Kablosuz veri iletimi alıcı verici kartı CC1000 PIC16F876

Kablosuz veri transferi için rf alıcı verici devre tasarımı hakkında hazırlanmış bir proje oldukca detaylı faydalı bir çalışma pic mikrodenetleyici programlama ile uğraşan kişiler için çok iyi bir kaynak özellikle CC1000 UHF alıcı, verici entegresi , hyper terminal kullanımı, SmartRF Studio hakkında detaylı bilgiler ve pic ile yazılım geliştirmek için gerekli kodlar bulunuyor. Bir çok konuda çok faydalı olacak bir kaynak.

Hazırlayan: Bülent Bora SUYABATMAZ – Emeği geçen hazırlayan kişilere teşekkürler

KABLOSUZ VERİ İLETİMİ İÇİN ALICI-VERİCİ GELİŞTİRME KARTI TASARIMI VE ÖRNEK BİR UYGULAMA

Bu çalışmada kablosuz veri iletimi sağlayan alıcı-verici sistemleri üzerinde durulmuştur. Bu sistemlerin kullanım alanlarına ilişkin bilgiler verilmiş, örnek bir RF Alıcı-Verici Modülü tasarımı gerçekleştirilmiş ve tasarlanan RF modül ile örnek bir uygulama geliştirilmiştir.

Ayrıca, gerçekleştirilen tasarımın, benzer uygulamalar için altyapı teşkil edebilmesi ve bir uygulama-geliştirme platformu olarak kullanılabilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla bir kullanıcı ara yüzü geliştirilerek, sistemin çalışma şartlarını belirleyen değişkenlere, kullanıcının müdahale edebilmesi sağlanmıştır. Son olarak, ortaya çıkan ürün bazı testlere tabi tutulmuş ve emsalleri ile kıyaslanmıştır.

Kablosuz Ev Güvenlik Sistemleri Genel olarak güvenlik sistemlerinin mimarisi aynıdır ve iki ana unsurdan oluşurlar;

• Merkezi Kontrol Birimi (Santral)
• Çevresel Donanımlar (Algılayıcılar, Sirenler, Telefon Arayıcıları vb.)

Merkezi kontrol birimi, çevresel donanımlar ile haberleşerek durumlarını öğrenir ve aldığı bilgiler doğrultusunda sistemi işletir, bilgileri kullanıcı ara yüzünde görüntüler, gerekirse alarm durumuna geçerek çeşitli ikazlar üretir, özet olarak komuta-kontrol faaliyetlerini icra eder.

Bu noktada kablolu ve kablosuz sistemleri birbirinden ayıran en temel fark, merkezi ünite ile çevresel donanımlar arasındaki haberleşmenin sağlandığı iletim ortamıdır. Bu fark doğrultusunda sistemler, kablolu ve kablosuz olarak sınıflandırılırlar.

Uzaktan Ölçüm (Telemetry) Sistemleri Uzaktan ölçüm sistemlerindeki genel amaç aynıdır. Bu sistemler, çeşitli ölçüm noktalarındaki değerlerin yerinde ölçülüp, elde edilen bilgilerin başka bir noktaya iletilmesi amacıyla geliştirilmişlerdir ve çok geniş bir kulanım yelpazesine sahiptirler. SmartRF Studio 7-1.3.2

CC1000 çok düşük çalışma gerilimi ve gücü gerektiren kablosuz veri iletimi uygulamaları için tasarlanmış, gerçek manada tek parça olan, bir UHF alıcı-verici (transceiver) yongasıdır (chip). Söz konusu yonga, aslen ISM (Industrial, Scientific and Medical/ Endüstriyel, Bilimsel ve Tıbbi) ve SRD (Short Range Device/ Kısa Menzilli Cihaz ) uygulamaları için ayrılmış olan 315, 433, 868 ve 915 MHZ frekans bantları için tasarlanmış olmakla beraber, 300–1000 MHZ aralığında kullanılmak üzere herhangi bir frekansta çalışmak için kolaylıkla programlanabilmektedir.

CC1000’in işletme parametreleri, seri veri yolu (serial bus) üzerinden programlanabilmekte bu da söz konusu yongayı son derece esnek ve kullanımı kolay kılmaktadır. Temel bir uygulama için, CC1000, birkaç pasif harici devre elemanı ve bir mikro denetleyici yeterli olmaktadır.

CC1000, verici olarak koşullandığında zaman ise VCO (Voltage Controlled Oscillator/ Gerilim Kontrollü Osilatör) tarafından üretilen sinyal doğrudan güç yükseltecine (PA, Power Amplifier) aktarılmaktadır. Bu arada, VCO tarafından üretilen sinyalin frekansını belirleyen PLL’ e (Phase Locked Loop/ Faz Kilitlemeli Çevrim) ait /N bölücüsünün değeri, DIO bacağından gelen ve kablosuz olarak iletilmek istenen veriye (1/0) göre değiştirilmektedir. Bu da VCO tarafından üretilen sinyalin frekansının, DIO’ dan gelen veriye göre değişmesini sağlamakta, netice itibariyle güç yükseltecine, DIO bacağındaki veriye göre FSK modülasyonuna tabi tutulmuş olan bir RF sinyali (RF_OUT) iletilmektedir.

CC1000Özellikleri

• Tek parça halinde UHF RF (Radio Frequency) alıcı-verici
• Çok düşük akım sarfiyatı
• 300–1000 MHZ frekans aralığı
• Dahili bit eş zamanlayıcısı (bit synchronizer)
• Yüksek alma hassasiyeti (2,4 KBaud için -110 dBm)
• Programlanabilir çıkış gücü (-20 dBm – 10 dBm)
• Küçük boyut (TSSOP–28 Kılıf)
• RSSI (Radio Signal Strength Indicator) çıkışı
• Tek noktadan anten bağlantısı (Alıcı ve Verici için ortak)
• 76,8 KBaud’a kadar FSK (Frequency Shift Keying/ Frekans Kaydırmalı Anahtarlama) modülasyonlu çalışabilme
• Frekans atlamalı çalışabilme
• Az sayıda çevresel eleman

VCO ve PLL Kalibrasyonu

CC1000’ in çalıştırılabilmesi için, VCO ve PLL modüllerinin, besleme gerilimi, çalışma şartları ve sıcaklığa göre kalibrasyona tabi tutulmaları gerekmektedir. Kalibrasyon işlemi, VCO’ nun çalışabileceği frekans aralığını maksimum yapmak ve PLL şarj pompası akımının en uygun değerini tespit etmek üzere CC1000 tarafından otomatik olarak yapılmaktadır. İstenilen çalışma şartlarına ilişkin değerler CC1000’ i yazmaçlarına aktarıldıktan sonra CAL yazmacının CAL_START biti lojik ‘1’ yapılarak kalibrasyon işlemi başlatılmalıdır. Kalibrasyon işleminin tamamlanması için maksimum 34msn süre yeterli olmaktadır veya CAL_COMPLETE biti takip edilerek de işlemin durumu öğrenilebilir. Kalibrasyon işleminin tamamlanmasını müteakip, CAL_START biti tekrar lojik’0’ durumuna getirilmelidir.

2.1. Tasarımda Kullanılan Elemanlar

2.1.1. CC1000
2.1.1.1. Özellikleri
2.1.1.2. Bacak Bağlantıları
2.1.1.3. Devre Tanımlaması
2.1.1.4. Temel Uygulama Devresi
2.1.1.5. Biçimlendirmeye (Konfigürasyon) Genel Bakış
2.1.1.6. 3 Telli Biçimlendirme Ara Yüzü
2.1.1.7. Mikro Denetleyici Ara Yüzü
2.1.1.8. Sinyal Ara Yüzü
2.1.1.8.1. Senkron NRZ Kodlama
2.1.1.8.2. Senkron Manchester Kodlama
2.1.1.8.3. Asenkron UART Kodlama
2.1.1.9. Alıcı Hassasiyeti
2.1.1.10. Frekans Programlama
2.1.1.11. VCO ve PLL Kalibrasyonu
2.1.1.12. RSSI Analog Çıkışı
2.1.1.13. Çıkış Gücünün Programlanması
2.1.1.14. Anten Uygulamaları
2.1.1.15. Biçimlendirme Yazmaçları

2.1.2. PIC16F876
2.1.2.1. Çekirdek Mimari Özellikleri
2.1.2.2. Çevre Birim Özellikleri
2.1.3. CD/HC 4094 B
2.1.3.1. Özellikleri
2.1.3.2. Bacak Bağlantıları
2.2. Elektronik Devre Tasarımı
2.2.1. Besleme Katı
2.2.2. RF Modül
2.2.3. Kontrol Katı
2.2.4. RF Sinyal Seviye Göstergesi
2.2.5. Baskı Devre

2.3. Yazılım
2.3.1. Genel Bilgi
2.3.1.1. Ana Menü
2.3.1.2. “UYGULAMA” Menüsü
2.3.1.3. “GELİŞTİRME” Menüsü
2.3.1.4. “PROJE HAKKINDA” Menüsü
2.3.2. “GELİŞTİRME” Alt Menüleri
2.3.2.1. “CC1000’İ OKU” Komutu
2.3.2.2. “CC1000’E YAZ” Komutu
2.3.2.3. “EEPROM’U OKU” Komutu
2.3.2.4. “EEPROM’A YAZ” Komutu
2.3.2.5. “YAZMAÇLARI GÖSTER” Komutu
2.3.2.6. “YAZMAÇLARI YAZ” Komutu
2.3.2.7. “İLKLE” Komutu
2.3.2.8. “KAPAT” Komutu
2.3.2.9. “KALİBRASYON” Komutu
2.3.2.10. “RX” Komutu
2.3.2.11. “TX” Komutu
2.3.2.12. “TEMEL AYARLAR” Komutu
2.3.2.13. “RSSI” Komutu
2.3.3. “UYGULAMA” Alt Menüleri
2.3.3.1. “GÖREV” Seçeneği
2.3.3.2. “SUNUCU” Seçeneği
2.3.3.3. “İSTEMCİ” Seçeneği
2.3.3.4. “BAŞLAT” Komutu

2.3.4. Uygulamanın Çalışması
3. PERFORMANS TESTİ ve KARŞILAŞTIRMA
3.1. Mesafe Testleri
3.2. Karşılaştırma
4. SONUÇLAR VE ÖNERİLER
EK-1 CC1000’e Ait Yazmaç Tabloları
EK-2 HC/CD 4094 B’ ye Ait Doğruluk Tablosu