RF433Analyser: 7 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Thiết bị được hướng dẫn này tạo ra một công cụ đo lường để giúp phân tích các đường truyền RF 433MHz thường được sử dụng cho truyền thông từ xa công suất thấp trong tự động hóa gia đình và cảm biến. Nó có thể dễ dàng được sửa đổi để hoạt động với các đường truyền tần số 315MHz được sử dụng ở một số quốc gia. Điều này sẽ là bằng cách sử dụng phiên bản 315MHz của RXB6 thay vì phiên bản 433MHz hiện tại.

Mục đích của công cụ là hai lần. Đầu tiên, nó cung cấp một máy đo cường độ tín hiệu (RSSI) có thể được sử dụng để kiểm tra vùng phủ sóng xung quanh một khu đất và tìm bất kỳ điểm đen nào. Thứ hai, nó có thể thu thập dữ liệu sạch từ máy phát để cho phép phân tích dữ liệu và giao thức được sử dụng bởi các thiết bị khác nhau dễ dàng hơn. Điều này rất hữu ích nếu cố gắng thiết kế các tiện ích bổ sung tương thích cho các đơn vị hiện có. Thông thường, việc thu thập dữ liệu rất phức tạp do nhiễu nền có trong máy thu tạo ra nhiều chuyển đổi giả và khiến việc phát hiện ra các đường truyền thực sự trở nên khó khăn hơn.

Thiết bị sử dụng bộ thu siêu nhanh RXB6. Điều này sử dụng chip thu Synoxo-SYN500R có đầu ra tương tự RSSI. Đây thực sự là một phiên bản đệm của tín hiệu AGC được sử dụng để điều khiển độ lợi của máy thu và cung cấp cường độ tín hiệu trên một phạm vi rộng.

Bộ thu được giám sát bởi mô-đun ESP8266 (ESP-12F) chuyển đổi tín hiệu RSSI. Nó cũng hỗ trợ một màn hình OLED cục bộ nhỏ (SSD1306). Thiết bị điện tử cũng có thể nắm bắt thông tin thời gian về quá trình chuyển đổi dữ liệu.

Chụp có thể được kích hoạt cục bộ bằng một nút trên thiết bị. Dữ liệu đã chụp được lưu vào tệp để phân tích sau này.

Mô-đun ESP12 chạy một máy chủ web để cấp quyền truy cập vào các tệp và quá trình chụp cũng có thể được kích hoạt từ đây.

Thiết bị này được cung cấp bởi một pin sạc LIPO nhỏ. Điều này mang lại thời gian chạy hợp lý và thiết bị điện tử có dòng điện tĩnh thấp khi không sử dụng.

Bước 1: Các thành phần và công cụ cần thiết

Lưu ý quan trọng:

Tôi đã tìm thấy một số máy thu RXB6 433Mhz có đầu ra RSSI không hoạt động mặc dù AGC và phần còn lại của chức năng là OK. Tôi nghi ngờ có thể có một số chip Syn500R nhân bản đang được sử dụng. Tôi nhận thấy rằng các máy thu có nhãn là WL301-341 sử dụng chip tương thích Syn5500R và RSSI đang hoạt động. Họ cũng có lợi thế là không sử dụng sàng lọc có thể làm cho tụ điện AGC dễ dàng sửa đổi hơn. Tôi muốn khuyên bạn nên sử dụng các đơn vị này.

Các thành phần sau là cần thiết

Mô-đun wifi ESP-12F

• Bộ điều chỉnh 3.3V xc6203
• Tụ điện 220uF 6V
• 2 điốt schottky
• Nút nhấn 6mm
• n kênh MOSFET, ví dụ: AO3400
• kênh p MOSFET, ví dụ: AO3401
• điện trở 2x4k7, 3 x 100K, 1 x 470K
• mảnh nhỏ của bảng tạo mẫu
• RXB6 hoặc WL301-341 bộ thu siêu tốc 433MHz
• Màn hình OLED SSD1306 0,96 (phiên bản SPI màu đơn)
• Pin LIPO 802030 400mAh
• Đầu nối 3 chân để sạc
• Trèo lên dây
• Dây đồng tráng men tự chảy
• Nhựa epoxy
• Băng keo hai mặt
• Bao vây in 3D

Công cụ cần thiết

• Mỏ hàn điểm mịn
• Bím tóc
• Cái nhíp
• Kìm

Bước 2: Sơ đồ

Mạch khá đơn giản.

Bộ điều chỉnh LDO 3.3V chuyển đổi LIP thành 3.3V cần thiết cho mô-đun ESP-12F.

Nguồn được cung cấp cho cả màn hình và Bộ thu thông qua hai MOSFETS chuyển đổi để chúng tắt khi mô-đun ESP đang ngủ.

Nút khởi động hệ thống bằng cách cấp 3.3V cho đầu vào EN của ESP8266. GPIO5 sau đó duy trì điều này trong khi mô-đun đang hoạt động. Nút này cũng được giám sát bằng GPIO12. Khi GPIO5 được giải phóng thì EN sẽ bị loại bỏ và thiết bị sẽ tắt.

Đường dữ liệu từ máy thu được giám sát bởi GPIO4. Tín hiệu RSSI được giám sát bởi AGC thông qua bộ chia tiềm năng 2: 1.

Màn hình SSD1306 được điều khiển thông qua SPI bao gồm 5 tín hiệu GPIO, có thể sử dụng phiên bản I2C nhưng điều này sẽ yêu cầu thay đổi thư viện được sử dụng và ánh xạ lại một số GPIO.

Bước 3: Sửa đổi người nhận

Như được cung cấp, RXB6 không cung cấp tín hiệu RSSI trên các chân dữ liệu bên ngoài của nó.

Một sửa đổi đơn giản làm cho điều này trở nên khả thi. Đầu nối tín hiệu DER trên thiết bị thực chất chỉ là sự lặp lại của tín hiệu Tín hiệu dữ liệu. Chúng được nối với nhau thông qua điện trở 0 Ohm có nhãn R6. Điều này phải được loại bỏ bằng cách sử dụng một mỏ hàn. Thành phần có nhãn R7 bây giờ phải được liên kết với nhau. Đầu trên thực sự là tín hiệu RSSI và phần dưới là đầu nối DER. Người ta có thể sử dụng một điện trở 0 Ohm nhưng tôi chỉ liên kết với một chút dây. Các vị trí này có thể tiếp cận được bên ngoài hộp sàng lọc kim loại mà không cần phải tháo ra để sửa đổi này.

Việc sửa đổi có thể được kiểm tra bằng cách gắn một vôn kế qua DER và GND khi máy thu được cấp nguồn. Nó sẽ hiển thị điện áp từ khoảng 0,4V (không nhận được điện) đến khoảng 1,8V với nguồn cục bộ là 433MHz (ví dụ: điều khiển từ xa).

Sửa đổi thứ hai không hoàn toàn cần thiết nhưng khá đáng mong đợi. Như đã cung cấp, thời gian phản hồi AGC của bộ thu được đặt khá chậm, mất vài trăm mili giây để phản hồi lại tín hiệu đã nhận. Điều này làm giảm độ phân giải thời gian trong quá trình chụp RSSI và cũng làm cho việc sử dụng RSSI làm trình kích hoạt để thu thập dữ liệu kém phản hồi hơn.

Có một tụ điện duy nhất kiểm soát thời gian phản hồi AGC nhưng thật không may, nó nằm dưới tấm lọc kim loại. Thực sự khá dễ dàng để tháo hộp sàng lọc vì nó chỉ được giữ bằng 3 vấu và nó có thể được nâng lên bằng cách làm nóng lần lượt từng cái này và sử dụng một tuốc nơ vít nhỏ. Sau khi loại bỏ, người ta có thể làm sạch các lỗ để lắp ráp lại bằng cách sử dụng bện khử hàn hoặc khoan lại với khoảng 0,8mm bit.

Việc sửa đổi là loại bỏ tụ điện AGC C4 hiện có và thay thế bằng tụ điện 0,22uF. Điều này tăng tốc độ phản hồi AGC lên khoảng 10 lần. Nó không có bất kỳ ảnh hưởng bất lợi nào đến hiệu suất của máy thu. Trong hình ảnh, tôi hiển thị một đường cắt và một liên kết đến bản nhạc này từ tụ điện AGC. Điều này là không cần thiết nhưng làm cho điểm AGC có sẵn trên một miếng đệm bên ngoài màn hình có thể dưới tinh thể trong trường hợp người ta muốn thêm điện dung bổ sung trở lại. Tôi không cần phải làm điều đó. Sau đó, sàng lọc có thể được thay thế.

Nếu sử dụng thiết bị WL301-341 RX thì ảnh cho thấy điều này với tụ điện AGC được đánh dấu. Chân tín hiệu RSSI cũng được hiển thị. Điều này không thực sự được kết nối với bất cứ điều gì. Người ta có thể chỉ cần kết nối một dây nhỏ trực tiếp vào chốt. Ngoài ra, ở đó hai chân jumper trung tâm được kết nối với nhau và cả hai đều mang đầu ra dữ liệu. Dấu vết giữa chúng có thể được cắt và sau đó RSSI được liên kết với thiết bị dự phòng để làm cho tín hiệu RSSI có sẵn trên đầu ra jumper.

Bước 4: Thi công

Có khoảng 10 thành phần cần thiết bên ngoài mô-đun ESP-12. Chúng có thể được tạo thành và kết nối trên một phần của bảng tạo mẫu. Tôi đã sử dụng một bảng tạo mẫu cụ thể của ESP mà tôi đã sử dụng để tạo điều kiện thuận lợi cho việc gắn bộ điều chỉnh và các thành phần smd khác. Điều này được gắn trực tiếp trên đầu mô-đun ESP-12.

Hộp tôi sử dụng là một thiết kế in 3D với 3 vết lõm ở đế để lấy mô-đun thu, hiển thị và esp. Nó có một đường cắt cho màn hình và các lỗ cho điểm sạc và nút nhấn, các lỗ này sẽ được lắp vào và cố định bằng một lượng nhỏ nhựa poxy.

Tôi đã sử dụng dây nối để tạo kết nối giữa 3 mô-đun, điểm sạc và các nút. và sau đó cố định chúng vào vị trí bằng cách sử dụng băng keo hai mặt cho ESP và bộ thu và nhỏ các giọt epoxy để giữ cố định các mặt của màn hình. Pin được nối với điểm sạc và được gắn trên đầu bộ thu bằng băng keo hai mặt.

Bước 5: Phần mềm và cấu hình

Phần mềm được xây dựng trong môi trường Arduino.

Mã nguồn cho việc này là tại https://github.com/roberttidey/RF433Analyser Mã có thể có một số hằng số cho mật khẩu được thay đổi vì mục đích bảo mật trước khi được biên dịch và chuyển sang thiết bị ES8266.

• WM_PASSWORD xác định mật khẩu được wifiManager sử dụng khi định cấu hình thiết bị vào mạng wifi cục bộ
• update_password xác định mật khẩu được sử dụng để cho phép cập nhật chương trình cơ sở.

Khi sử dụng lần đầu, thiết bị sẽ vào chế độ cấu hình wifi. Sử dụng điện thoại hoặc máy tính bảng để kết nối với Điểm truy cập do thiết bị thiết lập, sau đó duyệt đến 192.168.4.1. Từ đây bạn có thể chọn mạng wifi cục bộ và nhập mật khẩu của nó. Điều này chỉ cần được thực hiện một lần hoặc nếu thay đổi mạng wifi hoặc mật khẩu.

Khi thiết bị đã kết nối với mạng cục bộ, nó sẽ lắng nghe các lệnh. Giả sử địa chỉ IP của nó là 192.168.0.100 thì trước tiên hãy sử dụng 192.168.0.100:AP_PORT/upload để tải lên các tệp trong thư mục dữ liệu. Sau đó, điều này sẽ cho phép 192.168.0.100/edit xem và tải lên các tệp khác và cũng cho phép 192.168.0.100 truy cập vào giao diện người dùng.

Những điểm cần lưu ý trong phần mềm là

• ADC trong ESP8266 có thể được hiệu chỉnh để cải thiện độ chính xác của nó. Một chuỗi trong tệp cấu hình đặt các giá trị thô đạt được cho hai điện áp đầu vào. Điều này không đặc biệt quan trọng vì RSSI là một tín hiệu tương đối phụ thuộc vào ăng-ten, v.v.
• Điện áp RSSI đến db là tuyến tính hợp lý nhưng cong ở các cực. Phần mềm có một khối phù hợp để cải thiện độ chính xác.
• Hầu hết số học được thực hiện bằng cách sử dụng số nguyên được chia tỷ lệ để các giá trị RSSI thực sự gấp 100 lần thực tế. Các giá trị được ghi vào tệp hoặc được hiển thị được chuyển đổi trở lại.
• Phần mềm sử dụng một máy trạng thái đơn giản để kiểm soát việc thu thập RSSI và chuyển đổi dữ liệu.
• Quá trình chuyển đổi dữ liệu được giám sát bằng cách sử dụng một quy trình dịch vụ ngắt. Quá trình xử lý vòng lặp Arduino bình thường bị tạm dừng trong quá trình thu thập dữ liệu và cơ quan giám sát vẫn tồn tại cục bộ. Điều này là để cố gắng cải thiện độ trễ gián đoạn để giữ cho các phép đo thời gian trung thực nhất có thể.

Cấu hình

Điều này được giữ trong esp433Config.txt.

Để nắm bắt RSSI, khoảng thời gian và khoảng thời gian lấy mẫu có thể được thiết lập.

Để thu thập dữ liệu, mức kích hoạt RSSI, số lượng chuyển tiếp và thời lượng tối đa có thể được thiết lập. Mức kích hoạt phù hợp là khoảng + 20dB trên nền không có mức tín hiệu. Một chuỗi pulseWidths cũng cho phép phân loại đơn giản độ rộng xung để phân tích dễ dàng hơn. Mỗi dòng được ghi lại có xung Xung, chiều rộng tính bằng micrô giây và mã là chỉ số trong chuỗi XungWidths lớn hơn chiều rộng đo được.

CalString có thể cải thiện độ chính xác của ADC.

nhàn rỗiTimeout kiểm soát số mili giây không hoạt động (không có ảnh chụp) trước khi thiết bị tự động tắt. Đặt nó thành 0 có nghĩa là nó sẽ không hết thời gian chờ.

Ba cài đặt nút kiểm soát những gì phân biệt các lần nhấn nút ngắn vừa và dài.

displayUpdate cung cấp khoảng thời gian làm mới hiển thị cục bộ.

Bước 6: Cách sử dụng

Thiết bị được bật bằng cách nhấn nút trong một thời gian ngắn.

Màn hình ban đầu sẽ hiển thị địa chỉ IP cục bộ trong vài giây trước khi bắt đầu hiển thị mức RSSI trong thời gian thực.

Một lần nhấn nút ngắn sẽ bắt đầu ghi RSSI vào tệp. Thông thường, điều này sẽ kết thúc khi thời lượng RSSI kết thúc nhưng một lần nhấn nút ngắn nữa cũng sẽ kết thúc quá trình chụp.

Nhấn nút vừa sẽ bắt đầu chụp chuyển đổi dữ liệu. Màn hình sẽ hiển thị chờ kích hoạt. Khi RSSI vượt qua mức kích hoạt, nó sẽ bắt đầu ghi lại quá trình chuyển đổi dữ liệu theo thời gian cho số lượng chuyển đổi được chỉ định.

Giữ nút xuống lâu hơn thời gian dài của nút sẽ làm tắt nguồn thiết bị.

Các lệnh chụp cũng có thể được bắt đầu từ giao diện web.

Bước 7: Giao diện web

Truy cập thiết bị bằng địa chỉ ip của nó sẽ hiển thị giao diện web với 3 tab; Captures, status and config.

Màn hình chụp hiển thị các tệp hiện đã được chụp. Nội dung của một tập tin có thể được hiển thị bằng cách nhấp vào tên của nó. Ngoài ra còn có các nút xóa và tải xuống cho mỗi tệp.

Ngoài ra còn có các nút chụp RSSI và bắt dữ liệu có thể được sử dụng để bắt đầu quá trình chụp. Nếu một tên tệp được cung cấp, nó sẽ được sử dụng nếu không, một tên mặc định sẽ được tạo.

Tab cấu hình hiển thị cấu hình hiện tại và cho phép thay đổi và lưu các giá trị.

Giao diện web hỗ trợ các cuộc gọi sau

/ chỉnh sửa - truy cập hệ thống lưu trữ của thiết bị; có thể được sử dụng để tải xuống các biện pháp Tệp

• / status - trả về một chuỗi chứa chi tiết trạng thái
• / loadconfig -trả lại một chuỗi chứa chi tiết cấu hình
• / saveconfig - gửi và lưu một chuỗi để cập nhật cấu hình
• / loadcapture - trả về một chuỗi chứa các số đo từ một tệp
• / setmeasureindex - thay đổi chỉ số sẽ được sử dụng cho lần đo tiếp theo
• / getcapturefiles - lấy một chuỗi với danh sách các tệp đo lường có sẵn
• / capture - kích hoạt bắt RSSI hoặc dữ liệu
• / firmware - bắt đầu cập nhật chương trình cơ sở