Radiomodul för 868 MHz

[thepirateboy]

Inledning:
Jag har länge funderat på att göra en radiomodul som är någorlunda billig men som har bra prestanda och många finesser.
Den ska dessutom vara enkel att använda och konfigurera. Det som finns att köpa och som är billigt att köpa är "made in china"
med allt vad det innebär.


Hårdvara:
För att klara ovanstående krav har detta resulterat i en design med en IEEE 802.15.4 radio (AT86RF212) samt en Atmega88PA
på samma kort. AT86RF212 är en radio-transceiver som kan både ta emot och sända data vilket är en förutsättning för en
robust radiolänk. På så sätt vet man alltid om data som man skickar kommer fram eller inte. Mottagna data indikeras med
signalstyrka och signalkvalitét vilket underlättar installation och felsökning enormt.

Normalt använder man AT86RF212 till Zigbee tillsammans med en MCU med >64kB flash. Det finns dock inget som hindrar att
man skapa sitt eget protokoll som är betydligt enklare än Zigbee. På så sätt så klarar man sig gott och väl på de 8kB
flash som finns i Atmega88P.

Mellan antennen och radiotransceiver:n sitter en balun avsedd för AT86RF212 för att omvandla 100 ohm till 50 ohm.
På så sätt spar man plats och risken för dålig impedansanpassning minskar jämfört om man skulle använda diskreta komponenter.

En PCB-antenn används för att hålla ner kostnaden (den är ju "gratis"). Antennen är hämtad från en app. note av
Texas Instrument och ska rätt anpassad fungera bra enligt Ti.

För att få plats med alla komponenter och hålla ner kortytan måste Atmega:n monteras på undersidan.
Jag använder också de billigaste kristallerna jag hittat. Det går att montera extern antenn om man hellre vill det genom
att montera en SMA-kontakt. Kortet kan antingen spänningsmatas via ett CR2032 batteri eller via extern spänningsmatning.


Mjukvara:
Det finns i huvudsak två open source programvaror som jag känner till, uracoli och Atmels MAC stack. Ett annat alternativ är
förstås att skriva allt själv. uracoli har jag aldrig kommit överens med så tanken är att använda Atmels MAC stack.

Kommunikation med omvärlden sker via UART. Korten ska kunna konfigueras att fungera som batteridrivna sensorer eller som
nätanslutna sensorer eller mottagare.


Lite fakta i korthet:
• >110 dB i länk budget ger lång räckvidd, ca 40 meter inomhus och 400 meter vid fri sikt (uppmätt med 5 dBm uteffekt och PCB-antenn).
• Datahastighet 20 kbps
• Adresserbara moduler, enkelt att skapa nätverk med sensorer utan konflikter
• 5st analoga ingångar eller 6st I/O
• UART (TTL) interface
• Ca 1 uA strömförbrukning i sovläge
• Kort uppstartstid (< 1ms)
• Signalstyrka och signalkvalité mätning
• Antikollisionsfunktion (CSMA-CA)
• Automatisk ack
• Automatisk omsändning
• Automatisk CRC-check
• Anslutning för extern antenn


EDIT: 2010-12-05 Uppdaterat infotext
EDIT: 2011-02-27 Schema + gerber uppdaterat
EDIT: 2011-04-09 Schema + BOM + Manual uppdaterat
EDIT: 2011-06-04 Schema + BOM + Manual + Mjukvara uppdaterat
EDIT: 2011-08-27 Manual + Mjukvara uppdaterat

Schema:

Schematic_Simple_868MHz_radio_ver1.2.rar

BOM:

BOM_Simple_868MHz_radio_v1.2.rar

Manual:

Manual_Simple_868MHz_Radio_v0.5.rar

Mjukvara:

Simple-868MHz-radio_v0.4.rar

Nedan visas några bilder på hur designen ser ut just nu (2010-11-08).

868MHz-radio.PNG

868MHz-radio_3D_top.PNG

868MHz-radio_3D_bottom.PNG

[toffie]

Va spännande!
Du har kopplat ihop allt och det fungerar redan eller?

Med kortantennen resp. SMA antenn, hur lång räckvidd kan man få på ett ungefär? Svårt och säga exakt, men
på ett ungefär.. 1km / 5km / 10km?

Vad blir det för in-data? Är det UART, SPI, I2C eller nåt annat skoj?

Kan du tänka dig att sälja såna här sedan och vad går komponentkostnaden på, på ett ungefär?
Såg att AT86RF212 bara kostade runt en 5 dollar, det är ju inte så farligt.. Med kort och allt, vad skulle det kunna bli.. 250-300 kanske?
Eller är jag för optimistisk

Vad är för övrigt det stora gråa blocket på undersidan för något? Är det bara skydd mot störningar? Vad heter det, jordplåt?
Har glömt bort..

[thepirateboy]

Jag har gjort liknande projekt förut så att det inte skulle fungera är jag inte rädd för.
Det enda jag är rädd för är att kristallen inte fungerar då den ligger utanför spec. när det gäller lastkapacitanserna.

Över 1 km tror jag blir svårt att nå med normala antenner men mellan 500-1000 meter hoppas jag på.
Beror lite på hur man mäter också, står man på två bergstoppar kan man förstås nå längre.
PCB-antennen ska tydligen, rätt intunad, vara rätt bra.

In-data och kontroll av radion blir genom UART och nåt enkelt protokoll.

Komponentkostnaden just nu ligger på 80kr inkl. PCB. Helst skulle jag vilja komma ner ännu mer
men det är svårt att spara in på nåt mer. Gör man fler blir det förstås billigare.

Vi får se när det blir klart, eller rättare sagt om det blir klart, om det blir några till salu.

Det gråa blocket på undersidan är batterihållaren för CR2032. Den ser förstås inte riktigt så ut i verkligheten.
Tyvärr blir det ingen skärmkåpa för radion, i alla fall inte på den här versionen.

Ska ta och cadda klart kortet i helgen och beställa PCB.

[toffie]

Aha, det låter som om du har koll på det hela
Upp till 1km verkar väl rätt bra det, det skulle ju fungera bra för alla de tri- och quadcoptrarna som byggs nu till exempel.

Kostnaden verkar ju inte bli alltför blödig, visserligen krävs ju antenner, men annars skulle de nästan vara billigare
och kanske bättre i räckvidd än de som Swech har för tillfället, exempelvis..?


Jag glömde bort batteriet helt och hållet, så hade ingen tanke på att det kanske var hållaren där
Och nej, riktigt så ser de ju inte ut Men å andra sidan, hur ofta funkar 3D programmen för kretskort helt och hållet?
Tycker det ser riktigt trevligt ut som det gör ändå!

Men då får man hoppas på lite tester inom kort och även hoppas att allt går bra

[Borre]

Intressant. Säg till om du tänker sälja några.

[thepirateboy]

Nu tycker jag kortet är klart för att beställning. Ska bara generera gerber-filer och beställa.
Tar väl några veckor innan jag har korten.

[toffie]

Känns nästan som julafton, även fast det inte är mitt kort eller nåt.. Men känns väldigt skoj att få höra hur det funkar sen

Edit
Är detta kort också gjort i Altium Designer? Funderar på att dra hem trial och testa det lite.. Verkar ju skoj

[thepirateboy]

Jo, det är Altium. Tyvärr är det ett ganska omfattande program och har hög inlärningströskel.
Men testa att ladda hem trial och öppna något exempelprojekt http://altium.com/evaluate/download-trial.cfm

[digitaliz]

Snyggt

Vilken krets har du använt för radion?

Är P20 en SMA-kontakt? Ett förslag är att göra spår i kortet så att antenndelen kan brytas/klippas bort när SMA-kontakten används.

Kan även vara bra att klippa upp jordplanet lite under antennfiltret om du inte har räknat med kapacitansen mellan ledarna och jordplanen.

[thepirateboy]

Radion är en Atmelkrets AT86RF212, en rätt avancerad sak. http://www.atmel.com/dyn/products/produ ... rt_id=4349
Tänkte använda Atmels MAC-stack som mjukvara, den har ett hyfsat enkelt "API" så man slipper grotta ner sig i detaljer alltför mycket.
http://www.atmel.com/dyn/products/tools ... ol_id=4675

Idén med spåret var riktigt bra, ska komma ihåg det till nästa version. Tanken är precis som du säger att man ska kunna
köra med SMA eller PCB-antenn och kör man med SMA så ska man kunna kapa bort PCB-antennen för att spara plats.

[digitaliz]

Det var ju en trevlig krets det nästan inga externa komponenter

[wb4net]

Ser virkelig meget spændende og interresant ud

[thepirateboy]

Korten har anlänt och ett är monterat. Allt verkar ok så här långt. Verkar som jag har kontakt via SPI med radion också.
Nu återstår det stora jobbet att porta Atmels MAC stack till denna plattform.

868-radio_front.jpg

868-radio_rear.jpg

[Glenn]

Såg riktigt snyggt ut det där.

[thepirateboy]

Har jobbat mycket med att förstå Atmels programvara den senaste tiden.

Eftersom den är skriven för många olika hårdvaror samt alla radiokretsar som Atmel har så har jag skalat bort allt som inte
är relevant för denna hårdvara/radiokrets för att lättare kunna få en överblick över mjukvaran.

Har gjort några enkla tester på räckvidden som visar ca 100 meter från inomhus till utomhus. Helt ok.


Har nu börjat spåna lite på olika "mode" på mjukvaran. (vad f*n heter mode på svenska??)


Tänker mig fyra olika mode, Wireless Uart, Control, Sensor Event, Sensor Interval.

Wireless Uart: En eller flera enheter skickar seriella data till varandra.

Control: En enhet skickar data till en eller flera enheter. Data är kommandon för enhetens I/O-portar. (alltså avsedd för att styra saker, lampor etc.)

Sensor Event: En eller flera sensorer skickar data till en mottagare vid en händelse. Sensorerna kan vara batteridrivna.

Sensor Interval: En eller flera sensorer skickar data till en mottagare vid regelbundna interval. Sensorerna kan vara batteridrivna.

Ytterliggare en "mode" behövs, Configuration, för att kunna konfigurera enheterna med adresser, typ av mode, baudrate, m.m.