• XSS.stack #1 – первый литературный журнал от юзеров форума

Обзор радиомодема Ebyte E-62

gliderexpert

CPU register
Забанен
Регистрация
17.02.2021
Сообщения
1 440
Решения
1
Реакции
2 336
Пожалуйста, обратите внимание, что пользователь заблокирован
Иногда нужно построить линию связи для управления дроном - что называется, дешево и сердито. Такую чтобы не жалко было вместе с дроном "в последний путь" отправить (например - случайно утопить летая над речкой, а вы о чем подумали? :) ), да еще и чтобы к помехам устойчивая была. К естественным помехам, то есть к тем, которые естественно будут присутствовать на Вашем пути к светлому будущему, освещаемому энергией слияния ядер дейтерия...

Попался мне на алиэкспрессе интересный кандидат - снятый с производства модемчик фирмы Ebyte E62-433T30D, стоимостью целых 25$.
А заинтересовала меня в нем высокая мощность - целый ватт, более-менее продуманная компоновка (есть радиатор - а значит что-то там греется и видимо действительно излучает), да еще и за такие копейки.

Модемы были заказаны и полностью изучены со всех сторон, во все порты и отверстия.

Внешний вид - несколько отличается от картинок на алиэкспрессе:

IMG_2896.jpg
IMG_2894.jpg



Весит модуль 25 грамм. Питается от 5в. Производитель обещает диапазон напряжений от 3.3 до 5.2в, но увы - это не соответствует примененной схемотехнике, но об этом чуть позже.
Документацию от производителя я прикрепил в PDF файле Usermanual.pdf

Заявленная дальность связи — 3км с использованием антенн 5dBi на высоте 2.5м, при air data rate — 64kbps. Как то печально честно говоря возить на борту антенну на 5dbi усиления диапазона 433МГц и получить всего 3км. Не должно быть так, но про это позже...
Сначала - небольшой ликбез - у любого радиомодема есть как минимум 2 скорости.
1) UART SPEED - это скорость порта rs232, который модемы перекидывают через эфир. Т.е. та скорость, которую вы устанавливаете в программе автопилота, терминале и т.д. То, с какой скоростью модем передает данные в компьютер, и обратно.
2) AIR DATA RATE - это скорость передачи данных между модемами по радиоэфиру. AirDataRate существенно выше чем скорость uart порта, т.к. модему помимо пользовательских данных приходится передавать еще некоторое количество служебной информации - заголовки пакетов, команды управления, да и для обеспечения помехоустойчивости используются различные методы передачи избыточного количества данных, из которых потом восстанавливаются исходные пакеты.

Ближний канал связи автопилота со станцией наземного управления - у меня работает на скорости порта 19200bps, Судя по документации - AirDataRate для 19200 должен быть 128kbps. Для анализа дальности связи - мне нужна чувствительность приемника.
Упс - в даташите она есть: -109dBm, но эта цифра приведена только для скорости "по воздуху" в 64kbps. А как известно, с ростом скорости - ширина канала связи увеличивается, растут тепловые шумы, и чувствительность приемника падает.
Нужно искать информацию о чувствительности на скорости 128kbps. Вероятно, она должна быть в даташите на используемую в модеме радиочастотную микросхему-сборку, только вот какая она там стоит - пока не ясно. А если такой информации нет, или микросхему опознать не получится - чувствительность всегда можно померить, но это не так интересно как изучить чудо китайской инженерной мысли за 25$.

Разбираем. Снимаю экран - он держится всего на 4х точках пайки по углам. Непорядок - должен быть пропаян по периметру. Это значит что плата экранирована плохо, и размещать ее рядом с другими передатчиками (например дальней связи) - нельзя . Радует то, что по периметру имеется земляной полигон - он защищен зеленым лаком-маской, но в целом не беда - можно очистить и пропаять экран по периметру.
А вот и плата:
IMG_28912.jpg


Радиатор находится с обратной стороны и прикручен 4шт винтов М2. Локтайт для фиксации резьбы не используется - что непорядок, в условиях повышенной вибрации винты могут выкрутиться - а контролировать из затяжку невозможно, т.к. они находятся внутри припаянного экрана.

В качестве термоинтерфейса от радиатора к плате - применена термопаста похожая на КПТ-8, но более жидкая. Нанесена так себе - с самом "горячем" месте модема - под транзистором усилителя мощности, термопасты почти нет:

s3.png


Зато - под крышечкой-экраном, находится блок размером 10х10мм, толщиной 4мм из мягкой теплопроводящей прокладки - прижатый к корпусу транзистора.

IMG_2897.jpg

То есть, тепло отводится не только через радиатор, но и через крышку. Круто и грамотно. Хотя термопасты конечно могли бы побольше положить.

Схемотехника модема - классическая. Микроконтроллер, который общается через uart порт и управляет радиомодулем. Микросхема-"baseband", высокочастотная сборка в которой встроено почти все - модулятор, приемник, передатчик, предварительный усилитель мощности. Отдельно - внешний оконечный каскад усилителя мощности; малошумящий усилитель для приемника; коммутатор - переключающий антенну с цепи передатчика на цепь приемник. Всякие согласующие цепочки, несколько источников питания. Один из них - импульсный повышающий преобразователь, формирующий напряжение 6V для питания транзистора усилителя мощности.

Пришлось потратить некоторое время, чтобы опознать установленные компоненты. Ведь - на детальке написано например "WD", а на самом деле - это транзистор 2SK3756.
В общем, получайте список:

Контроллер — APM32F051x6/x8
Радиомодуль — SI4463
Транзистор усилителя мощности — 2SK3756
Транзистор МШУ — BFU520
Защитная диодная сборка — идентифицировать не получилось, да и не сильно хотелось
ВЧ коммутатор HWS421
Стабилизаторы напряжения — ME6211C33M5G
Импульсный преобразователь — JW5250S

Не обошлось без сюрприза - ВЧ коммутатор HWS421 - сначала был ошибочно опознан мною как PE42421 - но оказалось что PE имеет ширину корпуса 2.1мм, а HWS - ширину 2,7мм. Все остальные внешние признаки, включая маркировку - у этих свитчей - одинаковые.
На плате запаяна деталька шириной 2.7мм . Вот так - всего 0.6мм - а какая разница!
Даташиты на все эти микросхемы - приложены к сообщению.

С обратной стороны платы - деталей, ожидаемо - нет:
IMG_2892.jpg

Лишь несколько дорожек - и одна из них весьма интересная. Она соединяет вывод TX_RAMP микросхемы SI4463 - с цепью управления смещением транзистора 2SK3756. Когда модуль работает на прием - смещение снимается, что запирает транзистор и предотвращает его самовозбуждение, а так же уменьшает ток покоя - как результат - меньше потребляемая мощность.

Какое-либо существенное увеличение мощности заменой транзистора выходного каскада выполнить невозможно, так как ограничивающим фактором является рассеиваемая корпусом SOT-89, тепловая мощность.

Кратковременное отключение антенны не должно вызывать электрического пробоя транзистора выходного каскада (выдерживает КСВ до 10:1), но учитывая плохой теплоотвод, длительная работа модема в таком режиме не желательна.

Для цепи питания и смещения транзистора МШУ используется отдельный LDO, что положительно сказывается на уровне шумов приемного тракта.

Но, есть неприятный момент - линии данных uart - от внешнего разъема к контроллеру, не защищены вообще ничем и никак.
Первая проблема - максимально допустимое напряжение на GPIO ножках этого APM32 - 3.3в. А ttl uart бывает 5в - если такой подключить к модему, контроллер выйдет из строя - поэтому для работы с 5 вольтовыми уартами, придется городить внешний преобразователь уровня.
Вторая проблема - импульсные помехи от работы РЭБ - неплохо было бы по этим линиям поставить какие-то emf фильтры наподобие тех которые делает Murata, но учитывая стоимость модема - так и быть - китайцам сей недочет я прощу и фильтры будут жить во внешней коробочке-корпусе.

Вернемся к дальности связи. В документации на SI4463 - написано, что чувствительность при скорости 128kbps - составляет -104dBm.
Осталось определить выходную мощность модема. Подключаю второй (пока еще - собранный) модем к аттенюатору и анализатору спектра. Сначала режим - обзор спектра с полосой в 15МГц.
s1.png

Скачки по частоте - действительно есть, причем та частота которую я задал в настройках - оказалась не центральной (как написано в даташите на модем), а начальной - самой "нижней", левой по спектру. Там где маркер D1.
Т.к. модем "скачущий" - измерить мощность встроенными средствами анализатора спектра нельзя. Я для этого использую внешний модуль датчика мощности, работающий про термоэлектрическому принципу и показывающий истинное среднее значение мощности передатчика в заданной полосе частот.
s2.png


И тут я немного приятно удивлен - транзистор используется полностью. По даташиту стандартная выдаваемая 2SK3756 мощность равна 31...32dBm, что и наблюдаем на экране измерителя мощности. Как в аптеке! Транзистор понятное дело находится в предельном (но - допустимом!) режиме и греется, рассеивая примерно 3 Вт тепла на плату-радиатор-крышку.

Теперь все готово для расчета дальности связи.

Так как в реальных условиях - дальность ограничена не только параметрами модемов, но и высотой расположения антенн, рельефом местности, нам понадобится трехмерная карта рельефа с хорошим разрешением сетки высот. Выглядит это примерно так:
33.png

Красный цвет - холмы, синий - низины (долины рек).

Разместим гипотетическую наземную станцию в центре Москвы - наиболее неблагоприятное место с точки зрения видимости радиогоризонта.
Мощность - 1вт (чуть ниже чем на самом деле - ну да ладно, будем считать что есть потери в кабеле или боец плохо накрутил разъем), высота подъема антенны - 2м, чувствительность приемника наземной станции -104dBm согласно даташиту. Антенна имеет усиление 5dBm, например коллинеарная фирмы Opek или Anli.

Гипотетический дрон - летит южнее на расстоянии 12км от наземки, на высоте 200 метров. Несет на себе антенну-штырь с усилением 1dBm (хотя на самом деле там больше, т.к. имеется отражатель - но ехать в безэховую камеру в 2 часа вечера, чтобы померить усиление этого штырька, мне честно говоря лень). Будем считать что мир не идеален и там всего 1dbm.

Получаем офигенный запас по энергетике радиоканала - на расстоянии 12км уровень сигнала будет -98dBm, а это значит - наличие устойчивой связи с запасом в целых 104-98 = 6dBm!
1.png


Посмотрим как обстоят дела в других местах, кроме юга - учитывая что южное направление (относительно Москвы) - благоприятно для ведения радиосвязи.
2.png



Получается, что с такой конфигурацией антенн - радиомодемы гарантированно обеспечивают устойчивую радиосвязь на расстоянии 15км с БПЛА, летящем на высоте 200м.
Дальность можно увеличить двумя способами - поднять дрон выше, или снизить скорость AirDataRate до 64kbps - при этом канальная скорость последовательного порта станет равна 9600bps, а чувствительность возрастет до -109dBm, то есть на целых 5dBm что очень прилично. По моим оценкам, с высоты 1км дальность связи может превышать 70км. Но, так далеко не нужно - я рассматриваю этот модем все таки в качестве системы ближней связи. используемой для управления автопилотом БПЛА при взлете или посадке. Поэтому 10-15км более чем достаточно.

Настройка параметров модема.
Китайцы приводят полное описание используемого протокола в документации. Но - так же они написали замечательную утилиту для настройки модема, правда забыли выложить ее на сайт ) Софтина прикреплена к сообщению в архиве.
Встречайте:
44.png

Для перевода модема в режим программирования - нужно оторвать от земли ножку M0, подключить модем через адаптер usb-uart на микросхеме cp2101 к компьютеру, подать питание, запустить программу и нажать Connect.
После чего станет доступна кнопка GetData - если параметры считались успешно, то все работает.
Замечу - что все настройки которые тут сделаем, должны быть одинаковые на двух модемах - наземном и бортовом.
Выставляем скорости, включаем FEC (режим коррекции ошибок).
FHS_ID - Frequency-hopping sequence ID — желательно использовать нестандартное значение (3,4,5 и т.п.). Это последовательность скачков частоты, грубо говоря - уникальный "пароль" по которому модемы узнают друг друга.

Channel — «нижняя» по спектру частота модема.
Вычисляется по формуле 425M+CHAN*0.5M. Например, для канала 20:
425 + 20*0,5 = 435МГц
Верхняя частота - 450,5МГц, что очень круто - обычные "антидроновые ружья" и простенькие переносные комплексы РЭБ - давят в лучшем случае 433МГц, а до 440-450 никак не дотягиваются.

Самое интересное - FHSS nums — количество каналов для скачков по частоте. При работе в условиях сильных помех, РЭБа и так далее - данное число лучше увеличить — но это может привести к увеличению задержек в линии.

Каждый канал добавляет 0.5МГц занимаемого модемом спектра. Максимальное значение — 32 канала, при этом ширина занимаемого спектра составляет целых 15,5МГц. А это уже сопоставимо с модемами "начального" уровня в military классе.
Если выставить FHSS nums = 1, то модем перестает прыгать по частотам и остается на фиксированном канале. Это удобно для настроек и измерения параметров радиотракта.

После завершения конфигурации — следует загрузить настройки в модем нажатием кнопки SetParams:
55.png

Вывод М0 модема, после настройки - должен быть замкнут "на землю" - в этом режиме модем создает прямую "прозрачную" uart линию, работая в режиме радиоудлинителя com-порта.

Очень жаль что столь приятные модемы сняты с производства - как и чип SI4463, на котором они построены. Поэтому ничего не остается кроме как создавать свой личный "стратегический резерв", закупая модемы/чипы впрок - пока они еще есть в достаточном количестве на китайских складах...
 

Вложения

  • Usermanual.pdf
    1.2 МБ · Просмотры: 8
  • APM32F051x6x8 datasheet V1.4.pdf
    2.7 МБ · Просмотры: 8
  • jwm3l-full.pdf
    399.8 КБ · Просмотры: 8
  • P2UG-ME6211C33M5G-N_C82942.pdf
    1.1 МБ · Просмотры: 8
  • HWS421.pdf
    59.6 КБ · Просмотры: 8
  • 2SK3756_datasheet_en_20140301.pdf
    196.4 КБ · Просмотры: 8
  • si4463 transceiver.pdf
    1.5 МБ · Просмотры: 8
  • softv3.49.zip
    59 КБ · Просмотры: 6
Последнее редактирование:


Напишите ответ...
  • Вставить:
Прикрепить файлы
Верх