Svenska ElektronikForumet

Jag fick en fråga av en kompis tidigare ikväll (natt) om mätning av korta pulser och kommunikation med en smartfån.
Idealet vore en STM32F av något slag för själva mätningen men sen ska man kommunicera med en smartfån på ett avstånd av ungefär 100m som mest och då blir det jobbigare...

Alternativ:
1. 868MHz sändare och mottagare.
2. WiFi.

Alternativ 1 är väl enklast om man bortser från mottagaren vid smartfånen och att sedan få smartfånen att svälja data.

Alternativ 2 känns väl smidigast men då har man två alternativ:
2A. Fixa till WiFi direkt från processorn vilket jag tror kan bli småstökigt. Dessutom måste man väl få WiFin godkänd antar jag.
2B. Gå via USB och använda en färdig WiFi-modul. Då hamnar problemet på nivån USB-drivrutin och drivrutin för WiFi-modulen.

Alternativt får man ha en ESP32 för kommunikationen och en liten STM32F för mätning av pulserna. Kanske det enklaste.

Någon som har några råd?

Alternativ är att mätburken kör 3g/4g direkt och laddar upp på en server. Smartphone:n hämtar dataan.

Andra alternativ innebär att du måste bygga en brygga mellan någon radio och wifi/blåtand.
Lora moduler har bra räckvidd annars.

3G modemet är "global"
https://www.mikroe.com/3g-sara-click

4G varianten europa
https://www.mikroe.com/4g-lte-e-click

Eller direkt från smartfånen till mätburken via 3G/4G men då krävs SIM-kort med publik IP. Bäst är en fast IP men det går med dynamisk också med DDNS. Använd gärna VPN-tunnel också, en del modem har inbyggd VPN server.

Wifi-modul över USB låter väl tillkrånglat.

Ta en "intelligent" Wifi-modul med inbyggd IP-stack etc, som bara har något enkelt SPI-gränssnitt eller liknande.
Motsvarande lösning med BT 5.0 skulle nog också fungera utmärkt.

100m wifi utan riktantenner blir gränsfall.

Kommer du ha någon fast punkt med tillgång till ström vid smartphonen? Isåfall kan man sätta en accesspunkt med riktantenn där och en esp32 på sensorn.

Har du inte det utan allt är batteridrivet så är nog LoRa eller liknande en bättre lösning.

Man kan väl sätta en accesspunkt (med DHCP-server) nånstans på vägen bara, som både mätburk och telefon ansluter till? Varje delsträcka blir ju då mindre än 100 m i alla fall.

ESP8266 kan mäta relativt korta pulser? För WiFi via ESP8266 så fungerar det riktigt bra även på längre avstånd. Samma sak med kvalitetsradio 866MHz, bra prylar och bra antenn och räckvidden är en frågan om fri sikt.
Finns fri sikt så bör en ESP8266 tillsammans med någon bättre radio i andra änden ge minst 1km räckvidd, troligen mer med anständig överföringshastighet. Enklare riktantenn och sträckan kan bli ett par gånger längre.
Smartfånar har ofta riktigt dåliga WiFi-antenner med varierande egenskaper beroende på hur man håller i telefonen.
Är direktförbindelse till smartfån med okänd WiFi-funktion ett villkor eller finns inte optisk sikt så går det inte garantera 10 meter överföringssträcka.

För 866MHz ser jag själv ofta usla implementationer av bra radio-chip. Räckvidd innan det börjar tappa kan ligga på 10 meter, fri sikt.
Mycket handlar om att optimera radions bandbredds-register och antenn-matchning/antenn samt undvika lokala störningar, både på PCB och andra störkällor i närheten.
För inbyggd antenn i handhållna enheter och TI CC11xx får jag ca en km räckvidd i förorts-miljö mellan två sådana enheter och 1kHz FSK. Andra har nått betydligt längre.
Här ett exempel på 10km, utan att använda riktantenn. Det behövs dock inte mycket fysiskt hinder för att drastiskt minska räckvidden.
BLE 5, LoRa, GSM/GPRS är andra alternativ som kan ge lång räckvidd.
Är batteri-kostnad och laglighet ett mindre problem kan man öka uteffekten rejält för bättre räckvidd. Varje 6 dB dubblar räckvidden på sändaren i grova drag. Sådana prylar kan hittas där man säljer drönar-radios eller WiFi-extenders.

Det verkar som om en ESP32 skulle kunna vara något att starta med.
Hittade till slut lite mer information om det lilla kräket än det som kallas "datablad" innehöll. Går under benämningen "Technical Reference Manual". Den är på ~600 sidor men jag tror att det skulle vara bra med dubbelt.
Det som gjorde att jag föll för den var att den har tre stycken "captureingångar" som verkar snabba och bra och därmed kan man mäta både pulsbredd och fas på tre signaler. Välutrustad med Interrupt också.

Någon här med erfarenhet av ESP32? Vad bör man tänka på? Det verkar finnas moduler med inbyggd JTAG och "riktig" utvecklingsmiljö.
Någon som har kört RTOS på en ESP32? Vilket?
Någon ESP32-modul som är att föredra? Bra ställe att köpa? De verkar finnas i stort sett överallt med priser mellan 30 och 200 kronor.

Har jag fattat rätt när jag påstår att en ESP32 skulle kunna vara en webbserver via WiFi till en smartfån? Utan allt för mycket blod, svett och tårar.
Vad behöver man för godkännande om man väljer en ESP32 modul förutom det vanliga EMC-köret?

ESP32 är en efterföljare till ESP8266 med möjlighet till andra protokoll än wifi och klarar kanske BT. Sist jag höll på med den var BT-stacken under utveckling.
Radion på ESP8266 har jag mätt på och är imponerad. Radion i ESP32 vet jag nästan inget alls om.
Det lilla jag kodat för ESP8266 har varit Arduino-miljö.
Båda chippen finn FCC-certifierad och med PCB med integrerad antenn och USB för programmering mm. Kopior på FCC-mätningar och annat finns för nedladdning hos chip-tillverkaren, Espressif.

Jag har köpt en hög med ESP av denna typ, då den har lågt pris samt lite större flash-minne. Antennen är nog ok men jag några av dom ESP-12 jag köpt har haft allvarligt felaktig antenn-tuning som reducerade räckvidden med en faktor 100. Detta kort tillverkas av många Kines-fabriker och kvalitets-kontrollen är inte alltid på topp.

Behövde lite större minne då det gav mej möjlighet att flasha om chippet via radio. Om inte annat så blir programuppdatering väldigt bekväm.
Det går utmärkt att köra både webb-server och klient samtidigt om man vill. Det jag saknade på 8266 var RTC så vid varje uppstart kontaktas en NNTP-server som ger offset-tal till programräknaren.
Det ger fullt ok fungerande klocka +/- någon sekund per vecka.
Vanlig kritik mot ESP8266 är att den vid initieringen av wifi-förbindelse tar ett par hundra mA under några tiondelar av en sekund. Sviktar då strömförsörjningen kan det hänga sej totalt.
Annat är att vilo-moderna är särskilt automatisk väckning från deep sleep.
Eftersom ESP8266 såväl som ESP32 är populära i Arduino-kretsar så finns mängder av kod och kodexempel.

Kan inte uttala mej om om ESP32, men om du köper en sådan här krets som är komplett utvecklingsmiljö med USB-interface, installera Arduino-miljö på datorn är gjort på 5 minuter. Det kan ta ytterligare några minuter att gå igenom vad som behövs i inställningsväg. Då har du även hittat ett antal exempel på webbservrar som medföljer ESP8266. Flasha tar 20 sekunder och du har servern i luften.
Jag är inte så smart och programmerar inte särskilt mycket så det tog nog 30 minuter innan allt var igång så att jag kunde tända/släcka lysdioden på utvecklingskortet via mobiltelefonen.
Även om du vill jobba med ESP32 som har ett hav av inteface-funktioner olika typer av GPIO inkl touch så skulle jag nog rekommendera att starta med ESP8266 för att sedan ta steget vidare till ESP32 när man fått lite känsla. Priset är i vart fall inte så blodigt, så beställ lite av varje.
Behöver du förbättra räckvidden med rundstrålande antenn så har jag utvecklat en serie PCB-antenner för ändamålet som har lite extra hög effektivitet jämfört med liknande antenner på marknaden.
Byter man antenn förloras dock FCC-godkännandet.

Lite av vad ESP32 duger till:
Räckvidd med inbyggd PIFA-antenn mellan två enheter:

Hur vet man om antennen är bra eller inte? En gissning är vel att en modul med antenn tillverkad av Espressif borde vara bra. Eller?

Hur är det med certifiering om man använder en sådan modul? Det vanliga EMC-köret för kringkretsarna gäller väl men tillkommer det något för radion?

Om en antenn är bra är lite individuellt. Extern riktantenn koncentrerar mottagning/sändning i en riktning.
Bra vid punkt till punkt kommunikation men kräver utrymme.
Riktverkan gör att antennen selekterar bort en del störningar, och rikt-gainet kan nyttjas till att förbättra räckvidd eller minska max-behovet av effekt i radion för att spara batteri-energi.
Om man tittar på majoriteten av IoT-tillämpningar är det däremot ett krav eller bekvämlighet ha rundstrålande funktion och helst inte använda någon synlig extern antenn alls även om det innebär att man måste pruta på antenn-effektiviteten.
Det är så för t.ex. nästan alla moderna smart-telefoner att det finns inte tillräckligt utrymme för interna antennen för signaler 800-900 MHz. Främsta problemet är telefonens tjocklek som är för liten för att rymma en vettig PIFA-antenn, som är den vanligaste lösningen.
Design med modet att telefonen ska vara tunn begränsar både antenn och batteri-teknik samt påverkar mekanisk sammansättning.
Tyvärr så är det så att design är viktigare än funktion även bland märkes-telefoner.
För 15 år sedan var det närmast tvärs om och bra antenn och bra batteri-livslängd hade prioritet före design.
Det är områden som tekniken gått bakåt på under dessa 15 år. Så gott som samtliga smart-telefoner har sämre antenn-funktion än vad som var minimi-norm förr.

Bra antenn är anpassad till behovet, med så hög effektivitet som möjligt. Effektivitet är mätbar storhet men behovet kan vara rätt olika.
Vad gäller antenn/radio-effektivitet så mäter jag det på i princip allt som är bärbart sedan 20 år.
Det är lite reverse engineering för att hålla sej uppdaterad på utvecklingen samt att kunna förbättra mina egna designer och egna mätprogramvaror.

Espressif har inte lagt ned mycket jobb på antenn-funktion. Det går inte heller optimera antenn-funktionen med avseende på impedans för enbart det egna kretskortet som är för litet för att få egen stabilitet när kortet placeras ihop med andra kretskort och kablage i en låda av okänt material. PIFA-antennen man har är "lagom", funkar okey i de flesta sammanhang. Det finns en version från Espressif med keram-antenn som däremot by design är dömd att alltid fungera uselt i alla miljöer.
Radion köpt i plåtburk är i sej godkänd av FCC och därmed även av ETSI även om ETSI inte låtsas om det och RED-direktivet har havererat sedan Tyskland drog sej ur. Det handlade bland annat om att ETSI ville införa regler att WiFi-radion skulle vara spärrad i hårdvaran för t.ex. kanalval och uteffekt vilket skulle omöjliggöra universal-radio för WiFi där kanalvalen styrdes av mjukvara. Det skulle då kraftigt begränsa urvalet av WiFi-kretsar som kunde säljas i Europa till 0. Bastarder som klarade både BT och WiFI i samma kapsel skulle även de bli en omöjlighet.
Vi får se hur det går men för närvarande gäller självcertifiering och god EMI-design gynnar egna produkten på flerea plan, utöver eventuell certifiering.
Däremot så tappas FCC-certifieringen om man byter antenn jämfört med den som ingick i certifieringen.
Dock så medför antenn-byte till något mer välmatchat nästan alltid bättre egenskaper även ur EMI-synpunkt.

Tack för intressant svar.

Det är väl allmänt känt sedan ganska länge att så fort man blandar in en "industridesigner" går form före funktion. Tyvärr.