فرستنده گیرنده رادیویی

اغلب مردم تصور می‌کنند که ماژول‌های رادیویی کاربری بسیار خاص و مهندسی دارند. ماژول‌های رادیویی فقط برای کاربری‌های تخصصی طراحی نشده‌اند. در این متن سعی کرده‌ایم به تمامی سوالات شما پاسخ دهیم، تیترها را دنبال کنید.

پیش از هر چیزی بایستی انواع ماژول انتقال و کنترل از راه دور رادیویی را بشناسید. لزوم استفاده از آن چیست و همچنین لزوم یادگیری روش راه اندازی و کار کردن با آن‌ها را بدانید.

شناخت تراشه‌های رادیویی

برقراری ارتباط از راه دور به صورت بی‌سیم، برای کاربری‌های مختلفی طراحی و تولید شده است. ماژول‌های رادیویی علاوه بر پهنای باندی که برای انتقال دارند، سرعت انتقال داده‌ها و باند فرکانسی‌شان دسته بندی می‌شوند. چندین مورد مختلف از جمله ماژول‌های رادیویی در باند فرکانسی ISM که مخفف باند رادیویی صنعتی، علمی و پزشکی یا همان industrial, scientific and medical است، موجود هستند. باند ISM به صورت بین المللی بر روی  فرکانس رادیویی RF جهت مقاصد صنعتی، علمی و پزشکی به غیر از ارتباطات از راه دور استوار شده است. رنج فرکانسی متنوعی در این دسته قرار می‌گیرند. بنابراین برای هر فعالیتی که مد نظر دارید بایستی ماژول مناسب را تهیه کنید. به محدوده فرکانسی 434MHz و 868MHz و 915MHz به دلیل اینکه کمتر از 1 گیگا هرتز هستند ISM SubGHz گفته می‌شود. این محدوده از رنج فرکانسی برای کاربردهایی که برد مسافتی زیاد و پهنای باند کم نیاز باشد، استفاده می‌شود. 

جدول باند فرکانسی ISM در ایران

ماژول فرستنده گیرنده رادیویی وایرلس

نوعی از ماژول فرستنده و گیرنده که با امواج رادیویی کار می‌کند. انواع ماژول فرستنده گیرنده وایرلس جهت انتقال دیتاهای مختلف طراحی شده است. به عبارتی کلیه پروتکل‌های انتقال بر پایه امواج رادیویی از جمله باند فرکانسی 433 مگاهرتز یا 315 مگاهرتز در مبحث اینترنت اشیا به عنوان بستر انتقال دیتا استفاده میشود. ماژول لورا Lora برای انتقال دیتاهای سبک با برد بلند استفاده می‌شود. فرستنده و گیرنده رادیویی بر اساس کارایی که دارند بایستی از یک جنس باشند. تا امکان ساخت شبکه انتقالی فراهم باشد. همگی در این شاخه از فروشگاه دانشجو کیت قابل دسترسی هستند. این ماژول‌ها دارای آنتن هستند، برخی آنتن داخلی و برخی آنتن خارجی می‌باشند.

ماژول ASK فرستنده گیرنده

مدولاسیون Ask مخفف شده عبارت Amplitude-Shift keying است. به دلیل سادگی و مقرون به صرفه بودن یکی از پرکاربردترین مدولاسیون‌های دیجیتال است. در مدولاسیون ASK یا همان مدولاسیون دامنه، سیگنال‌های صفر و یک با تغییر دامنه‌ی فرکانس حامل ارسال می‌شوند. ماژول‌های فرستنده و گیرنده‌های رایج در دو رنج فرکانسی 433MHz و 315MHz قابل تهیه هستند.

طبق ساختار مدولاسیون ASK، همه‌ی گیرنده‌های ASK دارای AGC یا همان تنظیم ضریب تقویت خودکار هستند. با تغییر فاصله‌ی گیرنده از فرستنده توان دریافتی و دامنه‌ی سیگنال دریافتی تغییر می‌کند. سپس AGC با تغییر ضریب تقویت این تغییرات را جبران می‌کند. زمانی که فرستنده ارسالی ندارد، بنابراین AGC ضریب تقویت را به بیشترین حد خود می‌رساند تا جایی که گیرنده، سیگنال‌های ضعیف نویز را دریافت خواهد کرد و یک خروجی صفر و یک نویزی شکل خواهد داشت. 

برای رفع مشکلاتی اتصالی بین فرستنده و گیرنده در ماژول‌های ASK از کدینگ منچستر استفاده می‌شود.  در کدینگ منچستر سیگنال اعمال شده به ماژول های ASK مدام و پشت سر هم صفر و یک می شوند و آنچه که باعث تشخیص دیتای صفر از یک می شود تفاوت در عرض پالس است. در کدینگ منچستر دو نوع عرض پالس وجود دارد که عرض پالس عریض‌تر تقریبا دو یا سه برابر عرض پالس کوچکتر است. به طوریکه در ریموت کنترل‌های کد لرن عرض پالس کوچک بین 300 تا 400 میکروثانیه و عرض پالس بزرگتر حدودا 900 تا 1200 میکروثانیه است.

کاربرد ماژول‌های ASK

بیشترین کاربرد ماژول‌های فرستنده گیرنده ASK در ریموت کنترل‌های درهای اتوماتیک و سیستم‌های امنیتی، دزدگیر منازل و خودرو است. برد مفید این ماژول‌های رادیویی وابسته به فرستنده و وضعیت باتری و شرایط محیطی است. برای ریموت‌های معمولی حدودا 100 متر و برای ریموت‌های قوی‌تر تا 1000 متر خواهد بود. استفاده از آنتن مناسب می‌تواند تاثیر محسوسی روی برد ارسالی داشته باشد. برای این منظور می توانید از یک سیم افشان با طول 20 سانتی متر به عنوان آنتن استفاده کنید.

تفاوت ماژول گیرنده ASK با کریستال و بدون کریستال

به صورت عمومی در بازار به ماژول گیرنده ASK بدون کریستال، غیر اصل و یا فیک می‌گویند. اما این موضوع صحیح نیست. ماژول‌های گیرنده 433 و 315 در هر دو نوع کریستال دار و بدون کریستال یا همان مدل سلف دار تولید می‌شوند. در مدل کریستال دار به دلیل استفاده از کریستال ثبات فرکانسی بهتری داشته و با تغییر ولتاژ کاری فرکانس مرکزی گیرنده تغییر نمی‌کند. اشکال این ماژول حساسیت رادیویی کمتر و همچنین جریان دهی ضعیف از پین دیتا برای سطوح منطقی صفر و یک است. در مدل غیر کریستال دار با تغییر ولتاژ کاری فرکانس مرکزی شیفت پیدا کرده و حساسیت و برد دریافت به شدت کاهش می یابد. ولی در ولتاژ ۵ ولت نسبت به گیرنده‌ی سوپرهیترودین نوع اول حساسیت بهتری دارد.

کنترل از راه دور و مدیریت وسایل برقی با ماژول 433MH و 315MHz

ماژول‌های رادیویی 433MHz و 315MHz از نوع ASK یکی از مقرون به صرفه‌ترین ماژول‌ها برای فرمان از راه دور و کنترل وسایل برقی هستند. انواع ریموت‌کنترل‌های رادیویی تک کانال، دو کانال تا 12 کانال و بیشتر همگی از همین ماژول‌های رادیویی ASK استفاده می‌کنند. در رله گیرنده یک ماژول گیرنده ASK و فرستنده آن توسط یک ریموت دستی قابل مدیریت است. انواع ماژول رله گیرنده به همراه ریموت فرستنده را می‌توانید در فروشگاه دانشجو کیت بررسی و خرید کنید. رله گیرنده در باند رادیویی 433 مگاهرتز معمولا برای درهای برقی و درهای پارکینگ خانه‌ها و ساختمان‌ها بسیار کاربردی هستند. علاوه بر آن برای کنترل از راه دور وسایل برقی مختلف مانند روشنایی حیاط‌ها، آبیاری و... هم میتوان از ریموت و رله گیرنده 433 یا 315 مگاهرتز استفاده کرد.

ماژول‌های فرستنده گیرنده لورا Lora

نوع دیگری از ماژول‌های رادیویی در باند ISM مدل‌های لورا هستند. لورا یا LoRa مخفف Long-Range است. ماژول فرستنده گیرنده لورا از رنج فرکانسی 169MHz تا 915MHz را شامل می‌شود. انواع ماژول مختلفی برای این رنج رادیویی در دسترس هستند. با توجه به اینکه ماژول لورا قابلیت ارسال داده‌ها در مسافت بیشتری را دارد. همچنین یکی از تکنولوژی‌های اینترنت اشیا IoT به حساب می‌آید. از اینرو مناسب برای انتقال داده‌های سبک است. مسافت قابل پوشش توسط ماژول‌های لورا بین 200 متر تا چندین کیلومتر خواهد بود. فرستنده و گیرنده رادیویی با برد 5 کیلومتر معمولا از این مدولاسیون استفاده میکند. تصویر زیر رنج مسافتی و پهنای باند در تکنولوژی‌های مختلف ارسال بیسیم را نمایش می‌دهد.

شناخت انواع مدولاسیون رادیویی (ASK, FSK, GFSK, PSK, LoRa)

مدولاسیون FSK

مدولاسیون FSK به انگلیسی Frequency-Shift Keying یکی از روش‌های مدولاسیون دیجیتال است که در آن، اطلاعات دیجیتال با تغییر فرکانس سیگنال کانال انتقال ارسال می‌شود. در این روش، دو فرکانس متفاوت برای نمایش بیت‌های داده استفاده می‌شود، برای مثال ارسال یک بیت صفر می‌تواند با فرکانس f1 و ارسال یک بیت یک می‌تواند با فرکانس f2 انجام شود. این روش به خاطر سادگی و کارایی آن، در انتقال دیتا بین دستگاه‌های بی‌سیم از جمله رادیو، تلویزیون دیجیتال، رادارها و ... استفاده می‌شود. از بخش فیلتر محصولات می‌توانید انواع فرستنده گیرنده با مدولاسیون FSK را بررسی و خرید کنید.

مدولاسیون GFSK

مدولاسیون GFSK مخفف عبارت Gaussian Frequency Shift Keying است. در این نوع مدولاسیون، یک پالس فرستاده شده با شکل گوسین تحت تأثیر فرکانس انتقال، یکی از دو حالت 0 و 1 را مشخص می‌کند. در مقایسه با مدولاسیون FSK، مدولاسیون GFSK از پهنای باند بیشتری استفاده می‌کند که در نتیجه باعث کاهش نویز در داده‌های انتقالی می‌شود. در این روش، بیت‌های ارسال شده با فرکانس‌های مختلف نسبت به فرکانس مرکزی سیگنال مدوله می‌شوند. به عبارت دیگر، هر بیت داده به یک فرکانس معین نسبت داده می‌شود. در این روش، فیلتر گوسی برای پالس‌های کلیدزنی (pulse shaping) استفاده می‌شود تا عرض پهنای باند را به حداقل برساند. این باعث می‌شود که احتمال خطا در ارسال اطلاعات کاهش یابد و تداخل با سیگنال‌های بیشتری کاهش یابد. به همین دلیل مدولاسیون GFSK یکی از محبوب‌ترین روش‌های مدولاسیون در سیستم‌های بی‌سیم است. مزایای استفاده از مدولاسیون GFSK شامل داشتن پهنای باند کمتری نسبت به دیگر روش‌های مدولاسیون، قابلیت اطمینان بالا و مصرف انرژی پایین است. این روش بیشتر در شبکه‌های بیسیم کوتاه برد استفاده می‌شود مانند بلوتوث، رادیوهای صنعتی و سایر ارتباطات بیسیم کوتاه برد. از بخش فیلتر محصولات می‌توانید انواع فرستنده گیرنده با مدولاسیون GFSK را بررسی و خرید کنید.

مدولاسیون ASK

مدولاسیون ASK به انگلیسی Amplitude Shift Keying یک روش مدولاسیون دیجیتال است که در آن اطلاعات دیجیتال برای انتقال به شکل تغییرات در بزرگی موج فرستاده می‌شود. در این روش، اطلاعات با تغییراتی در بزرگی موج به صورت سیگنال پایه (baseband) به ماهواره یا دستگاه دریافت‌کننده فرستاده می‌شود. در مدولاسیون ASK، سیگنال پایه به صورت یک دنباله از صفر و یک‌ها به ماهواره یا دستگاه دریافت‌کننده فرستاده می‌شود. در مرحله‌ی انتقال، اگر بیت ارسالی یک باشد، بزرگی موج بیشتر شده و اگر صفر باشد، بزرگی موج کمتر می‌شود. در ماهواره یا دستگاه دریافت‌کننده، اگر بزرگی موج بیشتر از یک حد آستانه باشد، به عنوان یک تشخیص دهنده یک بیت یک تشخیص داده می‌شود و اگر کمتر از آستانه باشد، به عنوان یک تشخیص دهنده یک بیت صفر تشخیص داده می‌شود. از بخش فیلتر محصولات می‌توانید انواع فرستنده گیرنده با مدولاسیون ASK را بررسی و خرید کنید.

مدولاسیون LoRa

مدولاسیون LoRa به انگلیسی Long Range یک تکنولوژی مخابراتی بی‌سیم است که برای انتقال داده‌ها در برد بلند و با مصرف انرژی پایین طراحی شده است. این تکنولوژی توسط شرکت Semtech Corporation در سال ۲۰۱۴ معرفی شد و به صورت متن‌باز در دسترس عموم قرار گرفت. 

در مدولاسیون LoRa، از یک روش مدولاسیون چهارمرحله‌ای (۴-FSK) برای انتقال داده‌ها استفاده می‌شود. این روش مدولاسیون امکان انتقال داده‌ها در برد بلند و با مصرف انرژی پایین را فراهم می‌کند. با استفاده از مدولاسیون LoRa، ارسال داده‌ها در برد بلند تا چند کیلومتر، با مصرف بسیار کم انرژی و با کیفیت بالا امکان پذیر است. مدولاسیون LoRa از فناوری Spread Spectrum استفاده می‌کند که باعث می‌شود سیگنال در فرکانس‌های پایین باشد. همچنین مقاومت بیشتری در برابر تداخل داشته باشد. فناوری Spread Spectrum یکی از تکنیک‌های انتقال اطلاعات در شبکه‌های بی‌سیم است که در آن اطلاعات بر روی یک پهنای باند وسیعی منتشر می‌شوند و در این فرایند از یک طیف فرکانسی وسیع استفاده می‌شود. این فناوری برای کاهش تداخل‌های فرکانسی و افزایش امنیت و مقاومت در برابر تداخل‌های الکترومغناطیسی و نویز استفاده می‌شود. این تکنولوژی برای انتقال داده‌های صوتی و تصویری، داده‌های محیطی و سنسوری، برقراری ارتباط در شبکه‌های اینترنت اشیا (IoT) و سایر کاربردهای مشابه استفاده می‌شود. از بخش فیلتر محصولات می‌توانید انواع فرستنده گیرنده با مدولاسیون لورا LoRa را بررسی و خرید کنید.