Analisando o receptor e transmissor RF 433 MHz com um osciloscópio e um analisador de espectro
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Neste estudo, analisaremos um receptor e um transmissor RF com frequência nominal de 433 MHz e modulação ASK, tipicamente utilizado em controles remotos de portões eletrônicos e outros dispositivos domésticos, por meio de um analisador de espectro Agilent 6 GHz e um osciloscópio Siglent de 300MHz.
A banda de frequência que será analisada consiste na região do espectro entre as frequências 433,05MHz e 434,79MHz, sendo a banda total de 1,74MHz, que não é licenciada pelas autoridades por fazer parte de uma das bandas ISM (equipamentos científicos, industriais e médicos) regulamentada por meio da Resolução Anatel n° 506 no Brasil, que estabelece apenas a restrição de potência máxima irradiada de 10 mW (e.i.r.p. - Effective Isotropic Radiated Power).
Modulação
O sinal RF gerado é modulado em ASK/OOK (Amplitude-Shift Keying ou On-Off keying), sendo na verdade a modulação OOK o tipo de modulação ASK mais simples possível. Trata-se basicamente do chaveamento de uma portadora para representar um sinal digital, resultando em um sinal RF intermitente que pode ser um pouco difícil de ser analisado. Com um Arduino UNO, configuramos a geração de bits aleatórios na entrada de dados do emissor RF e, por meio do nosso analisador de espectro, configuramos o trigger (por ser um sinal intermitente) para detectar o sinal ASK utilizando-se apenas um pedaço de fio de cobre, que é a antena utilizada nessas aplicações de baixo custo.
Conforme a imagem abaixo, constatamos que a frequência detectada com o sinal RF ativo é de 433,802 MHz com potência de -40,71dBm. Considerando que a frequência central dessa região ISM é 433,92MHz, constatamos um deslocamento indesejável na frequência de 118kHz, o que é aceitável considerando o baixo custo do dispositivo:
Variação da frequência da portadora
Ainda, constatamos uma variação na frequência da portadora do sinal ASK e reduzindo a resolução BW do analisador de espectro e reduzindo o span de análise, estimamos uma variação de 109,5kHz na frequência da portadora do sinal:
Ainda, visualizamos melhor essa variação da frequência da portadora do sinal RF do emissor 433MHz por meio de um espectograma, que demonstra a variação da frequência do sinal (não apenas a ativação ou desativação de uma portadora):
Por se tratar de uma modulação ASK/OOK, ou o sinal RF encontra-se "ON" (ativado) e consiste em uma senóide com a frequência da portadora, ou "OFF" (desativado), quando não há transmissão de RF alguma. Demodulando o sinal com um analisador de espectro, podemos visualizar o mesmo no domínio do tempo por meio de um marcador:
Transmissão e recepção de dados
Doravante, analisaremos o sinal dados emitido pelo emissor RF, os dados obtidos pelo receptor e ainda o sinal RF emitido para a antena no módulo gerador RF por meio de um osciloscópio. O sinal amarelo (canal 1) consiste na entrada de dados (bits) no módulo emissor e foi gerado por meio de um Arduino Uno, o sinal em rosa (canal 2) é o sinal ASK destinado à antena do módulo emissor e é exibido para referência e não precisão já que ele excede a banda de frequência do osciloscópio utilizado e o sinal azul ciano (canal 3) é o sinal de saída do receptor RF que foi recebido. Ambas as antenas consistiram apenas em um fio de cobre e foram dispostos em distância inferior a 10cm:
Durante as medições efetuadas, constatamos a ocorrência de erro na recepção do quarto bit da imagem abaixo, o que motiva o emprego de algum sistema de validação de dados ou checksum:
Ainda na análise no domínio do tempo, constatamos que o atraso de propagação entre o sinal de entrada no emissor e o de saída no receptor (mensuração por meio das bordas de subida) variou entre 94 a 184 us (microsegundos):
Por fim, constatamos que o atraso para estabilizado do sinal de RF após a aplicação do sinal de dados no módulo emissor foi de cerca de 8 us (microsegundos):
Em outras páginas, analisamos o comprimento ideal do fio de cobre utilizado como antena, assim como a decodificação de controles remotos de portões eletrônicos.
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2 comentários
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antonio cesario Domingo, 08 Abril 2018 14:31 Link do comentário
Excelente artigo.
gostaria de saber se alguém sabe como eu utilizo algum desses equipamento para recalibrar a frequência de um receptor RF 433MHz ?
Obrigado -
Mário Nunes Segunda, 16 Outubro 2017 07:12 Link do comentário
Muito bom o artigo, estava procurando exatamente essa informação devido a sentir essa falta de sincronismo.