих примерах связь микросхем RF-трансиверов с микроконтроллерами может осуществляться с помощью стандартного SPI-интерфейса.

Продолжает совершенствоваться технология беспроводной связи в рамках широко распространенного компьютерного интерфейса USB. Примеры реализации WirelessUSB будут рассмотрены позднее в соответствующем разделе.

В настоящее время разрабатываются средства беспроводной передачи данных с принципиально отличающимися алгоритмами использования радиоканалов. Например, технология сверхширокополосной связи UWB предполагает использование в радиоканале частотного диапазона до 10 ГГц без несущей в форме синусоидального сигнала. Информация передается посредством времяимпульсной модуляции нано или субнаносекундных импульсов. Это позволяет создавать беспроводные интерфейсные средства с весьма высокой скоростью передачи данных.

Применяемый во многих технологиях беспроводной связи псевдослучайный алгоритм переключений радиоканалов обеспечивает шумоподобный спектр излучаемых сигналов, а это приводит к распределению энергию передаваемых сигналов в широкой полосе частот. Для других приемников эти сигналы будут восприниматься как небольшой по уровню эфирный шум, не мешающий приему. Поэтому в одном и том же диапазоне частот могут одновременно работать несколько приемопередатчиков. Кроме того, для снижения уровня перекрестных помех мощность передатчиков в интерфейсах ограничена уровнем единицы мВт.

Следует отметить, что беспроводные интерфейсы в средствах автоматизации имеют ограниченное применение. Обеспечить надежную работу этих интерфейсов в условиях высокого уровня индустриальных помех не всегда возможно.

С\ о

Рис. 2.17. Практическая схема соединения МС13192 с MCU

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты