Вопросы про модули RF433 Arduino?

Question

[mIka01]

Здраствуйте, у меня есть задача по определению движущихся объектов вплоть до объектов за стенками.
Решил использовать эффект Доплера. Знаю что есть модуль RCWL-0516, однако в моем распоряжении есть только модули rf 433 так же хотелось бы использовать их как одновременный способ передачи информации.
Сами вопросы: возможно ли используя приемник, из этого комплекта модулей, использовать его как sdr приемник ?
Можно ли в нем менять принимаемую частоту или длину волны (программно)? "Аналогично с передатчиком"
Не работал с Arduino, так что можно ли подключить оба модуля к одному МК и поочередно передавать и принимать сигнал практически без задержек (ниже на картинке показана задержка между отправкой и приемом сигнала)?

Нашел данные с осциллографа по ножкам приема и передачи этих модулей.
(красный - сигнал на ноге передатчика и синий - сигнал на ноге приёмника).

Можно ли измеряя расстояние между пиками приемника, понять об произошедшем эффекте Доплера.
Можно ли утверждать что разница между величиной пика отправленного и принятого сигнала будет затраченная энергия для преодолевания сигнала через препятствия?
Можно ли с помощью них передавать аналоговый сигнал?

P.S. Схема устройств:

P.P.S. Я вообще не работал ранее с электроникой, так что если вопросы покажутся глупыми, то извините.

Заранее благодарю.

Answer 1

[mordo445]

Дорогой mIka01 , скажите руководителю, что пока он сам не придумает как при помощи RF433 и 16MHz ардуины обнаружить доплеровское смещение от объекта за стеной, вам такие задачи в продашен не ставит -- разве что как учебный проект результат которого только обучение. RF433 использует амплитудную модуляцию, сдвиг сигнала на выходе это результат, скажем так, сработавшего тригера, который получил от демодулятора достаточной длины и уровня сигнал, который устройством будет считаться за единицу и будет передан в контроллер. От доплеровского сдвига он зависит весьма опосредовано -- в непонятную сторону, определяемую разбросом параметров элементов. Сдвиг будет больше при плохом сигнале. Ща нарисую



Тот мизерный эффект Доплера, который будет создаваться движущимися не параходом и не самолетом будет двигать несущую в ширь или в узь, и в зависимости от настройки регенератора приемника на эту частоту будет давать уровень сигнала выше или ниже, и только. Гораздо сильнее на решение демодулятора будут влиять помехи многолучевого распространения и наводок -- для вас это шум и помеха полезному сигналу. Я нарисовал диаграмму, с защитными интервалами, но что то не уверен что они там у RF433 есть, по моему просто вкл/выкл, так что вы будете страдать от такого шума сильнее. Сигнал на выходе приемника будет ерзать по фазе совершенно не передавая как нибудь объяснимо что там вокруг антенн происходит. А для каких нибудь извращений с обработкой сигнала самой ардуиной вам частоты процессора будет очень не хватать, всего то 16 МГц, понадобится антенна размером с маленький дирижабль
Если вам руководитель расскажет как это сделать, не томите, поделитесь! Я даже попробую на практике.

Comments

[mIka01]

Спасибо большое за развёрнутый ответ.
Нам руководитель дал задачу и разбил на группы по 5 человек. В группе есть свой главный, который и определяет вектор развития и принимает решения об одобрение концепции или нет. Это главный решил использовать эффект доплера, а мы как послушные подчаненые идём по этой концепции. Руководителю приносим набросок способа решения и что нам нужно для этого, а он уже одобряет или нет. Естественно внося коррективы, как отказ в покупке некоторых компонентов обуславливая это тем что в жизни у нас не будет идеальных условий. Понятно что руководитель специалист широкого профиля так как и задачи у нас разные. Он (видимо) прочитал про эффект Доплера (конструктор машиностроения) и сказал нам что использовать все готовое не подойдёт (усложнил задачу). Наш главный предложил этот датчик в замену так как он одобрен был ранее и переделывать всю концепцию будет через чур долго.
Я должен был проработать это все, однако лаборатория из-за корантиных ограничений (Москва) закрыта. Смотрел в интернете и так как первый курс машиностроения, то в электронике я не доконца разбираюсь, решил задать вопрос в интернете (на форуме).
Я вас понял и руководителя тоже понять можно. Если подитожить, то на стандартных радиомодулях от arduino это нельзя выполнить, естественно за исключением специализированных (которые не одобрят), а разработать самим у нас компетенций не хватит.

[mIka01]

mordo445 Ещё один вопрос для интереса, просто стало интересно.
А можно использовать эти модули как радар. То есть взять две спутниковые тарелки в одной поставить передатчик, а в другой приемник. Подсоединить это все к одной arduino и на передатчик отправлять импульс в свою очередь считать время когда этот импульс появится на приемнике, естественно вычитал время затраченное на обработку, задержку и т.д. (время установить имперически).
Заранее благодарю за ответ.

[mordo445]

mIka01, интересно, это можно, не как доплеровский, а как рефлекторный радар пару приемник передатчик использовать можно. Вам даже не потребуется параболические тарелки, 433 МГц можно будет направить используя две Uda-Yagi (сложнее в расчете и сборке) или Helix (проще, но боится статики) если разделить их экраном -- металлическим листом. Если слова незнакомые, лучше загуглить перед дальнейшим чтением. Проблемы только в размерах всего этого дела:
длинна волны для 433 МГц 0.7м. Размер уда-яги для усиления 10 дБи (луч, лепесток, около 60 градусов) будет 670мм в длину и 324 мм по рефлектору. От антенны до экрана должно быть не менее 330 мм, размер экрана -- несколько длин волн, не целое. Таким образом получится ажурная конструкция размером не меньше метра во все стороны.
Эффективное отражение от препятствия для ЭМ волны будет от поверхности, которую та не может обогнуть , опять же несколько длин волн, так что ваш радар сможет с точностью до 20-40 градусов телесного угла находить грузовики, ЖД вагоны и пассажирские авиалайнеры. метрах на 200-300 наверное.
С другим подходом можно рассчитать микрополосковую антенну помещенную в рупор для передатчика и изотропную (штырь) для приемника, и обнаруживать отражение модулированного сигнала от железной бочки для масла или автомобиля, крупного метрах наверное до 30 (может даже до 10, так сразу не прикину).
Если это подходит под ваши задачи, можете попробовать, хотя я бы заручился поддержкой человека, который понимает чем H отличается от E. Найдите лучше студента с РРТ с взглядом горящим, в команду.

[mordo445]

Придумал схему определения расстояния, ну как придумал, вспомнил про GPS) надо посылать 1 байт с хешем временной метки, простейшим, а лучше с состоянием счетчика, так быстрее, и принятый байт сравнивать с счетчиком, можно считать время в пределах 9-16 тактов (я прикинул конструкцию в ассемблер, но не стал расписывать, и кажется там ещ на 5 тактов вывода, и того 20). Это будет всего 300 000 000x(20/16 000 000)=375 метров погрешности! Хотя наверное есть более дешевые по тактам варианты, но я пока не придумал достаточно помехоустойчивого

[mIka01]

mordo445 Как gps надо 3 точки (спутника) и опеделяемый объект должен быть ответным (принимать сигнал) (могу ошибаться) это не подходит.
А радиопеленгация по отражение можно попробовать. Прорабатывал этот вариант и составил формулу.

[mIka01]

https://yadi.sk/i/Dnhtirqfr0XIXQ

[mordo445]

Я кстати был не точен в ответе, я не разглядел схем, которые вы привели в вопросе, и принял по началу за то, с чем ранее работал. А у вас там самый простой вариант без специальных микросхем. Эти реликты приемопередачи не имеют никаких тригеров, защитных интервалов. Если на входе приемника несущая -- на выходе единица, был бы уровень таким, что бы усилительный каскад его принял. Так что фаза принимаемого вами сигнала на такой приемник действительно зависит от Доплеровскго сдвига первой полуволны несущей, но так несущественно, что ардуина с ее 16 МГц ее не посчитает, извините.
По поводу формулы -- я уже лет десять как не пользуюсь такими большими системами уравнений и растерял способность и читать, но вижу, что ваша формула содержит весьма много арифметических операций. Немного для понимания, что тут не так:
Ардуина, о которой мы всё время говорили, это RISC контролер, это значит что почти каждая (в идеале, каждая) операция может быть произведена за один такт тактового генератора процессора. Максимальная наша частота для меги 328 это 16МГц, что есть 6,25e-8 секунд. меньшие промежутки времени вы не сможете отсчитывать. Если ваша система уравнений использует изменяемые в реальном времени данные, то она не успеет посчитаться за достаточно малое время для сколь-нибудь точных измерений. Каждая арифметическая опреация и операция по перемещению между ними, если они не последовательны съедает 6,25-8 секунд. Я не могу сам оценить достаточно хорошо, но думаю у вас получится, будет ли работать такой подход в реальных ограничениях?
То что я предлагаю концептуально проще:
1. инициализируем таймер
2. передаем один байт из таймера 1 на передатчик.
3. Ждем, проц пока накручивает таймеры и ждем отраженный сигнал
4. при получении 1 байта сигнала ( помним, что таймеры прокрутились на 8 тактов) дергаем прерываение и быро
5. считываем байт таймера
6. вычитаем принятый байт из текущего байта таймера, вычитаем нашу погрешность времени приема (ведь мы зафиксировали при отправке состояние таймера в начале таймера, а тут смотрим его в конце)
7. Полученное значение это X*6,25e-8 сек времени между отправкой, хм, импульса и приемом, делим на два и умножаем на скорость света -- вот расстояние до цели.
Повторяем для получения скорости (но только скорости приближения к антеннам, а не какую то другую)

Теория интересная, практика долгая и трудная, надо обеспечить высокое затухание между приемной и передающей антенной, надо посчитать скрупулезно такты, которые составят погрешность, надо писать на ассемблере, на си и тем более на ардуино си ничего внятного и достаточно быстрого не выйдет, надо мирится с низким быстродействием и отвратительно жертвовать помехоустойчивостью кристалла, что бы оно работало хоть как то. В общем учебный проект хороший)))

[mIka01]

Хорошо, спасибо за ответы. Я вам правда примного благодарен и буду пытаться дальше грысть гранит науки. Всего хорошего и удачи. Ещё раз спасибо.

Answer 2

[evgeniy_lm]

модуль RCWL-0516 построен на базе чипа RCWL-9196 который:
1. СИНХРОНИЗИРОВАНО!!! передает и принимает высокочастотные импульсы 3,181 ГГц.
2. Определяет МИКРОСКОПИЧЕСКУЮ!!!! разницу между частотой переданного и принятого сигналов

Соответственно RF433 не может физически работать на такой высокой частоте (конструкция не позволяет). Ну, про то как вы собираетесь определять доплеровскую разницу я вообще молчу.

Не вижу проблем в приобретении RCWL-0516 за 1$ если это сильно нужно

Comments

[mIka01]

Я тоже руководителю говорю, что нужно использовать специализированные для этой задачи модули, а они говорят что смысл задачи что бы мы научились решать поставленные задачи используя доступные компоненты, которые навсегда подходят к поставленной задачи.
Доплеровскую разницу я собирался определять в зависимости от возможности модуля либо по смещению частоты, либо по смещению длины волны.

А есть другие, обще распространеные, модули которые способны так делать, но специально не заточены под задачи Доплера ?

*студент, первый курс.

[evgeniy_lm]

mIka01, Вы не понимаете суть проблемы. При таких размерах объектах и их скоростях, на маленькой частоте (3МГц это маловато) ЭД будет микроскопический и для его определения используется высокоскоростной узкоспециализированый МК. Повторить нечто подобное на еще более низкой частоте физически невозможно. Но даже если вы найдете какой ни будь приёмопередатчик с частотой выше 2ГГц (например как-то "расковыряете" NRF24L01) то как вы будете определять ЭД? Я более чем уверен, что ни у вас, ни у ваших братьев по несчастью нет вменяемого опыта работы даже с Arduino, а в данном случае требуется что-то по серьезнее STM32, я даже понятия не имею что это должно быть.

ЗЫ думаю NRF24L01 и все что работает на 2,4ГГц не годится по причине сильной "загруженности" диапазона