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【后羿DIY】低功耗远距离无线通信模块开发(结贴)
阅读: 21110 |  回复: 56 楼层直达

2017/10/18 10:11:07
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694844985
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方案名称:915MHZ中远距离无线通信模块

设计简要说明:

利用MCU+RF实现中心频率915MHZ的无线收发系统,具体参数规格如下:

通信距离:1000-2000m

通信速率:0~57600kbs

接口类型:Micro USB/TTL串口

供电方式:USB/外部电源供电

供电范围:DC5-18V

申请物料:

HY0320  10颗

HY0620 10颗

2017/10/19 20:59:18
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694844985
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重新编辑下

2017/10/22 21:07:24
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694844985
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重新编辑调整下顺序

2017/10/23 13:34:52
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694844985
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方案设计

方案采用MCU+RF的结构,MCU采用STM2F042F6P6作为主控,RF收发器采用siliconlabs的高性能Sub1G芯片SI4463,两个主芯片均工作在低功耗模式下,保证系统在性能可靠的前提下,降低系统功耗,通过经过优化算法的数传无线收发算法,保证数据能考可靠稳定的进行传输。

下面开始上电路图

电源电路,输入电压范围DC5V-24V,增加了可恢复保险丝,由于空间问题没有在输入端增加TVS做保护

TTL串口电路,为了增加系统稳定性和可靠性,串联了电阻,另外为做好接口兼容性,保证5V TTL串口电平,中间使用了后羿电子提供的MOSFET HY0320作为电平转换,保证3.3V和5V电平相互转换。

MCU主控电路,主控电路与RF芯片之间通过SPI接口进行通信,完成数据的收发以及控制。

.

RF射频电路,该电路需要通过大量测试进行参数匹配,保证系统信号完整性。其中为了降低系统功耗,使用后羿电子提供的HY0620 进行电源的供电与断开的控制。

2017/10/23 13:35:51
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本来打算等样片到了再继续搞,过一段时间会比较忙,所以不等样片了,先搞起来了,本来可以做2层板的,但是由于体积限制,板子空间太小,被迫做了4层PCB,好在目前的4层PCB的成本也不高,上PCB图,板子尺寸:30*15mm

PCB布局图(顶层)

PCB布局图(底层)

顶层布线,射频进行了50欧姆阻抗控制,保证信号的完整性。对射频电路进行了合理的规划布局。

中间层

中间层(电源层)

底层布线

2017/10/24 20:37:28
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694844985
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PCB进行阻抗匹配,通过控制线间距、线宽、对地距离保证50欧姆阻抗匹配
2017/10/29 15:07:12
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694844985
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PCB打样归来,多做了一些,反正价格也不贵,板子正面

反面

2017/11/02 09:46:33
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694844985
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焊接备料中......
2017/11/04 19:47:01
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694844985
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焊接完成,上样机

产品符合小型化要求,适合集成,样机大小只有硬币大小

2017/11/04 19:47:52
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694844985
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软件源码在制版期间已经完成,待测试中......
2017/11/05 07:48:25
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694844985
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上代码,完整工程图,基于Keil5开发

2017/11/05 07:50:10
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694844985
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主程序结构如下:
/* USER CODE END 0 */

int main(void)
{

  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

/* MCU Configuration----------------------------------------------------------*/
  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
	 HAL_Init();
  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();
  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_DMA_Init();
  MX_IWDG_Init();
  MX_SPI1_Init();
 // MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
 //GetLockCode();
 //rev_ID_write(Lock_Code1);
 //Lock_Code=0;
 //Lock_Code=rev_ID_read();
 //	if(Lock_Code != Lock_Code1) 
	//	return 0; //??0x123456789ABC??????ID
  RF_init();
  /* USER CODE END 2 */
  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
  /* USER CODE END WHILE */
  /* USER CODE BEGIN 3 */
    RF_TX_RX_CTRL();
    RF_Process();
    HAL_IWDG_Refresh(&hiwdg);//watch dog
    
	}
  /* USER CODE END 3 */

}
2017/11/05 07:52:14
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694844985
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产品设计中涉及用到的外设包括SPI、USART、DMA、定时器以及看门狗。

其中SPI用来与RF射频收发器进行数据传输以及参数配置,USART作为用户数据的收发,DMA与USART配合提高数据收发效率

2017/11/05 07:55:20
14
694844985
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RF收发器调试,首先通过SPI接口读取RF收发器的ID,如果ID为4463,那么可以证明通信接口通信没问题,对RF收发芯片的初始化配置操作在工程中void RF_init()函数中实现,下面上具体参数配置源码

void RF_init()
{
	Si4463_GpioInt();
	HAL_DMA_Abort_IT(&hdma_usart1_tx);
	HAL_DMA_Abort_IT(&hdma_usart1_rx);	


	RF_parameters_init();
	RF_parameters_read();	
	
    MX_USART1_UART_Init();
	HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,tx_ph_data,buffer_size);
	__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_IDLE);    //??????
	
	sdn_reset();// reset RF
	SI4463_init();  // RF INIT
	delay_us(200);
	spi_read_info();
	delay_us(200);


	HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI2_3_IRQn);
	HAL_NVIC_ClearPendingIRQ(EXTI2_3_IRQn);
	HAL_NVIC_SetPriority(EXTI2_3_IRQn, 1, 0);

	delay_us(200);
	nIRQ=1;
	recv_end_flag=0;
	uart_rx_len=0;
	rx_len_tmp=0;
	len_var=0;
	rx_init();
	__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart1);
  HAL_IWDG_Start(&hiwdg);//start iwdg
}

2017/11/05 07:56:11
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694844985
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spi_read_info();为读取id函数,返回值为4463,证明通信接口正常工作。
2017/11/05 07:57:50
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694844985
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下面为大家展现RF具体寄存器参数配置函数,该RF芯片有各类配置寄存器一百多个,需要配置大量的参数:
void SI4463_init(void)
{	
	U8 app_command_buf[20];

	//spi_write(0x07, RF_GPIO_PIN_CFG_data);   
	app_command_buf[0] = 0x13;			// SET GPIO PORT
	app_command_buf[1]  = 0x14; 		// gpio 0 ,Rx data
	app_command_buf[2]  = 0x02;    		// gpio1, output 0
	app_command_buf[3]  = 0x21;  		// gpio2, hign while in receive mode
	app_command_buf[4]  = 0x20; 		// gpio3, hign while in transmit mode 
	app_command_buf[5]  = 0x27;   		// nIRQ
	app_command_buf[6]  = 0x0b;  		// sdo
	spi_write(7, app_command_buf); 

	// spi_write(0x05, RF_GLOBAL_XO_TUNE_1_data); 
	app_command_buf[0] = 0x11;  
	app_command_buf[1]  = 0x00;    
	app_command_buf[2]  = 0x01;    
	app_command_buf[3]  = 0x00;  
	app_command_buf[4]  = 125;  			// freq  adjustment
	spi_write(5, app_command_buf);

	// spi_write(0x05, RF_GLOBAL_CONFIG_1_data);
	app_command_buf[0] = 0x11;  
	app_command_buf[1]  = 0x00;
	app_command_buf[2]  = 0x01; 
	app_command_buf[3]  = 0x03; 
	app_command_buf[4]  = 0x40;  		// tx = rx = 64 byte,PH,high performance mode
	spi_write(5, app_command_buf); 

	spi_write(0x08, (unsigned char *)RF_FRR_CTL_A_MODE_4_data);    // disable all fast response register

	// spi_write(0x0D, RF_PREAMBLE_TX_LENGTH_9_data); // set Preamble
	app_command_buf[0] = 0x11;  
	app_command_buf[1]  = 0x10;    
	app_command_buf[2]  = 0x09;    
	app_command_buf[3]  = 0x00;   
	app_command_buf[4]  = 0x08;							//  8 bytes Preamble
	app_command_buf[5]  = 0x14;							//  detect 20 bits
	app_command_buf[6]  = 0x00;						
	app_command_buf[7]  = 0x0f;
	app_command_buf[8]  = 0x31;  						//  no manchest.1010.??
	app_command_buf[9]  = 0x00;
	app_command_buf[10]  = 0x00;
	app_command_buf[11]  = 0x00;
	app_command_buf[12]  = 0x00;
	spi_write(13, app_command_buf);	

	//  RF_SYNC_CONFIG_5_data,							// set sync
	app_command_buf[0] = 0x11;  
	app_command_buf[1]  = 0x11;
	app_command_buf[2]  = 0x05;
	app_command_buf[3]  = 0x00;
	app_command_buf[4]  = 0x01;   						// no manchest , 2 bytes
	app_command_buf[5]  = 0x2d;   						// sync byte3
	app_command_buf[6]  = 0xd4;							// sync byte2
	app_command_buf[7]  = 0x00;							// sync byte1
	app_command_buf[8]  = 0x00;							// sync byte0
	spi_write(9, app_command_buf);


	//  packet crc         
	app_command_buf[0] = 0x11;  
	app_command_buf[1]  = 0x12; 
	app_command_buf[2]  = 0x01; 
	app_command_buf[3]  = 0x00;
	app_command_buf[4]  = 0x81;							// CRC = itu-c, enable crc
	spi_write(5, app_command_buf);  

	// packet   gernale configuration        
	app_command_buf[0] = 0x11;  
	app_command_buf[1]  = 0x12;
	app_command_buf[2]  = 0x01;
	app_command_buf[3]  = 0x06;
	app_command_buf[4]  = 0x02;							// CRC MSB, data MSB
	spi_write(5, app_command_buf);

	// spi_write(0x07, RF_PKT_LEN_3_data);   
	app_command_buf[0] = 0x11;  
	app_command_buf[1]  = 0x12;
	app_command_buf[2]  = 0x03;
	app_command_buf[3]  = 0x08;
	app_command_buf[4]  = 0x0a;
	app_command_buf[5]  = 0x01;
	app_command_buf[6]  = 0x00;						 
	spi_write(7, app_command_buf);         

	app_command_buf[0]  = 0x11;  
	app_command_buf[1]  = 0x12;
	app_command_buf[2]  = 0x0c;
	app_command_buf[3]  = 0x0d;
	app_command_buf[4]  = 0x00;
	app_command_buf[5]  = 0x05;
	app_command_buf[6]  = 0x04;
	app_command_buf[7]  = 0xaa;
	app_command_buf[8]  = 0x00;
	app_command_buf[9]  = payload_length;
	app_command_buf[10]  = 0x00;
	app_command_buf[11]  = 0xaa;
	app_command_buf[12]  = 0x00; 
	app_command_buf[13]  = 0x00;
	app_command_buf[14]  = 0x00;
	app_command_buf[15]  = 0x00;
	spi_write(16, app_command_buf);					// set length of Field 1 -- 4

	// spi_write(0x0C, RF_PKT_FIELD_4_LENGTH_12_8_8_data);
	app_command_buf[0] = 0x11;  
	app_command_buf[1]  = 0x12; 
	app_command_buf[2]  = 0x08;
	app_command_buf[3]  = 0x19;
	app_command_buf[4]  = 0x00;
	app_command_buf[5]  = 0x00;
	app_command_buf[6]  = 0x00;
	app_command_buf[7]  = 0x00;
	app_command_buf[8]  = 0x00;
	app_command_buf[9]  = 0x00;
	app_command_buf[10]  = 0x00;
	app_command_buf[11]  = 0x00;
	spi_write(12, app_command_buf);

	spi_write(0x10, (unsigned char *)RF_MODEM_MOD_TYPE_12_data);        
	spi_write(0x05, (unsigned char *)RF_MODEM_FREQ_DEV_0_1_data);

	spi_write(0x10, (unsigned char *)RF_MODEM_TX_RAMP_DELAY_12_data);    	
	spi_write(0x10, (unsigned char *)BCR_NCO_OFFSET_2_12_data);
	spi_write(0x10, (unsigned char *)RF_MODEM_TX_RAMP_DELAY_12_data);			
	spi_write(0x07, (unsigned char *)RF_MODEM_AFC_LIMITER_1_3_data);	
	//spi_write(0x10, BCR_NCO_OFFSET_2_12_data);

	spi_write(0x05, (unsigned char *)RF_MODEM_AGC_CONTROL_1_data);		
	spi_write(0x10, (unsigned char *)AGC_WINDOW_SIZE_12_data);	
	spi_write(0x0c, (unsigned char *)RF_MODEM_RAW_CONTROL_8_data);
	//	spi_write(0x10, (unsigned char *)AGC_WINDOW_SIZE_12_data);

	// spi_write(0x05, RF_MODEM_RSSI_COMP_1_data);
	app_command_buf[0] = 0x11;  
	app_command_buf[1] = 0x20;                                                     
	app_command_buf[2] = 0x01;                                                   
	app_command_buf[3] = 0x4e;             
	app_command_buf[4]  = 0x40;
	spi_write(5, app_command_buf);            	     

	spi_write(0x10, (unsigned char *)COE13_7_0_12_data);
	spi_write(0x10, (unsigned char *)COE1_7_0_12_data);
	spi_write(0x10, (unsigned char *)COE7_7_0_12_data);       

	// RF_PA
	app_command_buf[0] = 0x11;  
	app_command_buf[1]  = 0x22;                                                    
	app_command_buf[2]  = 0x04;                                               
	app_command_buf[3]  = 0x00;                                                     
	app_command_buf[4]  = 0x08;
	app_command_buf[5]  = POWER;							// set max power
	app_command_buf[6]  =0x00;
	app_command_buf[7]  = 0x3d;
	spi_write(8, app_command_buf);        

	spi_write(0x0B, (unsigned char *)RF_SYNTH_PFDCP_CPFF_7_data);

	// header match
	app_command_buf[0] = 0x11;  
	app_command_buf[1]  = 0x30;                                                     
	app_command_buf[2]  = 0x0c;                                                   
	app_command_buf[3]  = 0x00;                                                       
	app_command_buf[4]  = rf_id[0];
	app_command_buf[5]  = 0xff;
	app_command_buf[6]  = 0x40;
	app_command_buf[7]  = rf_id[1];                                      
	app_command_buf[8]  = 0xff;                                       
	app_command_buf[9]  = 0x01; 
	app_command_buf[10] = rf_id[2];                                   
	app_command_buf[11]  =0xff;                                       
	app_command_buf[12]  =0x02;
	app_command_buf[13]  = rf_id[3];                                  
	app_command_buf[14]  = 0xff;
	app_command_buf[15]  =0x03;
	spi_write(16, app_command_buf); 					// ????í·??

	spi_write(6, (unsigned char *)RF_MODEM_RAW_SEARCH2_2_data);
	
	
//	RF_FREQ_CONTROL_INTE_8_data[5] =uRF_FREQ_CONTROL[0];
// 	RF_FREQ_CONTROL_INTE_8_data[6] =uRF_FREQ_CONTROL[1];
// 	RF_FREQ_CONTROL_INTE_8_data[7] =uRF_FREQ_CONTROL[2];
	spi_write(12, (unsigned char *)RF_FREQ_CONTROL_INTE_8_data); 	    // set frequency    	
} 
2017/11/05 08:03:06
17
694844985
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系统整个工作流程大概如下:

首先配置好RF收发器,使其可以正常收发数据,这包括寄存器参数配置,设备ID、中心频率、空中传输速度、中断等等配置

然后用户通过串口发送数据时,系统在DMA的控制下直接将数据存入指定发送缓冲区,并且将发送标志位置位,此时无线收发系统RF检测到有数据要发送,便会启动发送数据,当RF发送数据完成后,通过中断通知CPU数据发送完成。需要注意的是RF每次最多发送64字节 数据,当待发送数据超过64字节时,系统会自动拆包处理,接收数据过程与发送数据类似,只是方向相反。

2017/11/05 08:10:30
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694844985
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下面上一个完整的测试工程源码RF_0913_F042F6P6_ID.rar,有兴趣的可以研究一下
2017/11/05 08:12:52
19
694844985
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LV4
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展现实测结果的时间到了:

测试条件:

串口波特率:57600kps

空中传输速度:150kps

室外环境:市区道路

在如此高速的情况,测试稳定通讯距离达到了991米

2017/11/05 08:13:36
20
694844985
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LV4
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**此帖已被管理员删除**
2017/11/05 19:11:41
21
1372570085zm
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LV1
士兵
稳定性如何,如果稳定性没问题,这个距离已经很厉害了
2017/11/07 20:32:28
22
1372570085zm
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LV1
士兵
这个模块能提供完整的方案么
2017/11/08 10:44:18
23
三峡土老帽
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LV3
排长

各种模式下的功耗是多少?

2017/11/08 21:41:10
24
1372570085zm
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LV1
士兵
发送功耗在20ma左右,接收在15ma左右,待机功耗10ua
2017/11/10 17:47:51
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694844985
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对于软件流程有疑问的朋友可以相互交流,这个透传算法我是搞了好一段时间
2017/11/12 14:17:47
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三峡土老帽
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排长
CC1101的程序有没参考参考
2017/11/12 19:51:35
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694844985
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cc1101直接去ti官网找就行了,很多
2017/11/14 16:21:53
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694844985
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透传算法将会在活动结束后找时间共享出来供大家参考使用。
2017/11/19 14:22:27
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目前透传算法经过优化,疲劳测试一周,丢包率为0%
2018/01/10 10:12:58
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lihui710884923
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师长
这个是4G模块
2018/01/04 09:39:58
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CC1101在灵敏度上要稍微差一点
2018/03/09 14:30:55
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待机功耗可以降到5ua

2017/12/19 11:47:46
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目前未做休眠处理,找时间将休眠功能加上
2017/11/16 11:25:16
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这部分的参数匹配很重要,很多设计距离达不到都是这个参数没有匹配好
2017/11/21 09:28:43
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参数匹配涉及到阻抗控制,天线滤波参数匹配等等
2017/11/24 09:10:59
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下一步计划增加pa,提高发射距离,具体提高到2km-4km

2018/01/02 22:02:29
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pa选型完成,下一步准备再打个板子试验
2018/01/05 14:27:35
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weiyang_911
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班长

学习下

2018/02/02 14:20:47
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欢迎交流讨论
2018/03/30 15:59:48
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特别感谢后裔论坛提供的样品元器件的支持
2018/03/30 16:01:01
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目前产品已经接到部分订单,准备量产
2018/03/30 16:01:19
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感谢大家的大力支持
2018/03/30 16:01:44
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欢迎新老客户的前来咨询
2018/03/30 16:03:06
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另外,本人可以做各类的项目,也希望大家有兴趣咨询
2018/03/30 16:03:30
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对于软件流程有疑问的朋友可以相互交流,这个透传算法我是搞了好一段时间
2018/03/30 16:04:35
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目前中短距离通信,在物联网中使用十分广泛,阿里做的IOT智能城市中就用到了相关的技术

2018/03/30 16:05:12
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2018/03/30 16:05:23
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**此帖已被管理员删除**
2018/03/30 16:05:36
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2018/03/30 16:05:49
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2018/03/30 16:05:57
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2018/03/30 16:06:11
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欢迎大家来给我增加点人气
2018/03/31 12:52:47
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希望更多人参与活动
2018/04/01 09:36:50
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2018/04/01 11:32:52
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默认通讯距离(开阔地测试):600m左右(通讯距离最高可调达到2000m,空中波特率0~57600kbs)。

默认空闲电流:16MA(模块在不同的工作模式下的工作电流不同)。

工作频率范围(433.4—473.0MHz,多达100个通信频道) 最大100mW发射功率(可设置)

模块支持软件升级。(我们为客户提供升级软件)

默认出厂设置:工作模式 FU3,波特率 9600bps,通讯频道 CH001(433.4M)。

2018/04/02 09:28:14
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另外配有pc端参数配置软件,方便客户灵活配置

2018/04/04 17:36:45
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pc端软件可以设置串口波特率,空速,设备id等信息

2018/04/09 16:27:13
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另外,设备采用透传算法,可以在低速度下进行全双工通信
2018/04/10 21:45:27
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目前产品会进行老化测试
2018/04/15 11:17:26
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活动即将结束了
2018/04/17 13:17:28
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lihui710884923
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师长
这个透传算法具体具体指那一块,串口数据接收,
2018/04/18 18:34:35
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不是,收发机制的建立,因为这种通信都是单工的,如果算法做的好,就可以实现双工
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