Descrizione della funzionalità del modulo.

                                                                                                   HC-12

Caratteristiche del modulo.

  • Trasmissione wireless a lunga distanza (FU3: 1000m in spazi aperti, baud rate 5000bps in aria. FU4: 1800m in spazi aperti, baud rate 500bps in aria).
  • Intervallo di frequenza di lavoro (433,4-473,0MHz, con 100 canali di comunicazione).
  • Potenza di trasmissione massima di 100mW (20dBm) (è possibile impostare 8 livelli di potenza).
  • Quattro modalità di lavoro, adattate a diverse situazioni applicative.
  • L'MCU integrato esegue la comunicazione con il dispositivo esterno tramite la porta seriale, nessuna programmazione o configurazione richiesta per l'uso di base.
  • Il numero di byte trasmessi continuamente è illimitato (solo modalità FU1 e FU3).
  • Aggiorna la versione del software tramite la porta seriale.

Introduzione.

Il modulo di comunicazione della porta seriale wireless HC-12 è una nuova generazione di modulo di trasmissione dati wireless integrato multicanale. La sua banda di frequenza di lavoro wireless è 433.4-473.0MHz. È possibile impostare più canali, con un passo di canale di 400kHz e un totale di 100 canali. La massima potenza di trasmissione del modulo è di 100mW (20dBm), la sensibilità di ricezione è di -117dBm a una velocità di trasmissione di 5000bps nell'aria. La distanza di comunicazione è di 1000m (modalità FU3 a velocità seriale 4800bps) in spazi aperti, 1800m in modalità FU4 a velocità di trasmissione e volume di dati ridotti.
Sul modulo è presente una presa per antenna PCB ANT1, quindi un'antenna esterna con banda di frequenza 433MHz può essere collegata tramite un cavo coassiale, c'è anche un occhiello di saldatura per antenna ANT2 sul modulo, comodo per saldare un'antenna a molla. Seleziona una di queste opzioni di antenna in base ai requisiti di utilizzo.
Il modulo ha un MCU integrato, eliminando la necessità per l'utente di programmare la sezione radio separatamente, con trasmissione seriale semiduplex trasparente fornita per la ricezione e l'invio di dati sulla porta seriale. Questo rende l'HC-12 molto facile da interfacciare. Il modulo adotta più modalità di trasmissione trasparente della porta seriale che vengono selezionate dall'utente dai comandi AT in base ai requisiti di utilizzo. La corrente di lavoro media delle quattro modalità FU1, FU2, FU3 e FU4 in stato di inattività è: 3,6mA, 80μA, 16mA e 16mA rispettivamente, mentre la corrente di lavoro massima in qualsiasi modalità è 100mA (nello stato di trasmissione).

Dettagli tecnici.

Il modulo HC-12 utilizza un Si4463 di Silicon Labs per fornire il collegamento di comunicazione RF. Si tratta di un ricetrasmettitore della famiglia "EZRadioPRO" a chip singolo, ad alte prestazioni, a bassa corrente, con potenza di trasmissione fino a 20 dBm (100mW). Si4463 comunica tramite un bus SPI con un MCU a 8 bit STM8S003F3 di STM microelectronics che esegue il firmware HC-12. L'STM8S fornisce un'interfaccia dati seriale trasparente per l'interfacciamento al modulo, consentendo a due moduli HC-12 di agire come un cavo seriale a livello TTL cablato senza che alcun dispositivo hardware collegato debba essere a conoscenza del collegamento RF. Le configurazioni della porta seriale e del ricetrasmettitore sono conservate nella memoria flash non volatile integrata.

Definizione di Pin.

  1. VCC - Ingresso alimentazione, DC3.2V-5.5V, con capacità di carico non inferiore a 200mA. Nota: se il modulo sta lavorando nello stato di trasmissione per un tempo prolungato, si consiglia di collegare in serie un diodo 1N4007 se la tensione di alimentazione è superiore a 4.5 V, in modo da evitare il surriscaldamento del regolatore LDO.
  2. GND - terra.
  3. RXD (Input (weak pullup))  - Ingresso dati UART, livello TTL. Resistenza da 1k collegata in serie all'interno del modulo.
  4. TXD (Output) - output dati UART, livello TTL. Resistenza da 1k collegata in serie all'interno del modulo.
  5. SET (Input (10k pullup))  - pin di controllo dell'impostazione dei parametri, livello basso attivo. Resistenza da 1k collegata in serie all'interno del modulo.
  6. ANT - IPEX20279-001E-03 presa antenna
  7. ANT - foro per antenna a molla 433 MHz

Semplice introduzione del principio di funzionamento.

Come mostrato nello schema, è possibile utilizzare due moduli HC-12 al posto del cablaggio fisico per sostituire un collegamento di comunicazione seriale half-duplex cablato che trasporta segnali di livello TTL. Il dispositivo di sinistra invia i dati della porta seriale al modulo e, dopo che la porta RXD del modulo di sinistra ha ricevuto i dati della porta seriale, invierà automaticamente i dati via etere tramite onde radio. Il modulo destro riceve i dati e ripristina i dati della porta seriale originariamente inviati dal dispositivo sinistro e li invia TXD. È lo stesso da destra a sinistra. Tra i moduli è disponibile solo un collegamento half-duplex, poiché non possono ricevere e inviare dati via etere contemporaneamente.

Trasmissione trasparente della porta seriale.

Il modulo HC-12 ha quattro modalità di trasmissione trasparente della porta seriale, espresse come FU1, FU2, FU3 e FU4. Durante il funzionamento, queste modalità nascondono tutti i dettagli delle comunicazioni wireless dai dispositivi collegati. La modalità di funzionamento predefinita di fabbrica del sistema è la modalità FU3 a piena velocità, e in questa modalità la velocità di trasmissione in aria viene regolata automaticamente in base alla velocità di trasmissione su cui è stata impostata la porta seriale. La distanza di comunicazione utilizzabile sarà la più lontana alla velocità di trasmissione più bassa. Diverse modalità non possono trasmettere i dati l'una all'altra e l'utente deve selezionare la modalità ottimale in base alle circostanze pratiche.
I moduli funzionano solitamente in coppia, con la trasmissione dei dati tramite un collegamento half-duplex. Per una corretta trasmissione wireless, la modalità di trasmissione trasparente, la velocità di trasmissione della porta seriale e il canale di comunicazione wireless dei due moduli accoppiati devono essere impostati allo stesso modo. Le impostazioni predefinite di fabbrica del modulo sono: FU3, 9600bps (8N1: 8 bit di dati, nessuna parità, 1 bit di stop), CH001 (433.4MHz), 20dBm di potenza (100mW).
Il numero di byte che possono essere continuamente inviati alla porta seriale del modulo è illimitato nelle modalità FU1 e FU3. Tuttavia, considerando l'interferenza ambientale e altri fattori, se migliaia di byte di dati vengono inviati continuamente, un certo numero di byte potrebbe andare perso. Pertanto, i dispositivi collegati a ciascuna estremità del collegamento dovrebbero avere una sorta di meccanismo di risposta e rinvio per evitare la perdita di informazioni.

Le quattro modalità di trasmissione trasparenti della porta seriale.

Quando il modulo HC-12 esce dalla fabbrica, la modalità di trasmissione trasparente della porta seriale predefinita è FU3, in questa modalità il modulo rimane nello stato di massima velocità, con una corrente di riposo di circa 16 mA. Il modulo regola automaticamente la velocità di trasmissione della trasmissione wireless in aria in base al velocità di trasmissione della porta seriale, con la relazione corrispondente come mostrato nella tabella seguente:
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Velocità di trasmissione delle porta seriale: 1200bps 2400bps  4800bps 9600bps  19200bps 38400bps  57600bps 115200bps
Velocità di trasmissione in aria:                               5000bps                 15000bps                    58000bps                   236000bps
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Per ottenere la massima distanza di comunicazione, la velocità di trasmissione della porta seriale deve essere impostata su un valore basso (1200bps o 2400bps). Per la trasmissione di dati di massa di breve durata, la velocità di trasmissione della porta seriale può essere impostata su un valore elevato, ma tenere presente che la distanza di comunicazione verrà ridotta di conseguenza.
La sensibilità di ricezione del modulo a diverse velocità di trasmissione in aria è mostrata nella tabella seguente:
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Velocità di trasmissione in aria:      5000bps      15000bps      58000bps     236000bps
Sensibilità di ricezione wireless:    -117dBm      -112dBm       -107dBm       -100dBm 
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Generalmente, ogni volta che la sensibilità di ricezione viene ridotta di 6dBm, la distanza di comunicazione si riduce della metà.
Quando il pin "SET" del modulo è a livello logico basso (o collegato a GND), è possibile impostare la modalità di trasmissione trasparente della porta seriale e altri parametri tramite i comandi AT.
FU1 - è una modalità di risparmio energetico moderato, con una corrente di lavoro inattiva di circa 3,6 mA. In questa modalità, il modulo può anche essere impostato su uno qualsiasi degli otto baud rate della porta seriale mostrati nella tabella precedente, ma la velocità di trasmissione in aria è uniforme di 250000bps.
FU2 - è una modalità di risparmio energetico estremo, con una corrente di lavoro inattiva di circa 80μA. In questa modalità, il modulo supporta solo baud rate di 1200bps, 2400bps e 4800bps, con velocità di trasmissione in aria uniforme a 250000bps. Se il modulo viene successivamente impostato su qualsiasi altra velocità di trasmissione della porta seriale, il modulo non sarà in grado di condurre normalmente la comunicazione wireless.
Quando il modulo è impostato in modalità FU2, se la velocità di trasmissione attualmente impostato supera i 4800bps, verrà automaticamente ridotto a 4800bps. In modalità FU2, l'intervallo di tempo di invio dei pacchetti di dati non può essere troppo breve, altrimenti i dati andranno persi. Si suggerisce che l'intervallo di tempo di invio tra i pacchetti di dati non sia inferiore a 1 secondo.
FU4 - è utile per la portata massima, fino a 1,8 km. È supportato solo un singolo baud rate di 1200bps, con la velocità di trasmissione in aria ridotto a 500bps per una migliore distanza di comunicazione. Questa modalità può essere utilizzata solo per piccole quantità di dati (ogni pacchetto deve essere di 60 byte o meno) e l'intervallo di tempo tra l'invio dei pacchetti non deve essere troppo breve (preferibilmente non inferiore a 2 secondi) per evitare la perdita di dati.
La tabella seguente fornisce i valori di riferimento tipici per le varie modalità:
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Modalità                                          FU1            FU2           FU3             FU4                  Osservazioni
Ritardo di trasmissione            15-25mS     500mS     4-80mS     1000mS     Invio di un byte
Ritardo del test di loopback 1    31mS                                                                 Velocità di trasmissione della 
                                                                                                                                     porta seriale 9600, invio di un byte
Ritardo del test di loopback 2     31mS                                                                 Velocità di trasmissione della 
                                                                                                                                      porta seriale 9600, invio di 10 byte
Intervallo operativo                     100m         100m        600m a      1800m a     Chiara visuale tra i moduli in condizioni ideali
a piena potenza (20dBm)                                                 9600bps     1200bps
                                                                                              1000m a
                                                                                               2400bps
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Nota: il tempo di ritardo del test di loopback indica il tempo di andata e ritorno impiegato dai dati inviati all'ingresso (pin RXD) di un modulo, per iniziare ad emergere dall'uscita (pin TXD) dello stesso modulo, dove un secondo (remoto) il modulo è stato configurato con i pin TXD e RXD collegati insieme.

Impostazioni dei parametri del modulo HC-12.

I comandi AT vengono utilizzati per impostare i parametri del modulo e passare da una funzione all'altra quando il modulo è in modalità di comando. Dopo essere state impostate, queste modifiche diventeranno valide solo dopo essere usciti dalla modalità di comando. I parametri sono memorizzati nella memoria flash non volatile integrata, quindi non andranno persi quando l'alimentazione viene rimossa.

Accesso alla modalità di comando.

Esistono due modi per accedere alla modalità di comando:
  • Quando il modulo è alimentato, commutare il Pin 5 ("SET") a livello logico basso, attendere 40ms per entrare in modalità comando.
  • Togliere l'alimentazione, collegare il Pin 5 ("SET") a GND, ridare tensione al modulo.
Nota: il pin 5 ha un resistore pullup da 10k collegato internamente, consentendo al pin di essere pilotato da un'uscita a collettore aperto da un dispositivo collegato.
Ciascuno dei due metodi precedenti metterà il modulo in modalità comando pronto ad accettare i comandi AT, rilasciando il pin 5 ("SET") in entrambi i casi si esce dalla modalità comando. Se le impostazioni del modulo sono cambiate dopo essere usciti dalla modalità di comando, passerà alle nuove impostazioni entro 80 ms.
Quando si utilizza il secondo metodo (pin 5 "SET" collegato a terra prima che venga applicata l'alimentazione), il modulo entra sempre in modalità di comando con la porta seriale configurata per 9600 bps, 8 bit di dati, nessuna parità, 1 bit di stop, indipendentemente da eventuali impostazioni precedentemente configurate.
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