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XTR-7020A-4
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XTR-7020A-4
Manuale d’istruzioni
L’ XTR-7020A-4 è un transceiver con disponibilità di 10 canali che offre prestazioni migliorate in termini di raggio di copertura RF, velocità di trasmissione seriale, controllo d’errore rispetto all’XTR-903A-4 mantenendo la piena compatibilità in termini di pinout. I dati sono trasmessi con modulazione FSK che garantisce una maggiore immunità ai disturbi rispetto alla modulazione d’ampiezza consentendo di coprire distanze superiori a 300 m in aria libera mediante l’utilizzo di antenne omnidirezionali. L’XTR-7020A-4 consente un trasferimento dati in logica TTL RS-232 grazie all’impiego di un microcontrollore che gestisce la ridondanza sui dati RF. La velocità dei dati all’ingresso seriale (9600-19200-38400 bps e 9600-57600­115200 bps a seconda della programmazione del registro S5) è impostabile tramite i pin SP1 e SP2. La trasmissione dei dati avviene secondo la tecnica store and forward: i dati che entrano dalla porta seriale vengono memorizzati in un buffer e spediti al termine della loro ricezione. In fase di ricezione RF i byte vengono memorizzati e trasferiti sulla seriale soltanto dopo la validazione della checksum. In caso di fallimento tutto il pacchetto viene rigettato. Il ritardo di trasmissione dei dati (tra la porta d’ingresso e quella d’uscita), risulta essere funzione della lunghezza del pacchetto e della velocità delle due connessioni seriali. Le alte velocità seriali utilizzabili (57600-115200bps) consentono di compensare i ritardi di pacchettizzazione introdotti: ad esempio nel caso di 64 Byte, ad una velocità della seriale di 115200bps, il ritardo di trasmissione risulta essere di circa 21ms, quindi paragonabile a quello relativo all’XTR-903A-4. La massima lunghezza di pacchetto è di 240 Byte. Mediante l’invio di comandi di tipo ‘AT’ possono essere scelti il canale di comunicazione, la velocità seriale, la potenza in uscita e si può monitorare il grado di occupazione del canale RF. Il modulo si presenta meccanicamente compatto, e conserva le stesse ridotte dimensioni del modello XTR-903A-4 (23 x 33 mm). La tensione di alimentazione è fissata a 3 Volt. In modalità stand-by il consumo di corrente massimo è ridotto a 10 µA.
Caratteristiche
Gestione store and forward di segnali RS-232 Nessuna codifica o preambolo richiesto all’utente Comandi AT per programmazione dei registri interni HyperTerminal* compatibile Numero di canali: 10 Ridotte dimensioni (23x33 mm) Bit rate: 9600, 19200,38400,57600,115200 bps
Applicazioni
Wireless handsfree
Automazione domestica Telemetria Controllo accessi Monitoraggio strumenti Acquisizione dati
Terminali POS Potenza trasmessa: max 10 mW Alimentazione fissa a 3V Raggio medio di copertura: 300 m
* Marchio registrato da Hilgraeve, Inc.
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XTR-7020A-4
Manuale d’istruzioni
Limiti assoluti
Temperatura di funzionamento -20 °C ÷ +70 °C Temperatura di immagazzinamento -40 °C ÷ +100 °C
Alimentazione +6V
Tensione in ingresso -1.0 ÷ Vcc + 0.3V Tensione in uscita -1.0 ÷ Vcc + 0.3V
Caratteristiche tecniche
Min. Tip. Max. Unità Livelli DC
Tensione di alimentazione 2.7 3.3 3.6 V Corrente consumata (rx mode) 26 mA Corrente consumata (tx mode @ -8 dBm) 20 mA Corrente consumata (tx mode @ 10 dBm) 31 mA Corrente consumata (stand-by mode)
Livello logico “1” in input/output 0.7xVcc Vcc V Livello logico “0” in input/output 0 0.3xVcc V
RF
Banda di frequenza 433.19÷434.57 MHz Tipo di modulazione FSK Sensibilità in rx (a 115200 bps) -100 dBm Potenza in trasmissione -8 10 dBm
Performance
Bit Rate seriale Outdoor range 300 m Numero canali 10 Canalizzazione 153.6 kHz
Tempi di Commutazione
PWRDN → RX TX → RX RX → TX
Impostazioni di default
Canale 433.96 MHz Potenza emessa (tx) 10 dBm
1
Il segnale in ingresso seriale è inteso 8,n,1.
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1
8 10
9600, 19200, 38400,57600,115200 bps
TBD ms
TBD TBD
µA
ms ms
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Manuale d’istruzioni
Descrizione dei Pin
Pin Descrizione
1,3
2
4, 5, 6, 7, 8
9,10,18
11,15
12
13
RF GND
ANT
/
GND
SP1, SP2
RSRX
485EN
XTR-7020A-4
Fig. 1: pin out del dispositivo
Connessione con il piano di massa della parte RF
Connessione d’antenna, impedenza 50 ohm
Non usati nel modello attuale
Connessione al piano di massa
Pin di selezione della velocità seriale. La selezione deve essere effettuata prima di accendere il dispositivo
Uscita dati seriali in logica TTL RS-232 con 1 start bit (0V), 8 data bit e 1 stop bit (3V). La linea deve essere pilotata a livello logico alto (3V)
La linea 485EN consente di pilotare un’interfaccia RS-232 / RS-485. In corrispondenza di dati in uscita sulla linea RSRX il segnale assume livello logico alto
Jumper Velocità seriale
S1 S2 S5=0 S5=1 Aperto Chiuso Chiuso Aperto Aperto Aperto Chiuso Chiuso
38400 115200 19200 57600
9600 9600
Test Mode:
pseudonoise
Test Mode :
pacchetti dati
14
16
RSTX
PWRDN
Ingresso dati seriali in logica TTL RS-232 con 1 start bit (0V), 8 data bit e 1 stop bit (3V). La linea deve essere pilotata a livello logico alto
Stato del dispositivo. In Power Down il transceiver XTR-7020A-4 si spegne riducendo il consumo a meno di 10µA.
PWRDN STATO
0 Attivo 1 Spento
Si raccomanda di non lasciare il pin in uno stato di tensione variabile nel caso di inutilizzo, per prevenire funzionamenti anomali del modulo
17
Vcc
Alimentazione del modulo (3V), opportunamente filtrata e regolata
Tab. 1: descrizione dei pin
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Manuale d’istruzioni
Modalità di funzionamento dell’XTR-7020A-4
Le modalità di funzionamento del dispositivo si possono riassumere in 6 stati (Fig. 1):
1. Test Mode
2. Idle Mode
3. RF Transmit Mode
4. RF Receive Mode
5. Power Down Mode
6. Command Mode
Test Mode
Power
Down Mode
RF
Transmit
Mode
Idle
Mode
Command
Mode
Fig. 2 modalità di funzionamento
RF
Receive
Mode
1. Test Mode
Si accede al Test Mode cortocircuitando a massa i pin SP1 e SP2 prima dell’accensione del dispositivo. In base al contenuto del registro S5 si hanno due diverse modalità di test:
• S5=0: si ha la trasmissione continua su RF di una portante modulata da un segnale a 20 kHz
costituito da una sequenza di dati pseudorandom.
• S5=1: trasmissione di un pacchetto dati definito con un valore numerico a 4 cifre incrementale.
Per uscire da questo stato è necessario togliere l’alimentazione e scegliere una nuova configurazione di SP1 e SP2.
2. Idle Mode
Stato iniziale di riposo in cui viene a trovarsi il dispositivo all’accensione (se SP1 ed SP2 selezionano il Test Mode): in tale modalità di funzionamento il transceiver è in attesa di ricevere dati dalla radiofrequenza o dalla linea seriale RSTX.
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3. RF Transmit Mode
Dalla condizione di inattività (Idle Mode) il modulo passa in uno stato di trasmissione a radiofrequenza quando sulla linea di input RSTX (pin 14) è presente uno start bit (livello logico basso, 0V) e di conseguenza almeno un byte di dati. Il meccanismo del trasferimento dei dati store & Forward può essere descritto da coppie di operazioni in sequenza
Ricezione seriale unità A /Trasmissione RF unità A Ricezione RF unità B / Trasmissione seriale unità B [Fig. 3]
L’assenza di dati all’ingresso del modulo XTR-7020A-4 è stabilita dallo scadere di un Timeout (fissato in funzione della velocità seriale dei dati), scaduto il quale il transceiver non memorizza ulteriori dati in ingresso fino all’avvenuta trasmissione RF di quelli che già sono contenuti all’interno del suo buffer in ricezione. I dati sono trasmessi sul canale RF solo dopo che è terminata la loro ricezione seriale. Similmente il ricevitore analizza i pacchetti ricevuti dalla RF procedendo con la trasmissione seriale in caso di dati validi o scartandoli se errati.
Come visibile dal diagramma temporale riportato in Fig. 3, l’intervallo di tempo dal momento iniziale (istante 0) in cui il dato si presenta in ingresso al modulo, al momento in cui viene ricevuto sul modulo remoto, è funzione del numero di Byte che costituiscono il pacchetto e delle velocità seriali utilizzate sia in ricezione che in trasmissione.
Ricezione seriale unità A
STORE Seriale unità A
0
ORWARD RF unità A
Trasmissione RF unità A
adiofrequenza
Ricezione RF unità B
Fig. 3: il meccanismo di store & forward
Pacchetto validato dall’unità B e trasmesso dalla porta seriale
Trasmissione seriale unità B
t [ms]
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0
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Manuale d’istruzioni
Per il corretto funzionamento del dispositivo si tenga conto che non è consentito avere la contemporaneità di fasi nell’ambito della stessa unità: per esempio se l’unità A è in fase di trasmissione RF i dati eventualmente entranti dalla porta seriale non vengono memorizzati nel buffer in ingresso. Similmente per quanto riguarda l’unità B non è consentito ricevere dati RF mentre il precedente pacchetto di byte è in fase di trasmissione seriale.
Nella Fig. 4 si illustra il caso della trasmissione di due pacchetti in sequenza da un’unità A ad una B: il pacchetto #1 entra nell’unità A ed è trasmesso all’unità B che provvede ad inoltrarlo attraverso l’uscita seriale. La trasmissione del pacchetto #2 deve avvenire tenendo conto che la fine della ricezione seriale da parte dell’unità A deve avvenire DOPO il termine della trasmissione seriale del pacchetto #1 da parte dell’unità B per non sovrapporre in questo dispositivo le fasi di ricezione RF e trasmissione seriale: è quindi necessario introdurre un intervallo di sicurezza tra le trasmissioni dei due pacchetti in funzione al numero di
[
byte del primo pacchetto, alla velocità seriale dell’unità B e alla durata
T della trasmissione del
RF
ms
]
pacchetto sulla RF che è dipendente dal numero di byte del pacchetto ed è data da
[]
= 139.0
NKmsT ⋅
byteRF
con K=4,21 @9600bps, K=3,35 @19200bps, K=3,1 @38400 e 57600bps, K=2,8@115200bps.
L’ultimo byte del secondo pacchetto deve entrare nell’unità A dopo che l’unità B ha terminato la trasmissione seriale del primo pacchetto
Ricezione seriale pacchetto #1 unità A
Il pacchetto #2 non può entrare nell’unità A mentre sta trasmettendo via RF il
acchetto #1
Non possono essere inviati dati seriali all’ unità A mentre si ha trasmissione RF del pacchetto #1
Trasmissione RF pacchetto #1 unità A
Ricezione seriale pacchetto #2 unità A
Trasmissione seriale pacchetto #1 unità B
t [ms]
Fig. 4: trasmissione di due pacchetti dati
5. Power Down Mode
Portando a livello alto (+3V) il pin 16 (PWRDN), il dispositivo entra in uno stato di risparmio energetico,
limitando il consumo a meno di 10 µA: in tale modalità il transceiver non è in grado né di ricevere, né di
trasmettere e occorre commutare il pin 16 a livello basso (0V) per riportarlo ad un normale stato operativo (Idle mode). In questo stato la linea RSTX deve essere mantenuta a livello logico alto (+3V) per evitare un erroneo invio di dati alla riaccensione del modulo.
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Manuale d’istruzioni
6. Command Mode (Programmazione del modulo XTR-7020A-4)
Lo stato di Command Mode consente all’utente di configurare i parametri di funzionamento del dispositivo. La programmazione avviene mediante comandi tipo ‘AT’ inviati sulla linea RSTX (pin 14) alla velocità impostata tramite i pin SP1 e SP2 (pin 11 e 15). Le risposte del modulo saranno date sulla linea RSRX (pin
12). Per entrare in Command Mode dallo stato di Idle occorre inviare sulla linea RSTX (pin 14) una sequenza di 3 caratteri ASCII ‘+’ consecutivi (+++). Un modulo nello stato di Command Mode non è abilitato alla ricezione RF.
Registri e Comandi disponibili
I comandi che possono essere dati al modulo XTR-7020A-4 riguardano la lettura e la scrittura di registri contenenti impostazioni sul funzionamento del dispositivo. La lettura e la scrittura dei registri di configurazione e l’invio di comandi al modulo avviene facendo precedere al nome del comando o del registro la sequenza ’AT’. I 16 registri programmabili (da S1 a S16) possono essere letti o scritti a seconda della loro funzione.
Registro Nome Funzione Valori R/W
S1 BANDA
S2 CANALE
S3 POTENZA
S4 RFON
S5 SER
S15 VERSIONE
S16 (#) RSSI
* = valore di default
Comando Nome Funzione
WR WRITE
CC COMMAND
Banda su cui opera il ricetrasmettitore
Canale di funzionamento
Livello di potenza in uscita dal dispositivo
Accende o spegne la potenza di trasmissione del modulo
Scelta dei due banchi delle velocità seriali
Codice che indica la versione del firmware
Fornisce un’indicazione digitale del livello di potenza ricevuto, con scala graduale da 0 a 9
Scrittura dei valori dei registri in EEPROM
Uscita da Command Mode
CLOSE
3
=canale non utilizzabile con potenza massima
Tab. 3: comandi
0 = 433-434 MHz * R
0 = 433,19 MHz 3 1 = 433,34 MHz 2 = 433,50 MHz 3 = 433,65 MHz 4 = 433,80 MHz 5 = 433,96 MHz * 6 = 434,11 MHz 7 = 434,27 MHz 8 = 434,42 MHz 9 = 434,57 MHz
0 = - 8 dBm 1 = - 2 dBm 2 = + 4 dBm 3 = + 10 dBm *
0 = Potenza RF ON * 1 = Potenza RF OFF
0=banco ‘slow’* 1=banco ‘fast’
Variabile R
0 = Min potenza ricevuta 9 = Max potenza ricevuta
3
R/W
R/W
R/W
R/W
R
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Manuale d’istruzioni
(#) Nota sull’uso dei registro S16
La lettura del registro S16 comporta l’attivazione di una procedura di analisi del canale RF sul quale è stato programmato il modulo. Questa routine ha una durata prefissata di circa 200ms. Il risultato dell’analisi è fornito al termine dell’operazione. Nessun’altra operazione deve essere condotta durante questo intervallo. L’analisi del canale può essere impiegata sia per verificare se esso è già occupato da una fonte interferente, sia per verificare la qualità della ricezione nel caso si voglia testare la qualità di una connessione che si sta pianificando. A questo proposito si consiglia di inizializzare in Test Mode un modulo XTR-7020A-4, spostarlo nei diversi punti in cui si voglia analizzare la copertura quindi monitorare la qualità del segnale radio ricevuto leggendo ripetutamente il registro S16 di un’altra unità XTR-7020A-4 impostata sullo stesso canale.
Risposte ai comandi ed alle operazioni sui registri
Risposta positiva: OK<CR><LF>
Risposta negativa: <bl> ERROR<CR><LF>
Operazione vietata: <bl> NO ACCESS<CR><LF>
Con <CR> Carriage Return, carattere ASCII 13; <LF> Line Feed, carattere ASCII 10; <bl> carattere ASCII 32.
Lettura di un registro
Sintassi: ATSx<CR><LF> [x = 1, ...,16 registro da leggere]
Risposta : il valore contenuto nel registro qualora il comando sia stato impartito
correttamente seguito da <CR><LF>.
Il valore dei registri è restituito cifra per cifra in valore ASCII.
Esempio: ‘16’ è la successione dei codici ASCII 0x31,0x36, corrispondenti appunto alle cifre ‘1’ e ‘6’. Si deve seguire tale procedura di interpretazione anche nel caso di scrittura del valore di un registro.
Scrittura di un registro
Sintassi: ATSx=Y<CR><LF> [x = 2, 3, 4 registro da scrivere,
y = valore da inserire]
Risposta: come descritto alla voce ‘Risposte ai comandi’
Tutti i valori programmati nei registri causano una variazione delle condizioni di funzionamento del modulo che saranno perdute allo spegnimento del dispositivo, a meno che non siano stati salvati nella memoria EEPROM del microcontrollore con l’apposito comando ATWR: in tal caso i valori modificati saranno attivi anche alle successive accensioni.
Comando di salvataggio del valore dei registri in EEPROM
Sintassi: ATWR<CR><LF>
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Manuale d’istruzioni
Risposta: come descritto alla voce ‘Risposte ai comandi’
Comando di uscita da Command Mode
Sintassi: ATCC<CR><LF>
Risposta: come descritto alla voce ‘Risposte ai comandi’
L’uscita da Command Mode, in assenza del comando ATCC, avviene comunque automaticamente dopo circa 5 secondi di inattività.
Concatenazione di operazioni
E’ possibile concatenare più operazioni mescolando azioni su un singolo registro e comandi di scrittura o uscita utilizzando un’unica riga di comando tramite l’operatore <,>. Nel seguente esempio si imposta a 2 il valore del registro S3, si salva la modifica e si esce dalla programmazione:
Esempio #1: Scrittura di un registro e salvataggio del valore. Uscita da Command Mode
ATS3=2,WR,CC <CR><LF>
OK<CR><LF>
Come si vede dall’esempio il prefisso AT viene utilizzato solo per il primo comando della riga, mentre per i successivi deve essere omesso. La concatenazione di comandi è possibile solo su di un registro alla volta per operazioni di scrittura; se eseguita insieme ad un comando di lettura genera una risposta di errore.
Esempio #2: Tentativo di lettura di un registro ed uscita da Command Mode
Volendo digitare il comando ATS1,CC<CR><LF> si vedrà che non sarà possibile e che il modulo segnalerà l’errore quando verrà digitata la virgola. La schermata del terminale apparirà in questo modo:
ATS1,<bl> ERROR<CR><LF>
I comandi non
sono case sensitive e quindi non importa che siano digitati in maiuscolo o minuscolo.
Vedere Appendice A per ulteriori esempi.
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Manuale d’istruzioni
Esempi Applicativi
In Fig. 5 è mostrata una tipica applicazione dell’XTR-7020A-4 collegato ad un microcontrollore che, oltre a ricevere e a trasmettere dati sulle due linee di ingresso e uscita (RSTX ed RSRX), pilota anche il PWRDN.
Fig. 5: esempio di collegamento a 9600 bps (SP1 e SP2 a Vcc) tra XTR-7020A-4 ed un microcontrollore
In Fig. 6 è illustrato un esempio di collegamento tra il modulo XTR-7020A-4 e la porta seriale di un PC: l’integrato interposto tra il ricetrasmettitore e la porta svolge unicamente la funzione di conversione tra i livelli elettrici dell’RS-232 e la logica TTL. Tramite il segnale RTS (pin 7 della porta DB9) è possibile pilotare la linea di PWRDN, mentre la selezione della velocità seriale è fissata a 9600 bps.
1 RF GND 2
ntenna
3 RF GND
9 GND
XTR-7020A-4
GND 18
Vcc 17
WRD
SP2 15
TXD 14
RXD 12
GND 10
16
Microcontrolle
OUT PORT
OUT PORT
N PORT
1 RF GND 2
ntenna
3 RF GND
9 GND
XTR-7020A-4
GND 18
Vcc 17
WRD
SP2 15
TXD 14
RXD 12
GND 10
16
MAX-232
9 R2OUT
12 R1OUT
10 T2I
R1IN 13
DB9
Fig. 6: esempio di collegamento tra XTR-7020A-4 e porta seriale RS-232 a 9600 bps (SP1 ed SP2 a Vcc)
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Normativa di riferimento
Il ricetrasmettitore XTR-7020A-4 soddisfa le normative europee EN 300 220, ed EN 301 489. I test sono effettuati mediante ricetrasmissione di codici Pseudo Random Code (CEPT 70-03). L’occupazione di banda è verificata utilizzando un Pseudo Random Code a 115200 bps. Inoltre, il prodotto è stato testato secondo la normativa EN 60950 ed è utilizzabile all’interno di un apposito contenitore isolato che ne garantisca la rispondenza alla normativa sopraccitata. Il ricetrasmettitore deve essere alimentato da una sorgente a bassissima tensione di sicurezza protetta contro i cortocircuiti. L’utilizzo del modulo ricetrasmettitore è previsto all’interno di contenitori che garantiscano il superamento della normativa EN 61000-4-2 non direttamente applicabile al modulo stesso. In particolare, è cura dell’utilizzatore curare l’isolamento del collegamento dell’antenna esterna e dell’antenna stessa poiché l’uscita RF del ricevitore non è in grado di sopportare direttamente le cariche elettrostatiche previste dalla normativa sopraccitata.
Raccomandazione CEPT 70-03
Il ricetrasmettitore XTR-7020A-4 opera in una banda di frequenza armonizzata e pertanto, al fine di ottemperare alla normativa vigente, il dispositivo deve essere utilizzato sulla scala temporale con massimo duty-cycle orario 10% (equivalente a 6 minuti di utilizzo su 60).
La soluzione d’antenna suggerita (antenna loop) garantisce il superamento della normativa riguardo l’aspetto della potenza irradiata.
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Manuale d’istruzioni
Dimensioni meccaniche
XTR-7020A-4
Fig. 7: dimensioni meccaniche
Appendice A – Altri esempi di operazioni con i registri
Esempio #3: Lettura della banda di lavoro del modulo
+++OK <CR><LF> ATS1 <CR><LF> 0 <CR><LF> [0= banda 433-434 MHz]
Esempio #4: variazione della banda di lavoro del modulo
+++OK <CR><LF> ATS1=2 <CR<LF> <bl> NO ACCESS<CR><LF>
Errore di sintassi: il registro S1 è disponibile in sola lettura
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PRELIMINARY
XTR-7020A-4
Manuale d’istruzioni
Esempio #5: Lettura del canale
+++OK <CR><LF> ATS2 <CR><LF> 2 <CR><LF> [2= canale 433.5 MHz]
Esempio #6: Selezione del canale
+++OK <CR><LF> ATS2=8 <CR><LF> [8= canale 434,42 MHz] OK <CR><LF>
Esempio #7: Lettura della potenza d’uscita
+++OK <CR><LF> ATS3 <CR><LF> 1 <CR><LF> [1= potenza –2dBm]
Esempio #8: Selezione della potenza d’uscita
+++OK <CR><LF> ATS2=3 <CR><LF> [3= potenza +10dBm] OK <CR><LF>
Esempio #9: Lettura del segnale ricevuto
+++OK <CR><LF> ATS16 <CR><LF> 9 <CR><LF> [9 = canale occupato, massima potenza ricevuta]
Esempio #10: Lettura del segnale ricevuto
+++OK <CR><LF> ATS16 <CR><LF> 0 <CR><LF> [canale libero, minima potenza ricevuta]
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20/12/2005AUR°EL S.p.A. Via Foro dei Tigli, 4 - 47015 Modigliana (FC) – ITALY
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