- Сканер радиодиапазона 2.4 ГГц (Wi-Fi+ISM). Часть 1 — Описание и принципиальная схема
- Свободный эфир
- You are here
- Навигация
- Слушаем КВ!
- Супер-сканер 45-860MHz с шагом 0,01 Гц.
- К радости всех вокруг, я, наконец, построил свой Супер-сканер!
- Маленькое отступление
- Первоначальная информация о ТВ-тюнере
- Давайте взглянем на некоторые тюнеры: UV916 и noname тюнер
- Noname тюнер
- Условия работоспособности данной схемы
- 9-звенный фильтр DDS
- Схемотехника и детали.
- Блок тюнера
- Блок DDS
- Блок ПЧ
- Интерфейс RS232
- Программа под Windows
- Receiving Frequency
- Comport
- Tuner register settings
- DDS Setting
- Buffer
- Загрузить прошивку PIC16F84 (INHX8M format)
- Моё исполнение Супер сканера.
- Изготовление и проверка схемы
- Заключительные слова
Сканер радиодиапазона 2.4 ГГц (Wi-Fi+ISM). Часть 1 — Описание и принципиальная схема
Задумывались ли вы над тем, что происходит в радиочастотном диапазоне 2.4 ГГц, в котором работают Wi-Fi и ISM устройства. На какой канал лучше настроить свой беспроводной маршрутизатор? Почему вы получаете такие низкие качественные показатели своей беспроводной сети? Соседские беспроводные устройства работают на той же частоте?
Просканировать Wi-Fi и ISM диапазон поможет описываемое устройство, кроме того, оно представит информацию в виде диаграмм, по которым вы сможете оценить уровень сигнала на каждой частоте диапазона. Сканер подключается к компьютеру (ноутбуку) по интерфейсу USB 2.0, на котором установлено специальное программное обеспечение, с помощью которого можно построить спектр или сохранить данные для дальнейшей обработки.
В устройстве используются два основных электронных компонента: радиомодуль компании Cypress и PIC микроконтроллер от компании Microchip.
ISM диапазон 2.4 ГГц
ISM (Industrial, Scientific and Medical band) – диапазон частот для промышленной, научной и медицинской аппаратуры. Частотный диапазон ISM 2.4 ГГц (2.4…2.4835 ГГц) обеспечивает полосу пропускания 83.5 МГц. В этом диапазоне действуют микроволновые печи, беспроводные телефоны некоторых типов, Bluetooth устройства, беспроводные клавиатуры, игрушки, а также версии беспроводных локальных сетей от IEEE, которые формально обозначаются как 802.11 b/g/n. Чтобы не создавать помех другим пользователям, устройства должны быть относительно маломощными, и их действие ограничивается небольшими расстояниями. Работа в диапазонах ISM не требует лицензирования.
Поскольку вы не можете наблюдать, что происходит в этом диапазоне, вы не можете объяснить странное поведение вашего беспроводного устройства. К примеру, беспроводная клавиатура начинает пропускать символы. А происходить это может из-за того, что кто-то по близости пользуется беспроводным телефоном.
Больше всего страдают Wi-Fi сети. Они требуют широкой полосы пропускания, постоянно передают данные и чувствительны к помехам. Вот почему, не всегда удается наладить беспроводные сети с приличным рабочим расстоянием и приходится отказаться от их использования.
Сканер предоставит визуальные данные, характеризующие активность во всем диапазоне, и подскажет наилучшие частоты для использования. При использовании сканера совместно с ноутбуком вы можете определить виновника «засорения» эфира.
Как работает сканер
Функциональная схема сканера исключительно проста (Рисунок 1).
Рисунок 1. | Функциональная схема сканера. |
Радиомодуль – это компактная плата на базе системы-на-кристалле CYWUSB6935, представляющая собой приемопередатчик диапазона 2.4 ГГц с низким энергопотреблением (Рисунок 2). Управляется модуль микроконтроллером по интерфейсу SPI. Управление чипом означает запись данных в определенные регистры для установки различных параметров (например, рабочей частоты) и чтение данных из регистров. Чип специально разработан для работы в диапазоне 2.4 ГГц, и поддерживает режим прослушивания частот, которые уже используются другими устройствами. Эта возможность позволяет микроконтроллеру перед передачей выбрать свободную частоту.
Рисунок 2. | Радиомодуль на базе системы-на-кристалле CYWUSB6935. |
Радиомодуль выдает уровень сигнала как число от 0 до 30. «0» означает отсутствие сигнала. Мы используем эту возможность в нашем проекте – микроконтроллер передает модулю значение частоты и команду измерения уровня сигнала на этой частоте. Затем, после выполнения запроса, микроконтроллер указывает переход на следующую частоту. И так операции повторяются, пока не будет пройден весь ISM диапазон.
Как вы заметили, мы не используем функции передачи/приема данных, которые в практических приложениях являются основными.
В нашем проекте мы используем микроконтроллер PIC18F2550 со встроенным интерфейсом USB 2.0. Микроконтроллер устанавливает радиомодуль на частоту, получает от него данные об уровне сигнала, сохраняет их во внутренней памяти и устанавливает следующую частоту. После прохождения всего ISM диапазона 2.4 ГГц микроконтроллер отправляет данные в компьютер, где пользовательская программа отображает результирующий спектр.
Принципиальная схема
Рисунок 3. | Принципиальная схема сканера. |
Принципиальная схема сканера изображена на Рисунке 3. Поскольку микроконтроллер интегрирует в себе все необходимое для USB, в том числе стабилизатор напряжения 3.3 В, буфер памяти и приемопередатчик, все что нужно сделать нам – это подключить USB кабель к выводам 15 и 16 микроконтроллера и конденсатор к выводу 14 для фильтрации напряжения 3.3 В от встроенного стабилизатора.
Тактирование микроконтроллера осуществляется от кварцевого резонатора 20 МГц с двумя нагрузочными конденсаторами 15 пФ. Внутренний делитель микроконтроллера делит тактовую частоту на 5, чтобы получить значение частоты 4 МГц, которая будет использоваться для синхронизации системы ФАПЧ, работающей на частоте 48 МГц. Это основная тактовая частота, на которой работают USB интерфейс и ядро.
Разъем внутрисхемного программирования позволяет перепрограммировать микроконтроллер без извлечения из устройства, и его можно не устанавливать. Резистор номиналом 10 кОм, подключенный к выводу 1 микроконтроллера, подтягивает вывод MCLR (сброс) к высокому уровню.
Питание сканер получает от интерфейса USB, т.к. схема потребляет незначительный ток. Для питания радиомодуля необходимо напряжение от 2.7 до 3.6 В. Напряжение порядка 3.0 В мы можем получить от шины 5 В, включив последовательно 3 диода типа IN4001 (на каждом диоде падение напряжения около 0.7 В). Это, конечно же, самый простой и дешевый, но вполне надежный способ.
CYWUSB6935 имеет на входах защитные диоды. Это означает, что для управления можно использовать 5-вольтовые логические сигналы микроконтроллера, включив последовательные резисторы для ограничения тока. Мы выбрали резисторы с сопротивлением 3.3 кОм.
Часть 2 — Программное обеспечение
Перевод: Vadim по заказу РадиоЛоцман
Источник
Свободный эфир
You are here
Супер-сканер 45-860MHz с шагом 0,01 Гц.
НавигацияСлушаем КВ!Супер-сканер 45-860MHz с шагом 0,01 Гц.К радости всех вокруг, я, наконец, построил свой Супер-сканер!Это устройство основано на ТВ-тюнере, DDS синтезаторе и дополнительной схеме сопряжения. Любые вклады в создание и дополнение этой страницы, имеют большое значение! Маленькое отступлениеЗачем делать жизнь сложнее, чем она есть на самом деле? Первоначальная информация о ТВ-тюнере Я просто обожаю ТВ-тюнеры, и поэтому сейчас я объясню вам принцип их работы. Входные полосы приёма: ОНЧ-48-180МГц | ||||||||
BAND | P7 | P6 | P5 | P4 | P3 | P2 | P1 | P0 |
LOW BAND (60h) | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | X | X | X |
MID BAND (50h) | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | X | X | X |
HIGH BAND (30h) | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | X | X | X |
Noname тюнер
Теперь, давайте попробуем идентифецировать комплектующие безымянного тюнера, имеющегося в моём распоряжении.
После снятия крышки мы увидим две схемы: TDA 5630, представляющий из себя смеситель и ГУН, и TSA5522, синтезатор PLL. Заглянув в даташит, мы сможем найти исчерпывающую информацию. Руководствуясь даташитом TSA5522 и следуя дорожкам на плате, мы сможем легко найти входы SCL и SDA. Мы так же можем найти вывод P6, являющийся входом 5-уровнего АЦП преобразователя, который может быть использован для автоматической подстройки частоты (АПЧ). Мы применим АПЧ (автоподстройку частоты). В большинстве случаев вы можете не использовать этот вход и оставить его в свободно подвешенном состоянии. Вы так же можете найти вход, обозначенный AS. Путём выбора определённого напряжения можно выбрать один из трёх синтезаторов, могущих присутствовать в системе. В большинстве случаев вы будете использовать один тюнер, так что вы можете оставить этот вход так же свободно подвешенным.
Схема синтезатора частоты питается напряжением +5В, потребляя при этом небольшой ток. Просмотрев 13-ю страницу даташита, вы можете понять, как работает синтезатор. PLL использует напряжение +33В на входе CP в качестве напряжения настройки варикапов. Следуя дорожкам на плате, мне удалось найти вход 33В DC.
Посмотрев в даташит микросхемы TDA5630, мы можем найти то, что она питается напряжением +9В, и, руководствуясь этим уровнем, находим соответствующий вывод блока. Последний из выводов блока не указан в даташите, он называется AGC (automatic Gain Control, Автоматическая регулировка усиления, АРУ). С помощью этого вывода можно контролировать предварительный усилитель ВЧ, меняя коэффициент его усиления. Хорошим решением является установка уровня на этом выводе, равном половине напряжения питания системы, т.е. 6В, с помощью делителя из двух резисторов. Чаще всего вы можете найти вывод АРУ на первом выводек, близжайшем ко входу ВЧ.
Теперь нам известно назначение всех выводов этого непонятного тюера. Почитайте даташиты, чтобы понять логику работы PLL TSA5522.
Не пугайтесь большому количеству фильтров и смесителей, в течении нескольких минут вы поймёте, что к чему.
Тюнер относится к классу цифровых, чья частота контролируется путём подачи управляющего сигнала на шину I2C. Наименьший шаг перестройки тюнера 62,5 кГц.
Для облегчения представления о принципах работы посмотрите на рисунок. В вашем распоряжении 2 ручки. Левая (красная) управляет перестройкой тюнера с шагом 62,5 кГц. Правая управляет DDS, который может перестраиваться с шагом 0,01 Гц в диапазоне от 0 до 62.49999 кГц. В примере я определил шаг перестройки этого генгератора величиной 1 Гц. Формула ниже показывает вам, как вы можете с помощью этих двух переключателей любую желаемую частоту. В действительности, частота DDS вовсе не лежит в диапазоне от 0 до 62.49999 кГц, её значения составляют от 5.01375 МГц до 5.07625 МГц).
С помощью двух этих составляющих (тюнер и DDS), вы можете просканировать весь диапазон 45-860 МГц с шагом 0,011 Гц! Для понимания принципов работы тюнера я описываю каждый блок. Выход IF (intermediate Frequency, ПЧ, промежуточная частота) установлен в значение 37 МГц, что является европейским стандартом. Фильтр ПАВ (SAW) обрезает внеполосные продукты преобразования. Сигнал, проходя через первый смеситель, смешивается с фикситрованной частотой квацевого генератора 42.5 МГц.
Продуктом преобразования первого смесителя является частота 5,5 МГц. Я использую стандартный пьезокерамический фильтр на 5,5, обрезающий внеполосные сигналы. Фильтр должен иметь полосу пропускания 100 КГц, что является характерным для телевизоров и видеомагнитофонов.
Прежде чем рассмотреть 2-й смеситель, обратите внимание на оконечную часть схемы, где находится детектор. Детектор работает на частоте 455 кГц, а перед ним стоит пьезокерамический фильтр на эту частоту. Если мы установим частоту DDS равной 5.5 МГц — 455 кГц = 5.045 МГц, мы получим именно ту установдленную частоту приёма, что нам нужна. Помните, я говорил вам о наименьшем шаге перестройки тюнера 62.5 кГц? У UV916 шаг перестройки составляет 62.5 кГц!
Теперь, если мы будем менят частоту DDS в пределах ±31,25 кГц, мы сможем реализовать плавную перестройку. DDS при этом будет перестраиваться в пределах 5.045 МГц ±31.25 кГц.
Условия работоспособности данной схемы
Она будет работать идеально, если полоса пропускания 5.5 МГц керамического фильтра перед вторым смесителем шире, чем 62.5 кГц.
Если полоса пропускания меньше, чем 62.5 кГц вы столкнётесь с проблемами. В моей тестовой конструкции (фото ниже), я обнаружил, что 3-выводный фильтр имеет полосу пропускания 600 кГц, а 4-выводный около 350 кГц, что, скорее всего, не создаст лишних проблем. Это не очень хорошо в плане фильтрации внеполосных сигналов, т.к. меньшая полоса пропускания обеспечит лучшую чувствительность и изберательность.
После всего этого вы можете подумать, что конструкция содержит множество миксеров, фильтров и прочего дерьма. Не волнуйтесь!
Если вы примените широко используемую микросхему MC13135/13136, вы можете уже только с помощью её реализовать множествво блоков данной схемы. Она содержит один кварцевый генератор, два смесителя, ЧМ модулятор, ВЧ выход и множество других ценных приблуд. Пьезокерамику и контур на 455 кГц вы можете найти в дешёвых приёмниках на микросхемах. ПАВ фильтр, пьезокерамический фильтр на 5,5 МГц и тюнер вы можете найти в сломанных видеомагнитофонах и телевизорах. Так же я думаю, их можно найти и в прекрасно работающей технике. Почему бы не выковырять их из идеально работающего широкоэкранного телевизора?
Всё, в чём вы нуждаетесь далее, это схема DDS. Если вы хотите полнуюб свободу в управлении создаваемым устройством, придётся снабдить его ЖКИ индикатором и клавиатурой. Я обвёл эти дополнительные блоки пунктирными линиями.
9-звенный фильтр DDS
DDS излучает сигнал не лучшего качества. Он содержит множество высших гармоник и прочего шума. Для лучшей работы приёмника паразитные сигналы следует отфильтровать.
Так что вы нуждаетесь в качественном выходном фильтре DDS. Я остановился на 9-звенном LC П-фильтре. Этот фильтр имеет хорошую фильтрацию высших гармоник и довольно крутые скаты АЧХ. Этот фильтр собран на стандартных компонентах, так что вам не придётся мудрить с побором емкостей и индкуктивностей!
Катушки имеют стандартную индуктивность 4,7 мкГн, величина емкостей подобрана таким образом, что их можно составить из параллельно включенных конденсаторов.
График показывает характеристику затухания сигнала на выходе DDS. Это очень важно для фильтрации высших гармоник и паразитных излучений. Рабочая частота составляет 5.045 МГц ±31.25 кГц.Входное напряжение частоты 5 МГц составляет приблезительно 155 мВ (жёлтая стрелка). Чтобы убедиться в том, что DDS работает правильно, я советую вам подключить выход его фильтра к осциллографу или частотомеру. Убедитесь, что сигнал имеет хорошую форму, а частота соответствует заданной.
Схемотехника и детали.
Я подробно опишу в нескольких разделах схему Супер-сканера для облегчения восприятия.
Блок тюнера
Для этой конструкции я использовал широко распространённый тюнер UV916. Напряжение AGC (АРУ) выставляется равным +6В с помощью двух резисторов.
Для питания устройства я использовал три различных источника питания (+5, +12 и +33 В). Шина I2C (SCL, SDA) соединена с выводами RB3 и RB4 PIC контроллера.
P3 остаётся в подвешенном состоянии, а выход ПЧ 37.0 МГц (IF) соединяется со входом ПАВ фильтра. У фильтра два ввхода и два выхода. Выходы соединяются с трактом усилителя ПЧ. Границы полосы пропускания состовляют 34-38.9 МГц. Это помогает избавиться от приёма по зеркальному каналу.
Блок DDS
DDS синхронизируется тактовой чатотой 50 МГц с помощью кварцевого резонатора. С PIC контроллера сигналы управления через RB5, RB6 и RB7 поступают на DDS.
Дроссели L1 и L2 фильтруют напряжение источника питания и разделяют аналоговую и цифровую части.
Выход DDS нагружен сопротивлением 300 Ом, и соединён с 9-звенным П-фильтром. Фильтр устраняет гармоники и внеполосные излучения, генерируемые цифровой частью схемы.
После фильтра получается красивый гармонический сигнал 5.045 МГц.
Одна из сложностей сборки данной конструкции в том, что из-за наличия мелких комплектующих вы должны применять острозаточенный паяльник. Будьте спокойны и не переживайте, паяя эту малютку.
Блок ПЧ
Собран на MC33165. Выводы 1 и 2 гетеродин. Я использовал схему с кварцевым резонатором. На ножке 3 обнаруживается выход буферного каскада гетеродина. Сигнал, отфильтрованный ПАВ, через вывод 22 поступает на вход первого смесителя. Продукты преобразования снимаются с 20-й ноги. Пьезокерамический фильтр на 5,5 МГц обрезают все сигналы, отстоящие в стороне на +/- 100 кГц. Сигнал приходит на вход второго смесителя, где смешивается с сигналом DDS, приходящий на 6-ю ногу. Продукты преобразования через фильтр 455 кГц проходят в ЧМ детектор.
К квадратурному детектору через вывод 13 подключается катушка. С выводов 15-16 вы можете снять уровень напряжения, пропорциональный уровню входного сигнала в децибелах. При использовании приёмника в качестве анализатора спектра можно соединить данный выход со входом Y осциллографа. Х вход соединяется с напряжением настройки по частоте. Вывод 17 звуковой выход. Сигнал там имеет величину 50-150 мВ, что довольно мало. Я усилил его простым усилителем, показанным внизу схемы.
Интерфейс RS232
Теперь я объясню, как работает схема совместно с компьютером. Вы не обязаны вникать в это, если у вас нет на то желания, но некоторым, возможно, захочется написать программу, управляющую приёмником. Поэтому я позаботился обо всём!
Я так сконструировал данный приёмник, чтобы его настройкой можно было полностью управлять с компьютера. Таким образом, вы можете убедиться в работоспособности устройства ещё до подключения к нему кнопок, дисплея и т.д. В конце концов, вы можете сделать портативный автономный аппарат, но прежде всё-таки давайте убедимся в полной его работоспособности, кратчайший путь к чему — подключение его к компьютеру и проверка правильности подсчёта и установки требуемой частоты приёма. Для того, чтобы соединить устройство с компьютером, потребовалось ввести в схему RS интерфейс, собранный на микросхеме MAX232, которая преобразует TTL уровни в стандарт COM порта. Я выбрал скорость обмена 19200, с контролем битов четности, 8 бит и 1 стоп-битом (19200, е, 8,1). Теперь давайте рассмотрим протокол.
Программное обеспечение, написанное мной, унифицированное. Это означает, что вы можете использовать много различных тюнеров с этим программным обеспечением. Прежде всего, нужно подать требуемые уровни на 9 регистров. Adressbyte назначает tuneradress для I2C. Dividerbyte 1 и 2 служат для установки частоты тюнера.
Controlbyte служит для контроля токов PLL и прочего, Portbytes выбирает нужный диапазон приёма. В документе TSA5512.pdf можжно найти принцип управления регистрами тюнера. Функция, выполняемая программой, является вычисление значений этих 9 регистров и отправка их в PIC контроллер. PIC принимает информацию, транслирует её в протокол шины I2C и отправляет на тюнер и DDS. Вам не обязательно понимать, что же всё-таки делает PIC контроллер, но для написания программы придётся всё же в этом разобраться.
Для завершения настройки частоты приемника, вам нужно отправить 9 байт в PIC-контроллер. 5 первых, служат для управления тюнером (желтый цвет). 4 последующих байта (зеленый цвет) установливают частоту DDS. Вы можете прочитать более подробную информацию о DDS по этой ссылке. В приведенной выше таблице показно 9 регистров. Когда вся информация отправлена с компьютера в контроллер, убедитесь, что частоты тюнера и DDS установлены правильно.
Программа под Windows
Я написал простенькую программу, интерфейс которой вы можете видеть на скриншоте.
Давайте я расскажу вам о назначении кнопок и окон.
Receiving Frequency
Частота приёма, здесь вы можете установить частоту, на которой хотите вести приём. Введите значение в зеленое окошко и нажмите Set Freq. Вы также можете установить размер шага для сканирования вверх / вниз. Шаг вводится так же, как частота.
Comport
Здесь можно установить нужный COM-порт для обмена данными.
Tuner register settings
Здесь можно установить значения регистров. Dividerbyte 1 и Dividerbyte 2 рассчитываются автоматически в зависимости от принимаемой частоты в окошке Receiving Frequency. Adressbyte, Controlbyte и Ports byte можно в любой момент изменить вручную. При каждом изменении значения программа автоматически отправляет данные на тюнер.
Помните, при изменении частоты свыше 150 МГц и 450 МГц нужно вручную переключить диапазон Ports byte, т.к. программа не умеет делать этого автоматически.
DDS Setting
Чтобы установить частоту DDS, необходимо знать Reference frequency данного DDS. Выходная частота рассчитывается на основании Reference frequency, введёной ранее. Вы также увидите 32 бит DDS, отображённые в виде 4 байт.
Buffer
Буфер отображает 9 байт, отправляемые на PIC. Принажатии кнопки Send содержимое буфера отправляется на PIC через RS232 сейчас же. Так же это происходит при любом изменении любого из значений.
Давайте рассмотрим в цифрах то, что описано выше:
IF = Xtal — DDS — 455kHz => 42.5e6 — 5.02e6 — 455e3 = 37.025.000 Hz
Tuner VCO = 62500 * tuner divider => 62500 * 2274 =142.125.000 Hz
RF receive = Tuner VCO — IF => 142.125e6 -37.025.e6 = 105.1 MHz
Глядите, как здорово!
Ну, вот и всё о программе.
Загрузить прошивку PIC16F84 (INHX8M format)
s_tuner.zip | Super tuner program (the hex file is zipped!). |
TSA5512_CNV_3.pdf | Datasheets for TSA5512_CNV_3.pdf |
SAW filter information and PDF download | SAW filter information and PDF download |
I 2 C information | I 2 C Bus Technical Overview and FAQ |
Моё исполнение Супер сканера.
Хочу, чтобы вы посмотрели, как я всё воплотил в железе.
Ниже фото того, что я спаял поздним вечером накануне.
Пайка выполнена комбинацией обычных элементов и поверхностного монтажа.
Я добавил в схему преобразователь для получения настроечного напряжения 33 В.
Так же я добавил два (чёрный и жёлтый) пьезокерамических резонатора на 455 кГц и реле их переключения. Так же я добавил реле для переключения усиления сигнала с выхода детектора. Это осуществляется простой коммутацией резисторов, включенных в параллель катушке квадратурного детектора. Причиной, побудившей меня сделать данные усовершенствования, является то, что я хотел принимать как широкополосные, так узкополосные сигналы с наилучшим качеством.
Изготовление и проверка схемы
Не подключайте тракт ПЧ до тех пор, пока не отладите все остальные узлы. Я рекомендую вам в первую очередь запустить DDS. Когда вы получите хороший сигнал с DDS нужной чатоты, возьмитесь за тюненре. На схеме найдите тестовую точку TP. Подключите к ней вольтметр постоянного тока и замерьте напряжение. Оно должно меняться при изменении частоты настройки. Это лёгкий путь убедиться в том, что тюнер работает нормально. Теперь включите блок ПЧ и проверьте частоту кварцевого генератора. Надеюсь, что у вас всё благополучно заработало.
Заключительные слова
Этот проект послуужит вам отправной точкой для создания ваших проектов тюнеров. Этот проект может вырасти почти до библейских масштабов. На рынке представлено так много различных клавиатур и дисплеев, что я решил опустить данную часть, и просто управлять ресивером с компьютера.
Вы можете написать мне, если что-то неясно.
Я желаю вам удачи в ваших проектах, и спасибо за посещение моей страницы.
Источник