Aumentando o alcance do módulo RF usando antena (Parte 4/23)

Módulos RF são circuitos de comunicação de radiofrequência de banda baixa usados ​​para transmissão de dados digitais em pequenas distâncias. Conseqüentemente, esses módulos são bastante úteis na fabricação de produtos eletrônicos de consumo ou projetos DIY para ambientes domésticos ou de escritório. O módulo RF de 434 MHz é um produto de transmissão de RF padrão extremamente popular e amplamente utilizado por amadores e engenheiros de produto. Aprenda detalhes fundamentais sobre a comunicação RF e a configuração básica do transmissor e receptor RF.

Esses módulos RF padrão de 434 MHz têm uma taxa de dados de 1 Kbps a 10 Kbps. Eles podem operar a uma distância de 50 a 80 metros sem qualquer antena. Portanto, eles são adequados para uso em uma pequena casa ou escritório. Mas, esta gama de operação pode parecer limitada mesmo para algumas aplicações domésticas ou de escritório. Então, o alcance de operação desses módulos de RF pode ser estendido? Sim, é possível aumentar o alcance de operação do módulo RF duas ou três vezes usando uma antena externa com o módulo.

Protótipo de transmissor RF

Fig. 1: Protótipo de Transmissor RF

Uma antena é basicamente um transdutor e um condutor de corrente que converte a corrente elétrica de entrada em ondas eletromagnéticas ou produz corrente elétrica em resposta a uma onda eletromagnética. Embora qualquer condutor de eletricidade possa ser usado como antena, existem muitos tipos de antenas e sua funcionalidade como transmissor ou receptor de ondas eletromagnéticas é regida por teorias bem estabelecidas.

A distância até a qual uma antena pode transmitir ou receber sinal pode ser aumentada aumentando a potência aplicada à antena. Esta técnica aumenta a força da onda portadora e o sinal de rádio torna-se capaz de transmitir a distâncias maiores antes de desaparecer. Outro método é usar a altura padrão da antena conforme formulada pela teoria de antenas estabelecida. Usar a altura padrão da antena dependendo da frequência da onda portadora pode aumentar o alcance de operação em até duas ou três vezes. De acordo com a teoria da antena, a altura da antena deve ser metade ou um quarto do comprimento de onda do sinal portador.

Este projeto é uma demonstração da extensão de alcance do módulo RF anexando uma antena de tamanho padrão ao Módulo RF. A entrada de energia para a antena foi mantida constante para experimentar o único efeito da altura da antena no alcance operacional do módulo.

Componentes necessários

Sr. Não. Nome do componente Quantidade necessária
1 Módulo RF Tx (434 MHz) 1
2 Módulo RF Rx (434 MHz) 1
3 HT12E 1
4 HT12D 1
5 LIDERADO 5
6 Resistor – 1KΩ (um quarto de watt) 8
7 Resistor – 1MΩ (um quarto de watt) 1
8 Resistor – 50KΩ (um quarto de watt) 1
9 Botão de apertar 4
10 Bateria-9V 2
11 Tábua de pão 2
12 Conectando fios

Diagrama de blocos do transmissor e receptor RF

Fig. 2: Diagrama de blocos do transmissor e receptor RF

Conexões de Circuito

As conexões do circuito do Módulo RF são feitas conforme especificado nas folhas de dados do HT12E IC, HT12D IC, transmissor RF e receptor RF. Essas conexões de circuito são explicadas em detalhes no Modelo Básico de Experimento de Transmissor e Receptor de RF. Para testar o efeito da antena no alcance operacional do módulo RF, primeiro é observado o alcance operacional sem antena. As conexões do circuito são feitas e os circuitos recebem energia através de uma bateria ou fontes de alimentação portáteis. Os circuitos são levados para um local aberto onde a distância reta entre o receptor e o transmissor pode ser medida com uma fita métrica. Os bits de endereço dos CIs do codificador e do decodificador são conectados ao terra para corresponder a um endereço de 0x00.

Protótipo de receptor RF

Fig. 3: Protótipo de receptor RF

Os bits de dados no IC do codificador também são conectados por meio de switches para transmitir dados variáveis ​​de 4 bits. Este bit de dados pode ser definido em qualquer lugar entre 0x1 e 0xF para que pelo menos um LED no módulo receptor acenda para indicar que o sinal está sendo recebido corretamente. O pino 14 do IC do codificador é conectado ao terra para facilitar a transmissão ininterrupta. As chaves push-to-on são usadas nos pinos de dados do IC do codificador para que o bit de transmissão possa ser alterado com o aumento da distância.

Isto é importante porque os pinos de dados no IC decodificador são do tipo latch e o bit de dados transmitido uma vez permanece nos pinos de dados do IC decodificador até que um novo bit seja recebido. Portanto, um bit de dados, uma vez recebido no IC decodificador, permanece persistente mesmo se o módulo receptor parar de receber o sinal de rádio. Portanto, para garantir que o sinal de rádio esteja sendo recebido, o bit de dados deve ser alterado toda vez que a distância entre o transmissor e o receptor aumentar.

A fonte de alimentação para ambas as partes do módulo é mantida constante em 9V para todas as leituras. Uma antena de tamanho padrão é anexada a cada transmissor e receptor. Durante a segunda fase do experimento, no transmissor de RF a antena é conectada ao pino 4 do módulo transmissor, enquanto, e no receptor de RF a antena é conectada ao pino 8 do módulo receptor.

Como funciona o circuito

Primeiro, o alcance operacional do módulo RF é testado sem antena. O transmissor e o receptor são mantidos a uma distância de 10 metros e uma mudança no bit de transmissão é feita para testar a recepção do sinal de rádio no módulo receptor. O bit foi alterado com sucesso. A distância entre o transmissor RF e o receptor é aumentada em 10 metros a cada vez e a recepção do sinal de rádio é testada alterando o bit de dados no módulo transmissor. Os módulos RF 434 recebem sinais com sucesso a uma distância entre 70 e 80 metros. Além dos 80 metros, o sinal de rádio desaparece e a mudança no bit transmitido não é refletida no módulo receptor. Assim, o alcance operacional de 434 módulos RF sem antena pode ser previsto com segurança em 70 metros.

Agora é testado o alcance operacional do módulo com antena. Antes disso, a altura padrão da antena deve ser calculada. A altura padrão de acordo com a teoria da antena deve ser metade ou um quarto do comprimento de onda do sinal portador. A frequência portadora do módulo RF é 434 MHz.

O período de tempo da onda de RF será o seguinte –:

Período de tempo = 1/Frequência

= 1/434 MHz

= 2,4 nanossegundos

A velocidade da luz é 3X10 ^ 8 m/s. O comprimento de onda das ondas de rádio é dado pelo seguinte –:

Comprimento de onda = Velocidade/Frequência

= Velocidade X Período de tempo

= 3X10^8X2,4X10^-9

= 0,69 metro ou 69 cm

O tamanho padrão da antena deve ser metade ou um quarto do comprimento de onda.

Portanto,

Tamanho da antena = 69/2 ou 69/4

= 34,5 ou 17,25 cm

O quarto do comprimento de onda é considerado o tamanho padrão da antena neste projeto. Um fio é cortado em comprimentos de 17,25 cm e conectado a cada um, ao transmissor de RF e ao módulo receptor.

Agora, o alcance operacional do módulo RF é testado em incrementos de 10 metros, como feito sem antena. Agora o módulo RF está transmitindo sinal a uma distância entre 150 e 160 metros. O novo alcance operacional é medido com precisão em 156 metros, alterando o incremento para 1 metro além da distância de 150 metros. Conseqüentemente, ao conectar uma antena com um quarto do comprimento de onda, o alcance operacional do módulo RF é apenas duplicado.

Sem Antena Com Antena
Alcance -> 70m 156m

Diagramas de circuito

Diagrama de Circuito-RF-Transmissor-Receptor-Range-Aumentado-Antena-Maior-Transmissão-Potência_0

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