Радиомодуль

Полезная модель относится к области электронной техники, в частности к радиомодулю, и может быть использована во взаимодействии с другими электронными устройствами в системе беспроводной связи в открытом диапазоне 868 МГц, например, в датчиках тока, газа, воды, в качестве ретранслятора при передаче пакетов данных друг через друга на другое устройство, в устройствах управления силовой нагрузкой типа реле, брелки и прочее. Техническим результатом полезной модели является высокая степень «гибкости», масштабируемости, возможности реконфигурации радиомодуля, и при этом он имеет не высокую стоимость установки и обслуживания. Технический результат достигается за счет оригинальной новой конструкции радиомодуля, структурная схема которого выполнена таким образом, что на одну из сторон радиомодуля (на его борт) выведен антенный коннектор для крепления, по меньшей мере, одной антенны, а на остальные три стороны выведены выходные управляющие сигналы микросхемы, посредством которых подводится питание к радиомодулю и через которые выполняется управление внешними устройствами и внутрисхемная отладка устройства радиомодуля. Такая конструкция радиомодуля позволяет простым перепаиванием модуля менять функционал изделия, включая рабочую частоту, и оптимизировать его по стоимости. Используемое программное обеспечение радиомодуля позволяет организовывать на базе радиомодулей большие беспроводные сети по дальности связи, в которых радиомодули могут передавать пакеты друг через друга на целевое устройство.

1 н.п.ф., 3 з.п.ф., 2 фиг.

Полезная модель относится к области электронной техники, в частности к радиомодулю, и может быть использована во взаимодействии с другими электронными устройствами в системе беспроводной связи (в открытом диапазоне 433 и 868 МГц, например, в датчиках тока, газа, воды, в качестве ретранслятора при передаче пакетов данных друг через друга на другое устройство, в устройствах управления силовой нагрузкой типа реле, брелки и прочее.

В настоящее время радиомодули широко используют в системе беспроводной связи в устройствах с батарейным питанием, например, в качестве ретрансляторов для передачи пакетов данных (информации) друг через друга на целевое устройство, позволяя, таким образом, построить небольшие беспроводные сети с низким потреблением энергии и не высокой ценой. Радиомодули также активно используют в качестве встраиваемых изделий в электронное устройство, например, датчики тока, воды, газа, в устройства управления силовой нагрузкой типа реле, брелки и т.п. для управления внешними устройствами, для отправки и получения пакета данных (информации) по радиоканалу передачи.

Например, известен радиомодуль WI.DP1203-433-К на базе трансивера ХЕ1203. [1] http://catalog.compel.ru/blog/2011/01/05/radiomodul-wi-dp 1203-433-r-dlya-diapazona-433-mgc/. Данный радиомодуль работает в безлицензионном диапазоне 433 МГц и не требует дополнительных внешних элементов за исключением антенны. Конструкция модуля позволяет устанавливать его на печатную плату при помощи автоматизированных линий сборки, что делает стоимость конечного изделия относительно невысокой.

Спектр применения этих модулей довольно широк - сложные радиосети, приложения с повышенной скоростью передачи данных, устройства передачи голоса. Радиомодуль WI.DP1203-433-R имеет следующие технические параметры:

- частотный безлицензионный диапазон: 433 МГц;

- скорость передачи данных до 152,3 кбит/с;

- чувствительность приемника: - 113 дБм при 4,5 кбит/с;

- максимальная выходная программируемая мощность: до +15дБм;

- напряжение питания: 2,4 В3,6 В;

- ток потребления в режиме приема: 14 мА;

- ток потребления в режиме передачи: 62 мА (+15дБм);

- FIFO-буфер: 16 байт;

- прямой цифровой интерфейс;

- шаг перестройки частоты синтезатора: 500 Гц;

- цифровой измеритель уровня приемного сигнала;

- цифровая индикация ошибки частоты;

- температурный диапазон: - 40°С+85°С;

габариты модуля: 30,5×18,5 мм.

Недостатком данного технического решения является ограниченное быстродействие и энергоемкость.

Известно устройство [2] патент РФ на полезную модель 75904 «Система передачи данных», МПК Н04В 7/00, H04L 12/00, точка доступа которой содержит модули беспроводной связи: модуль по стандарту Bluetooth, модуль по стандарту Zigbee, модуль по стандарту Wibree и их комбинации. Информация о стандартах опубликована на сайте в статье [3]

«Стандарт IEEE: Bluetooth, Zigbee» по адресу: http://www.wireless-e.ru/articles/bluetooth.php. Использование в составе группы 4 модулей беспроводной связи позволяет данным модулям синхронно работать с таким же количеством переносных терминалов, как и в случае использования одного модуля, но уже на гораздо большей скорости передачи данных, повышенной за счет увеличения количества модулей беспроводной связи. За счет использования наименее энергоемкого модуля, входящего в состав группы модулей беспроводной связи (к примеру - модуль стандарта Wibree потребляет существенно меньше энергии, чем модуль Bluetooth), при обнаружении системой переносных терминалов, поддерживающих оба этих стандарта, достигается снижение энергоемкости. Повышение быстродействия за счет увеличения количества модулей приводит к высоким финансовым затратам (удорожанию устройства) и неоправданным существенным энергетическим затратам. А описанные выше технические решения показывают, что задача создания беспроводных радиомодулей по-прежнему остается актуальной.

Известен радиомодуль Zigbee - маломощный радиопередатчик, основанный на стандарте IEEE 802.15.4. Описанию этого модуля посвящено много статей. Например, [4] Олег Пушкарев. Проверка дальности связи ZigBee-модулей MaxStream в условиях городской квартиры. Новости электроники 5/2006. Или статья [5] Сергей Гринченко. Проверка дальности связи ZigBee модулей от Digi в условиях загородного коттеджа. Беспроводные технологии, 2/2009. Или статья Александра Леонова [6], опубликованная на сайте: www.wireless-e.ru/articles//2007_1_14.php.

Радиомодуль ZigBee разработан для использования во встроенных приложениях, требующих низкую скорость передачи данных и низкое энергопотребление. Цель ZigBee - это создание самоорганизующейся сети с ячеистой топологией, предназначенной для решения различного круга задач. Сеть может использоваться в промышленном контроле, встроенных датчиках, сборе медицинских данных, оповещении о вторжении или задымлении, строительной и домашней автоматизации и т.д.

Существуют три различных типа устройств ZigBee.

- Координатор ZigBee (ZC) - наиболее ответственное устройство, формирует пути древа сети и может связываться с другими сетями. В каждой сети есть один координатор ZigBee. Он и запускает сеть от начала. Он может хранить информацию о сети.

- Маршрутизатор ZigBee (ZR) - Маршрутизатор может выступать в качестве промежуточного маршрутизатора, передавая данные с других устройств. Он также может запускать функцию приложения.

- Конечное устройство ZigBee (ZED) - его функциональная нагруженность позволяет ему обмениваться информацией с материнским узлом (или координатором, или с маршрутизатором), он не может передавать данные с других устройств.

Структуру стека ZigBee/802.15.4 составляют программная и аппаратная части. В первой реализован код, написанный по спецификации ZigBee, во второй - механизмы MAC и PHY уровней, содержащиеся в стандарте 802.15.4. [7] Виктор Захарьев. Особенности построения беспроводных сетей на базе технологии ZigBee. http://www.contractelectronica.ru/info/articles/tech/zigbee_features/.

Радиомодуль ZigBee содержит антенну и печатную плату, на которой расположены микроконтроллер, трансивер, пассивные элементы истек.

Однако, несмотря на описанные достоинства (низкая скорость передачи и низкое энергопотребление), радиомодуль ZigBee, к сожалению, не решает широкий (полный) круг задач, возникающих при организации беспроводных самоорганизующихся сетей. Например, программный стек ZigBee не позволяет использовать радиомодули с малым количеством памяти, что не всегда рационально для таких устройств, как подавляющее большинство датчиков, брелков и др.

Уточним, существует технология ZigBee, которая в общем виде описывается соответствующим стандартом IEEE 802.15.4, у технологии есть свои достоинства и недостатки. А есть реализация этой технологии отдельными компаниями. В этом случае могут быть свои достоинства и недостатки. У технологии Zigbee недостатком является требуемый большой объем реализации, а значит, ее могут поддерживать только дорогие микроконтроллеры с большим объемом flash-памяти, кроме того, стандарт ZigBee позволяет использовать в России только диапазон 2,4 ГТц, а проходимость сигнала в этом частотном диапазоне много хуже чем в 868 и 433 МГц. Еще одним отрицательным моментом создания радиомодуля по стандарту ZigBee является сложность технологии, из-за чего разработчикам приходится дольше его изучать, при этом запуск проектов затягивается. Что касается конкретной реализации стандарта отдельными компаниями, то здесь всплывают дополнительные факторы - например, компании поддерживают только один тип микроконтроллеров, они находятся далеко и не способны оказывать техническую поддержку, их радиомодули очень дороги и т.д.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) к заявляемой полезной модели является радиомодуль компании Telegesis по стандарту Zigbee, описанный в статьях: [8] Т. Кривченко и В. Ловяго. ZigBee-модемы ETRX2 компании Telegesis. Беспроводные технологии 2 2008, опубликованные на сайге: [http://isca.su/index.php?option=com_ content&task=view&id=43&Itemid=29}; [9] Кривченко Т. И. ZigBee-модемы ETRX2 компании Telegesis: что нового? // Беспроводные технологии. 2007. 2; [10]. Кривченко Т. И. ZigBee-модемы ETRX компании Telegesis // Беспроводные технологии. 2006.

Компания Telegesis специализируется на разработке устройств для сетей ZigBee. Инженеры Telegesis первыми разработали для своего радиомодуля систему АТ-команд, предложив тем самым взглянуть на него как на ZigBee-модем. Сегодня встроенное программное обеспечение модема ETRX2, с одной стороны, является продуманным программным продуктом, а с другой - обеспечивает для пользователя простоту и удобство при реализации прикладной программы.

Встроенное программное обеспечение модема ETRX2 обеспечивает реализацию протоколов канального и сетевого уровней, поддерживает выполнение основных функций меж-сети, таких как ретрансляция данных, самообразование и самовосстановление беспроводной сети, поиск оптимального маршрута.

Одним из преимуществ модема ETRX2 является то, что в одной конструкции компания Telegesis предлагает два варианта исполнения:

бюджетный базовый вариант ETRX2 и модем ETRX2-PA с дополнительным усилителем мощности 100 мВт. Это позволяет оптимизировать беспроводную систему по цене. Модемы без усилителя на открытом пространстве имеют радиус действия до 300 м, а в жилом здании дают возможность передать сообщение из квартиры с металлической дверью на лестничную площадку. Модемы ETRX2-PA на открытом пространстве позволяют передавать данные на расстояния до 800 м, а в здании в зависимости от типа перекрытий их дальность действия составляет 3-5 этажей.

Конфигурирование работы модемов осуществляется при помощи программирования их внутренних регистров. Все модемы одинаковы, и каждому из них можно задать роль координатора, маршрутизатора или конечного узла. Система АТ-команд модемов ETRX2 вводит такое дополнительное понятие, как центральный узел сбора данных в сети - Sink. Центральный узел сети назначается путем программирования соответствующего конфигурационного регистра. Таким узлом может стать координатор или любой из маршрутизаторов.

Для адресации устройств в сети используется 64-битный идентификатор, который заносится в энергонезависимую память модема ETRX2 на этапе производства.

Наличие встроенного и проверенного производителем программного обеспечения, реализующего все основные операции в сети ZigBee, значительно сокращает время разработки системы и устраняет необходимость приобретать дорогостоящие отладочные средства.

Система АТ-команд поддерживает набор функций, таких как образование и присоединение к беспроводной сети, мониторинг сети, передача и прием сообщений по радиоканалу, ввод/вывод цифровой информации, ввод аналоговых сигналов, работа с таймерами и последовательным интерфейсом. При этом такие сетевые задачи, как ретрансляция сообщений и выбор оптимального маршрута, поддерживаются модемами ETRX2 автоматически.

Концепция радиомодема имеет достоинства и недостатки. К недостаткам можно отнести более высокую стоимость решения на базе модемов, так как помимо самого, довольно не дешевого модема, на устройство (радиомодуль) нужно устанавливать дополнительный микроконтроллер, который будет этим модемом управлять. Кроме того, модемы ETRX2 с усилителем или без имеют меньшую дальность передаваемого сигнала из-за использования исключительно высокочастотного диапазона на частоте 2,4 ГГц. Дальность передачи на 868 МГц существенно возрастает и менее подвержена помехам, особенно в помещениях. Фактически модуль без усилителя имеет в разы большую дальность и отношение дальность/потребление. По сравнению с модулями Zetty модули ETRX2 имеют большее потребление питания. Также не нужно забывать, что в случае возникновения внештатных ситуаций разработчикам радиомодулей придется обращаться в зарубежную (английскую) компанию, которая вряд ли будет вносить модификации для российских потребителей. Концепция Zetty подразумевает техническую поддержку локальных производителей в полном объеме, включая доработку программного обеспечения под нужды заказчика.

Поэтому в современных условиях для решения широкого круга технических задач по организации беспроводных самоорганизующихся сетей необходимо создание универсального (коммуникабельного) радиомодуля, конструкция которого позволила бы использовать блоки, как с малым количеством памяти, так и с большим количеством памяти, чтобы линейка радиомодупей способна была работать в различных диапазонах частот, используя различные виды модуляции, используя взаимозаменяемые радиомодули, которые совместимы между собой аппаратно и программно.

Задача, на решение которой направлена полезная модель - это создание такой конструкции радиомодуля, которая обладает высокой степенью «гибкости», масштабируемости, возможностью реконфигурации, и при этом имеет не высокую стоимость установки и обслуживания, позволяя, таким образом, организовать на базе радиомодулей большие беспроводные сети, в которых радиомодули могут эффективно передавать пакеты друг через друга на целевое устройство.

Задача решается заявляемым радиомодулем, содержащим, по меньшей мере, одну антенну и печатную плату с контактными площадками, на которой расположена микросхема, выполненная на чипе, для взаимодействия с внешними устройствами содержит интерфейсы последовательной передачи данных, порты входа и выхода и аналого-цифрового преобразования сигнала, при этом первые вход и выход антенны являются соответственно первыми входом и выходом радиомодуля - входом/выходом информационного сигнала,

согласно заявляемой полезной модели отличается тем, что

для крепления антенны с одной стороны на борту радиомодуля выполнен, по меньшей мере, один антенный коннектор,

на борту микросхемы расположен управляемый переключатель, образующий соответственно первые вход и выход микросхемы для управления входом/выходом информационного сигнала,

на плате дополнительно расположены:

фильтр второй гармоники для подавления второй гармоники исходящего сигнала радиомодуля,

трансформатор импедансов для согласования импедансов антенного

тракта и микросхемы,

первый кварцевый резонатор для формирования сигнала

тактирования,

второй кварцевый резонатор для задания сигнала системного времени в активном и спящем режимах работы микросхемы,

при этом первые вход и выход антенного коннектора соединены соответственно со вторыми входом и выходом антенны,

вторые выход и вход трансформатора импедансов соединены через переключатель соответственно с первыми входом и выходом микросхемы, формирующей на первом выходе дифференциальную пару, преобразуемую трансформатором импедансов в один сигнал, и переданную через первый выход на второй вход фильтра второй гармоники,

второй вход микросхемы соединен с выходом первого кварцевого резонатора, формирующего на выходе сигнал тактирования по входному сигналу, поступающему на вход первого кварцевого резонатора,

третий вход микросхемы соединен с выходом второго кварцевого резонатора, с выхода которого поступает сигнал задания системного времени режима работы, формируемый по входному сигналу, поступающему на вход второго кварцевого резонатора,

четвертый вход и второй выход микросхемы являются соответственно вторым входом и вторым выходом радиомодуля и предназначены для входа и выхода универсального асинхронного интерфейса пользовательской передачи данных UART,

пятый вход и третий выход микросхемы являются соответственно третьим входом и третьим выходом радиомодуля и предназначены для входа и выхода интерфейса пользовательской передачи данных по шине межмикросхемного управления I2C,

шестой вход и четвертый выход микросхемы являются соответственно четвертым входом и четвертым выходом радиомодуля и предназначены для входа и выхода интерфейса услуг пользовательской передачи данных SPI,

седьмой вход и пятый выход микросхемы являются соответственно пятым входом и пятым выходом радиомодуля и предназначены для входа и выхода интерфейса услуг GPIO,

восьмой вход микросхемы является шестым входом радиомодуля - входом аналого-цифрового преобразования сигнала ADC,

шестой выход микросхемы является шестым выходом радиомодуля и используется для заземления GND,

девятый вход микросхемы является седьмым входом радиомодуля и используется для сети питания VCC,

входы и выходы микросхемы, имеющие соответствующее функциональное назначение сигналов посредством программного обеспечения, выведены на контактные площадки, расположенные на трех сторонах платы по 12 штук на каждой стороне, для управления внешними устройствами и подвода питания;

десятый вход и седьмой выход микросхемы являются соответственно восьмым входом и седьмым выходом радиомодуля и образуют интерфейс.TTAG для выполнения внутрисхемной отладки устройства радиомодуля, выполнен в форме соединителя на плате с шагом 1,27 мм, расположен на борту радиомодуля и предназначен для прямой пайки без переходного разъема.

При этом, например, если радиомодуль содержит более одной антенны, то соединители к ним имеют разные типоразмеры.

Микросхема в одном корпусе содержит, по меньшей мере, микроконтроллер и радиотрансивер.

Соединитель на плате, образующий интерфейс JГАG для выполнения внутрисхемной отладки устройства радиомодуля, выполнен типа Card Edge.

Заявляемый радиомодуль по сравнению с известными техническими решениями в данной области техники обладает высокой степенью «гибкости», масштабируемости, возможностью реконфигурации, и при этом имеет не высокую стоимость установки и обслуживания, что позволяет организовать на базе таких радиомодулей большие беспроводные сети, в которых радиомодули могут эффективно передавать пакеты друг через друга на целевое устройство.

Указанный технический эффект достигается за счет оригинальной новой конструкции модуля и его алгоритма, структурная схема которого выполнена таким образом, что на одну из сторон радиомодуля выведен, по меньшей мере, один антенный коннектор для пайки антенны, на три другие стороны выведены на контактные площадки входы и выходы микросхемы, имеющие соответствующее функциональное назначение сигналов, сформированных посредством алгоритма и программного обеспечения, и расположены они на трех сторонах платы по 12 штук на каждой стороне, предназначены для управления внешними устройствами и подвода питания; а также для выполнения внутрисхемной отладки устройства радиомодуля выполнен интерфейс JTAG в форме соединителя на плате с шагом 1,27 мм, расположен на борту радиомодуля и предназначен для прямой пайки без переходного разъема.

Такая конструкция радиомодуля позволяет простым перепаиванием модуля менять функционал изделия, включая рабочую частоту или оптимизировать его по стоимости, применяя радиомодули только с необходимым функционалом.

Используемое программное обеспечение в конструкции радиомодуля позволяет организовывать на базе радиомодулей большие беспроводные сети, в которых радиомодули могут передавать пакеты друг через друга на целевое устройство, поскольку получены высокие технические характеристики радиомодуля по дальности связи.

Все полученные технические характеристики заявляемого радиомодуля, включая его габариты, обеспечивают ему существенные преимущества по сравнению с аналогами и прототипом, известными из уровня техники.

Далее описание полезной модели поясняется примерами выполнения и структурной схемой радиомодуля.

На фиг.1 выполнена структурная схема заявляемого радиомодуля. На фиг.2 - общий вид радиомодуля с указанием его размеров. Радиомодуль (фиг.1) содержит одну антенну 1 и печатную плату 2 с контактными площадками, на которой расположена микросхема 3, выполненная на чипе, для взаимодействия с внешними устройствами содержит интерфейсы последовательной передачи данных, порты входа и выхода и впалого-цифрового преобразования сигнала, при этом первые вход и выход антенны 1 являются соответственно первыми входом и выходом радиомодуля - входом/выходом информационного сигнала, согласно заявляемой полезной модели для крепления антенны 1 с одной стороны на борту радиомодуля выполнен один антенный коннектор 4, на борту микросхемы 3 расположен управляемый переключатель 7, образующий соответственно первые вход и выход микросхемы 3 для управления входом/выходом информационного сигнала, на плате 2 дополнительно расположены: фильтр второй гармоники 5 для подавления второй гармоники исходящего сигнала радиомодуля, трансформатор импедансов 6 для согласования импедансов антенного тракта и микросхемы 3, первый кварцевый резонатор 8 для формирования сигнала тактирования, второй кварцевый резонатор 9 для задания сигнала системного времени в активном и спящем режимах работы микросхемы 3, при этом первые вход и выход антенного коннектора 4 соединены соответственно со вторыми входом и выходом антенны 1, вторые выход и вход трансформатора импедансов 6 соединены через переключатель 7 соответственно с первыми входом и выходом микросхемы 3, формирующей на первом выходе дифференциальную пару, преобразуемую трансформатором импедансов 6 в один сигнал, и переданную через первый выход на второй вход фильтра второй гармоники 5, второй вход микросхемы 3 соединен с выходом первого кварцевого резонатора 8, формирующего на выходе сигнал тактирования по входному сигналу, поступающему на вход первого кварцевого резонатора 8, третий вход микросхемы 3 соединен с выходом второго кварцевого резонатора 9, с выхода которого поступает сигнал задания системного времени режима работы, формируемый по входному сигналу, поступающему на вход второго кварцевого резонатора 9, четвертый вход и второй выход микросхемы 3 являются соответственно вторым входом и вторым выходом радиомодуля и предназначены для входа и выхода универсального асинхронного интерфейса пользовательской передачи данных UART, пятый вход и третий выход микросхемы 3 являются соответственно третьим входом и третьим выходом радиомодуля и предназначены для входа и выхода интерфейса пользовательской передачи данных по шине межмикросхемного управления I2C, шестой вход и четвертый выход микросхемы 3 являются соответственно четвертым входом и четвертым выходом радиомодуля и предназначены для входа и выхода интерфейса услуг пользовательской передачи данных SPI, седьмой вход и пятый выход микросхемы 3 являются соответственно пятым входом и пятым выходом радиомодуля и предназначены для входа и выхода интерфейса услуг GPIO, восьмой вход микросхемы 3 является шестым входом радиомодуля - входом аналого-цифрового преобразования сигнала ADC, шестой выход микросхемы 3 является шестым выходом радиомодуля и используется для заземления GND, девятый вход микросхемы 3 является седьмым входом радиомодуля и используется для сети питания VCC, входы и выходы микросхемы 3, имеющие соответствующее функциональное назначение сигналов посредством программного обеспечения, выведены на контактные площадки, расположенные на трех сторонах платы 2 по 12 штук на каждой стороне, для управления внешними устройствами и подвода питания;

десятый вход и седьмой выход микросхемы 3 являются соответственно восьмым входом и седьмым выходом радиомодуля и образуют интерфейс JTAG для выполнения внутрисхемной отладки устройства радиомодуля, выполнен в форме соединителя на плате с шагом 1,27 мм, расположен на борту радиомодуля и предназначен для прямой пайки без переходного разъема.

На фиг.1 не показано, но подразумевается, что микросхема в одном корпусе содержит, по меньшей мере, микроконтроллер и радиотрансивер.

Заявляемый радиомодуль (фиг.2) является электронным устройством и имеет габариты (размеры) 30×20 мм. Радиомодуль, предназначен для добавления к другим электронным устройствам функционала беспроводной связи, для этого он должен быть впаян в другое электронное изделие, например, в датчик тока.

На одну из сторон радиомодуля выведен антенный коннектор 4 для пайки антенны 1. На остальные три его стороны на контактные площадки выведены входы и выходы (вводы/выводы) микросхемы 3, имеющие соответствующее функциональное назначение сигналов, сформированное посредством алгоритма и программного обеспечения. Контактные площадки расположены на трех сторонах платы 2 по 12 штук на каждой стороне, через них подводится питание к радиомодулю и выполняется управление внешними устройствами по заданному алгоритму и уникальному написанному коду программы.

Интерфейс JTAG для выполнения внутрисхемной отладки устройства радиомодуля, выполнен в форме соединителя на плате 2 с шагом 1,27 мм, типа Card Edge, расположен на борту радиомодуля и предназначен для прямой пайки без переходного разъема.

Функционально радиомодуль работает следующим образом.

За счет оригинального расположения антенного коннектора 4, антенна 1 крепится к антенному коннектору 4 простой операцией пайки. При этом, например, если радиомодуль содержит более одной антенны 1, то соединители к ним имеют разные типоразмеры. Посредством антенны 1 принимают и передают информационные сигналы.

Фильтр второй гармоники 5 подавляет вторую гармонику исходящего сигнала радиомодуля.

Трансформатор импедансов 6 согласует импеданс антенного тракта и микросхемы 3. Первый кварцевый резонатор 8 по входному сигналу формирует сигнал тактирования, который с его выхода поступает на второй вход микросхемы 3.

Второй кварцевый резонатор 9 по входному сигналу задает сигнал системного времени в активном и спящем режимах работы, который с его выхода поступает на третий вход микросхемы 3. При этом в конструкции радиомодуля используют такую микросхему, которая в одном корпусе содержит, по меньшей мере, микроконтроллер и радиотрансивер для выполнения алгоритма.

Четвертый вход и второй выход микросхемы 3 являются соответственно вторым входом и вторым выходом радиомодуля и используются для входа и выхода сигнала универсального асинхронного интерфейса пользовательской передачи данных (UART).

Пятый вход и третий выход микросхемы 3 являются соответственно третьим входом и третьим выходом радиомодуля и используются для входа и выхода интерфейса пользовательской передачи данных по шине межмикросхемного управления I2C.

Шестой вход и четвертый выход микросхемы 3 являются соответственно четвертым входом и четвертым выходом радиомодуля и предназначены для входа и выхода интерфейса услуг пользовательской передачи данных SPI.

Седьмой вход и пятый выход микросхемы 3 являются соответственно пятым входом и пятым выходом радиомодуля и предназначены для входа и выхода интерфейса услуг GPIO.

Восьмой вход микросхемы 3 является шестым входом радиомодуля - входом аналого-цифрового преобразования сигнала ADC.

Девятый вход микросхемы 3 является седьмым входом радиомодуля и используется для сети питания УСС. Входы и выходы микросхемы (вводы/выводы), имеющие соответствующее функциональное назначение сигналов, сформированное посредством программного обеспечения, выведены на контактные площадки, расположенные на трех сторонах платы по 12 штук на каждой стороне, для управления внешними устройствами и подвода питания.

Десятый вход и седьмой выход микросхемы 3 являются соответственно восьмым входом и седьмым выходом радиомодуля и образуют интерфейс JTAG, создан для выполнения внутрисхемной отладки устройства радиомодуля, выполнен в форме соединителя на плате 2 с шагом 1,27 мм, расположен на борту радиомодуля и предназначен для прямой пайки без переходного разъема. Соединитель на плате, образующий интерфейс JTAG для выполнения внутрисхемной отладки устройства радиомодуля, выполнен типа Card Edge.

Таким образом, микросхема 3 по заданному алгоритму и согласно программному обеспечению, реализующему алгоритм, позволяет выполнять программы общего назначения для управления внешними устройствами (микроконтроллер) и программы управления трансивером для отправки и получения пакетов данных по радиоканалу. Радиоканальный трансивер позволяет работать в нелицензируемом диапазоне 868 МГц с дальностью передачи до 2-х километров и со скоростью передачи до 250 (500) Кбит в секунду.

Заявляемая конструкция радиомодуля, названного его авторами Zetty, позволяет использовать, как не дорогие блоки с малым объемом памяти, так и подороже - с большим объемом памяти, в зависимости от назначения настраиваемой беспроводной сети связи и, учитывая пожелания заказчика, разработчика и потребителя сети.

Линейка радиомодулей Zetty способна работать не только в диапазоне частот, совместимом с ZigBee, но и в других диапазонах и с другими видами модуляции. Линейка радиомодулей может состоять из разных модулей, с разными по техническим характеристикам микросхемами, но при этом все они совместимы между собой, аппаратно (взаимозаменяемы), и один и тот же управляющий код программы может работать на других радиомодулях, не зависимо от частоты передачи и используемого в микросхеме 3 микроконтроллера.

Поэтому заявляемый радиомодуль по сравнению с известными техническими решениями в данной области техники обладает высокой степенью «гибкости», масштабируемости, возможностью реконфигурации, и при этом имеет не высокую стоимость установки и обслуживания, что позволяет организовать на базе таких радиомодулей большие беспроводные сети, в которых радиомодули могут эффективно передавать пакеты друг через друга на целевое устройство.

Указанный технический эффект достигается за счет оригинальной новой конструкции модуля и его алгоритма, структурная схема которого выполнена таким образом, что на одну из сторон радиомодуля выведен, по меньшей мере, один антенный коннектор для пайки антенны, на три другие стороны выведены на контактные площадки входы и выходы микросхемы, имеющие соответствующее функциональное назначение сигналов, сформированных посредством алгоритма и программного обеспечения, и расположены они на трех сторонах платы по 12 штук на каждой стороне, предназначены для управления внешними устройствами и подвода питания; а также для выполнения внутрисхемной отладки устройства радиомодуля выполнен интерфейс JTAG в форме соединителя на плате с шагом 1,27 мм, расположен на борту радиомодуля и предназначен для прямой пайки без переходного разъема. Такая конструкция радиомодуля позволяет простым перепаиванием модуля менять функционал изделия, включая рабочую частоту или оптимизировать его по стоимости, применяя радиомодули только с необходимым функционалом. Все полученные технические характеристики заявляемого радиомодуля, включая его габариты, обеспечивают ему существенные преимущества по сравнению с аналогами и прототипом, известными из уровня техники.

1. Радиомодуль, содержащий, по меньшей мере, одну антенну и печатную плату с контактными площадками, на которой расположена микросхема, выполненная на чипе, для взаимодействия с внешними устройствами содержит интерфейсы последовательной передачи данных, порты входа и выхода и аналого-цифрового преобразования сигнала, при этом первые вход и выход антенны являются соответственно первыми входом и выходом радиомодуля - входом/выходом информационного сигнала, отличающийся тем, что для крепления антенны с одной стороны на борту радиомодуля выполнен, по меньшей мере, один антенный коннектор, на борту микросхемы расположен управляемый переключатель, образующий соответственно первые вход и выход микросхемы для управления входом/выходом информационного сигнала, на плате дополнительно расположены фильтр второй гармоники для подавления второй гармоники исходящего сигнала радиомодуля, трансформатор импедансов для согласования импедансов антенного тракта и микросхемы, первый кварцевый резонатор для формирования сигнала тактирования, второй кварцевый резонатор для задания сигнала системного времени в активном и спящем режимах работы микросхемы, при этом первые вход и выход антенного коннектора соединены соответственно со вторыми входом и выходом антенны, вторые выход и вход трансформатора импедансов соединены через переключатель соответственно с первыми входом и выходом микросхемы, формирующей на первом выходе дифференциальную пару, преобразуемую трансформатором импедансов в один сигнал, и переданную через первый выход на второй вход фильтра второй гармоники; второй вход микросхемы соединен с выходом первого кварцевого резонатора, формирующего на выходе сигнал тактирования по входному сигналу, поступающему на вход первого кварцевого резонатора; третий вход микросхемы соединен с выходом второго кварцевого резонатора, с выхода которого поступает сигнал задания системного времени режима работы, формируемый по входному сигналу; поступающему на вход второго кварцевого резонатора; четвертый вход и второй выход микросхемы являются соответственно вторым входом и вторым выходом радиомодуля и предназначены для входа и выхода универсального асинхронного интерфейса пользовательской передачи данных UART; пятый вход и третий выход микросхемы являются соответственно третьим входом и третьим выходом радиомодуля и предназначены для входа и выхода интерфейса пользовательской передачи данных по шине межмикросхемного управления I2C; шестой вход и четвертый выход микросхемы являются соответственно четвертым входом и четвертым выходом радиомодуля и предназначены для входа и выхода интерфейса услуг пользовательской передачи данных SPI, седьмой вход и пятый выход микросхемы являются соответственно пятым входом и пятым выходом радиомодуля и предназначены для входа и выхода интерфейса услуг GPIO, восьмой вход микросхемы является шестым входом радиомодуля - входом аналого-цифрового преобразования сигнала ADC; шестой выход микросхемы является шестым выходом радиомодуля и используется для заземления GND, девятый вход микросхемы является седьмым входом радиомодуля и используется для сети питания VCC, входы и выходы микросхемы, имеющие соответствующее функциональное назначение сигналов посредством программного обеспечения, выведены на контактные площадки, расположенные на трех сторонах платы по 12 штук на каждой стороне, для управления внешними устройствами и подвода питания; десятый вход и седьмой выход микросхемы являются соответственно восьмым входом и седьмым выходом радиомодуля и образуют интерфейс JTAG для выполнения внутрисхемной отладки устройства радиомодуля, выполнен в форме соединителя на плате с шагом 1,27 мм, расположен на борту радиомодуля и предназначен для прямой пайки без переходного разъема.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, если радиомодуль содержит более одной антенны, то соединители к ним имеют разные типоразмеры.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что микросхема в одном корпусе содержит, по меньшей мере, микроконтроллер и радиотрансивер.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что соединитель на плате, образующий интерфейс JTAG для выполнения внутрисхемной отладки устройства радиомодуля, выполнен типа Card Edge.