Поддерживать связь c другими людьми крайне важно, особенно, если вы оказались в экстремальной ситуации или просто перемещаетесь по сложному маршруту, где есть риск заблудиться либо столкнуться c опасностью. И одним из наиболее удобных устройств в этом случае окажется простая рация. В статье студент Казанского техникума информационных технологий и связи рассказывает подробно о процессе разработки рации.
Рация не только позволит разговаривать на большом удалении друг от друга, но и будет эффективна тогда, когда мобильный телефон ничем не сможет помочь. Кроме того, многие современные рации оснащены возможностью широкого выбора и автоматического поиска каналов, подачи сигнала бедствия, a также многими другими весьма полезными опциями.
Основой работы рации является принцип беспроводной радиосвязи, который заключается в передаче и приеме радиосигналов между устройствами.
Одним из главных преимуществ раций перед мобильными телефонами является то, что они могут работать в условиях, когда мобильная связь недоступна. Это особенно важно в экстренных ситуациях, когда связь должна быть максимально надежной и доступной.
Кроме того, рации имеют ряд других преимуществ перед мобильными телефонами, например, более широкий диапазон радиопередачи и более стабильное соединение. Они также более экономичны в использовании, так как не требуют оплаты за использование сети мобильной связи.
Рации широко применяются в экстренных службах, таких как пожарные, полиция и скорая помощь. Они используются для координации действий и передачи важной информации между участниками операции.
В данной статье будем рассматривать процесс разработки рации на основе микроконтроллера ATmega328P и радиомодуля nRF24L01+PA+LNA.
Для реализации данного проекта необходимы следующие электронные компоненты:
− микроконтроллер ATmega328P-PU;
− радиомодуль nRF24L01+PA+LNA;
− усилитель звука PAM8403;
− модуль микрофона MAX9814;
− корпус;
− динамики 4 Ом 3 Вт;
− модуль часов DS3231;
− OLED дисплей 128х64 I2C;
− модуль зарядного устройства TP4056;
− кнопка переключатель;
− повышающий модуль питания;
− аккумулятор;
− тактовая кнопка.
Перед началом сборки устройства необходимо проверить все компоненты на работоспособность. На рынке встречаются очень много подделок радиомодуля nRF24L01+PA+LNA. Копии данного модуля работают нестабильно.
Для проверки работоспособности модуля необходимо сперва загрузить программу «nrf_listen_air» для прослушивания всех каналов и открыть монитор последовательного порта Arduino IDE.
Если вы увидели похожую картинку, тест на работоспособность (исправность) радиомодуля и правильность его подключения пройден успешно. Далее необходимо таким же образом проверить следующий радиомодуль.
Следующим этапом проверки является передача информации между двумя радиомодулями. Первый радиомодуль будет отправлять информацию, а второй принимать.
Для этого необходимо загрузить следующие программы: «transmitter» и «receiver»
Включаем передатчик и приемник. Если приемник принимает хотя бы каждый третий пакет, то это уже успех. У меня не получилось. Приемник по непонятным причинам принимал максимум 10 пакетов.
Радиомодуль nRF24l01 требует стабильного питания 3.3В. Для решения данной проблемы было решено припаять на контакты питания 2 конденсаторов: электролитический конденсатор емкостью 100 мкФ (выполняет роль НЧ-фильтра) и керамический конденсатор 0.33 мкФ (выполняет роль ВЧ-фильтра). И счастье привалило, сразу 999 принятых пакетов из максимально возможных 1000.
Недостатком данного модуля является то, что он работает в радиочастотном диапазоне ISM (Industrial, Scientific, Medical) 2,4 ГГц, на котором работают Wi-Fi, Bluetooth и другие устройства, например, радиотелефоны и даже СВЧ-печи. Эти устройства могут глушить некоторые каналы данного диапазона. Поэтому вблизи таких устройств дальность связи между модулями, на некоторых каналах, резко уменьшается. Увеличить дальность можно? сменив канал связи на любой из 128 доступных модулям nRF24L01+.
После проверки всех электронных компонентов необходимо приступить к изготовлению печатной платы согласно принципиальной электрической схемы.
Для изготовления печатных плат можно использовать различные технологии. Я выбрал традиционный метод ЛУТ.
Лазерно-утюжная технология применяется для самостоятельного изготовления печатных плат в домашних условиях. При большой температуре тонер плавится и оседает на печатной поверхности. Именно этот принцип и заложен в ЛУТ. Поэтому, чтобы использовать эту технологию, необходим всего-навсего лазерный принтер, утюг и термотрансферная бумага
После изготовления печатной платы я приступил к пайке всех компонентов согласно схеме. Основное питание платы будет осуществлять через повышающий преобразователь, который выдает на выходе 5В, а питание радио модуля NRF24L01+ PA + LNA будет осуществляться через понижающий преобразователь на 3.3В.
В качестве корпуса я выбрал обычную распределительную коробку из «Леруа Мерлен».
Убедившись, что все электронные компоненты работают, я приступил к размещению их внутри корпуса. Первым делом в специальные отверстия в лицевой панели корпуса были размещены микрофон, динамик и OLED дисплей. Далее в верхней части корпуса была выведена антенна радио модуля NRF24L01 + PA + LNA.
Готовое устройство представлено на рисунке.
Работа устройства осуществляется следующим способом: после включения питания на дисплей выводится режим работы рации, «Прием» или «Передача», а также текущая дата и время. После нажатия на тактовую кнопку устройство переходит в режим передачи, а второе устройство находясь в режиме приема принимает звуковые сигналы и выводит на динамик.
В сети могут работать неограниченное количество устройств. Отмечу лишь, что одновременная передача с двух невозможна, вернее, возможна, но в эфире будет каша, а вот в режиме приемника может быть сколько угодно.
Последним этапом является написание прошивки для устройства. Для начала необходимо установить следующие библиотеки:
− библиотека RF24 для работы с радиомодулями nRF24L01+;
− библиотека RF24Audio для передачи звука;
− библиотека GyverOLED для вывода изображения на дисплей:
− библиотека microDS3231 для работы с модулем часов.
Далее необходимо загрузить прошивку в микроконтроллеры.
Прошивка –единственная для всех устройств. Если делать независимые друг от друга сети, то необходимо в прошивке поменять номер канала
Обмен информации между устройствами осуществляется на основе готовой библиотеки RF24Audio. Данная библиотека получает аналоговый сигнал из портов микроконтроллера преобразует в цифровой сигнал и передает на другие устройства. Для корректной работы библиотеки необходимо установить оригинальную библиотеку RF24.
Прошивка и все библиотеки находятся на GitHub по ссылке.
Статью подготовил И. Галяутдинов, студент 4 курса специальности «Компьютерные системы и комплексы» ГАПОУ «МЦК-КТИТС».
Если хотите узнавать больше о развитии ИТ и новостях индустрии, подписывайтесь на телеграм-канал и подкаст “Поток”
