Обзор беспроводных модулей HC-12

Иногда возникает необходимость иметь связь между оборудованием, приборами, какими-то своими схемами на расстоянии и при этом нет возможности или не целесообразно использовать провода. В этом случае приходится строить беспроводную связь. Реализовать это можно большим количеством способов, но совсем недавно на глаза мне попались беспроводные модули HC-12 на GearBest (ссылка HC-12 на AliExpress), о которых речь пойдет дальше. Стоимость модулей составляет около 4-5$ за штуку.

Для начала технические характеристики беспроводных модулей HC-12:

• Рабочая частота – 433,4 – 473,0 МГц
• Используется только внешняя антенна, PCB антенна на модуле отсутствует
• Дальность передачи информации – до 1000 - 1800 м на открытом пространстве в зависимости от режима работы
• Мощность передатчика – до 100 мВт (доступны настройки для 8 уровней мощности)
• Количество каналов передачи данных – 100
• Четыре рабочих режима
• Встроенный микроконтроллер (присутствует на модуле) STM8S003F3
• Интерфейс для коммуникации с внешними устройствами – UART
• Потребляемый ток – от 3,6 мА до 16 мА в зависимости от режима работы
• Пиковое потребление тока – до 100 мА (передача данных)
• Потребление тока в ждущем режиме – 80 мкА
• Напряжение питания – от 3,2 В до 5,5 В
• Настройка модуля AT командами

Параметры модуля по умолчанию:

• UART: 9600, 8N1
• Канал 001 (433,4 МГц)
• Мощность передачи 100 мВт

Разработчики этого устройства предлагают следующие сферы применения продукта:

• Беспроводные датчики
• Устройства для охраны и безопасности
• Беспроводное управление роботами
• Телеметрия и дистанционное управление в промышленности
• Автоматическое получение данных
• Системы POS
• Системы входа без ключа
• Беспроводные сети для ПК и т.д.

Однако, предлагаемые производителем сферы применения не исчерпывают все области, где можно применить беспроводную связь. Ограничением в данном случае будет только фантазия радиолюбителей и инженеров.

Модули HC-12 работают как беспроводной удлинитель UART и не вносят каких-либо изменений в передачу информации - что отправил на одном конце, то получил на другом.

Данные модули позиционируются в продаже как заменяющие Bluetooth модули:

В некоторой степени это на самом деле более выгодно: намного больший радиус передачи, более компактное исполнение модуля (справа на фото Bluetooth модуль HC-05, о которых подробно рассказывалось в данной статье), возможность использования внешней антенны, однако отсутствие штатной PCB антенны можно поставить в минус, а кроме этого при соединении с ПК или планшетом понадобится еще один модуль для связи, в то время как Bluetooth есть практически во всех устройствах. Таким образом, модули HC-12 расширяют линейку беспроводных модулей и дают большее поле для конструирования собственных устройств.

Модуль представляет собой печатную плату с необходимыми элементами размером 27,8 х 14,4 мм. Беспроводной модуль имеет возможность подключения антенны двумя способами: подключение антенны через разъем IPEX20279-001E-03 (ANT1) или просто припаять кусочек провода (к контакту 6) (ANT2) или другой разъем (контакты 7,8 - земля). Для подключения к другим устройства модуль имеет пятиконтактный разъем (PLS/PBS), где 1 – плюс питания, 2 – земля, 3 – RxD, 4 – TxD, 5 – SET. Вывод 5 SET подтянут 10 кОм резистором к плюсу питания. Этот вывод необходим для активации настроек при помощи AT команд. Активация происходит при подключении вывода к низкому уровню, то есть к земле.

Модули построены на базе микросхемы SI4463 (микросхема в корпусе QFN-20), к этой же микросхеме подключен кварцевый резонатор на 30 МГц, необходимый для работы. Сама по себе эта микросхема (микроконтроллер) имеет интерфейс SPI, но модуль подключается по UART. Дело в том, что на модуле присутствует еще один микроконтроллер - STM8S003F3, он выступает в роли преобразователя интерфейсов. Кроме этого микроконтроллер STM упрощает взаимодействие с SI4463. Дело в том, что по UART нам необходимо всего лишь отправить байты данных как они уже отправляются в «воздух», но напрямую по SPI так сделать не получится, так как необходимо выполнять дополнительные команды. Микроконтроллер STM реализует все необходимые команды для этого и упрощает настройку и управление модулем HC-12 посредством собственных AT команд.

Диапазон питания модуля HC-12 определяет LDO (Low Dropout) регулятор напряжения (регулятор напряжения с низким падение напряжения на регулирующем элементе) XC6206 (элемент в корпусе SOT-23 с маркировкой 662K). Диод и транзистор на модуле под микроконтроллером STM относятся к схеме согласования UART. Элемент в шестиногом корпусе SC-70 – это переключатель AS179-92LF. Функционал наглядно показан на электрической схеме выше – переключение антенного выхода на приемный и передающий выводы микросхемы SI4463.

Контакты модуля HC-12 выполнены таким образом, что их можно использовать для пайки к разъемам PLS/PBS, либо припаивать напрямую к контактным площадкам другой печатной платы. При этом антенну может заменить печатный проводник (PCB антенна).

В продаже кроме модулей HC-12 (на базе микроконтроллера SI4463) есть так же практически идентичный модуль на базе микроконтроллера СС1101, обладающего практически теми же параметрами. Справа СС1101, слева SI4463:

Однако отличия между ними существуют как в плане элементной базы, так и в программной составляющей. Между собой в стоковом состоянии модули не соединяются. Для работы в паре одному из модулей необходимо модифицировать прошивку, если это возможно. А именно Зеленый модуль является модулем HC-11, что часто не указывают при продаже. HC-11 имеет несколько другую структуру работы и, хотя и схожие, но с различиями, AT команды.

Для подключения к компьютеру используем стандартный USB-UART переходник:

После подключения питания модуль начинает сразу работать со стандартными параметрами, заложенными производителем и ждет поступления данных по UART. Для изменения параметров модуля необходимо замкнуть вывод SET на землю, что активирует управление AT командами. Для HC-12 применимы 12 AT команд.

При построении схем с применением модулей HC-12 необходимо учитывать несколько факторов:

• Не рекомендуется подключать к TxD UART светодиоды и резисторы, так как это может привести к ошибкам передачи данных
• При динамической смене параметров модуля после подтяжки вывода SET к нулю необходимо выждать не менее 40 мс перед тем как посылать AT команды, после отключения вывода от нуля необходимо выждать не менее 80 мс перед тем как начать передачу данных
• Пиковый ток модуля составляет 100 мА, это необходимо учитывать при выборе источника питания, рекомендуется применять конденсаторы по питанию емкостью не менее 22 мкФ, а предпочтительно использовать конденсатор емкостью 1000 мкФ

Теги:

• RF
• UART
• Радиопередатчик