Batteriebetriebene Funksensoren - Empfindlichkeitsmessungen an TinyTx4 und TinyRx4

  • Ich hatte mich an der 2. Sammelbestellung beteiligt, bin aber erst Ende Mai dazu gekommenn mein Netzwerk aufzubauen.
    Die Herausforderung war, ob das System es schafft mir zuverlässig Daten aus dem Weinkeller (Temperatur und Feuchtigkeit) zu übermitteln. Daran war bisher jeder Funksensor den ich ausprobiert hatte, gescheitert. Mit den TinyTX4 Modulen hatte das anfangs zu meiner freudigen Überraschung auch funktioniert. Aber dann habe ich den Standort des Empfängers verändert, und es war aus mit der Zuverläassigkeit. Mein Sensor sendet alle 30 Minuten ein Paket, also theoretisch 48 Pakete pro Tag. Manchmal kamen aber nur 1 oder 2 Pakete an.
    Dies hat mich angespornt nachzuforschen was man aus den RFM12B Modulen alles herausholen kann.
    Die Vermessung einer Funkstrecke über die Luft ist äusserst schwierig und aufwendig, das ist quantitativ in meiner Umgebung nicht möglich. Man kann aber die Funkstrecke ohne Antenne vermessen, wenn man Sender und Empfänger mit einem HF Kabel und einer Kette von Abschwächern verbindet. Damit kann man zumindest die Performance der Elektronik beurteilen.
    Herausgekommen ist:
    1. Die Empfindlichkeit des TinyRX Empfängers kann mit einer einfachen Anpassung des RFM12B Treibers verdoppelt werden.
    2. der TinyTX4 ist der wesentlich bessere Empfänger.


    Einzelheiten findet Ihr im Bericht im Anhang.
    Wer Fragen hat, her damit. Ich gebe zu, für manche mag das etwas schwer verständlich sein. Wer Interesse an den Test Sketches und dem Python Skript hat, bitte melden.


    Bei mir ist seitdem ein TinyTX4 als Empfänger am Raspberry Pi im Einsatz, und meine Probleme mit den Daten aus dem Weinkeller sind Geschichte.

  • Äußerst interessant! :thumbs1:


    An genaueren Details wäre ich auf jeden Fall interessiert (Modifizierung des TinyTX4 als Empfänger, Angepasste Firmware sowie deine Sketchs und Scripts)


    Eventuell können wir daraus resultierend auch eine verbesserte Version (TinyTX5 / TinyRX5) entwickeln.



    Was ist noch nicht ganz verstehe ist, wieso der TinyTX4 als Empfänger besser funktioniert :denker:
    Das man den TinyTX4 auch als Empfänger nutzen kann ist mir schon bewusst - aber wieso ist die Empfindlichkeit um -15dBm besser? Abgesehen vom Booster (den du auf dem 2.Bild von Punkt 3.3 auch abgelötet hast) unterscheiden sich die PCB's eigentlich nicht großartig... :s

  • 'Modifizierung des TinyTX4 als Empfänger':
    keine. Nur der Sketch.


    'Abgesehen vom Booster (den du auf dem 2.Bild von Punkt 3.3 auch abgelötet hast)':
    Einmal,ein einziges klitzekleines mal hab ich rot und schwarz verwechselt- und der Booster ging in Rauch auf. Alle meine Untersuchungen wurden ohne Booster Chip durchgeführt. HF -technisch hat das aber keinen Einfluß, denke ich.


    'Angepasste Firmware sowie deine Sketchs und Scripts':
    sind am anderen PC, lade ich gerne später hoch.


    'wieso ist die Empfindlichkeit um -15dBm besser? '
    Mich wundert das ehrlich geasagt nicht - Das TinyRX4 hat m.E. zwei wesentliche Probleme mit dem Layout: 1. die Masse, 2. die Serielle RX Leitung die direkt unter dem Antennenpad des RFM12B liegt.
    HF technisch kommt es darauf an eine möglichst homogene Massefläche bereit zu stellen. Dies ist beim TinyTx4 gut gelungen. Digitale Signale sind nicht in der Nähe des Antennenports. Alle freien Flächen auf der Platine sind mit Masse "geflutet" (Jede Masseleitung muss prinzipiell als Induktivität angesehen werden).
    Beim TinyRX gibt es diese Homogenität nicht, die Masse führt kreuz und quer über die Platine, die Verbindungen von oben nach unten sind mit hauchdünnen Vias ausgeführt.
    Das zweite große Problem sehe ich in der seriellen RX Leitung , die direkt unter dem Antennenpad des RFM12B liegt. Bei einer Empfindlichkeit von -101 dBm sprechen wir von 2 uV. Digitales hochfrequentes Rauschen vom Raspberry koppelt auf diese Weise kapazitiv auf den Antennenport. Ich bin ziemlich sicher dass dies die Performance des TinyRX4 beeinträchtigt.


    'Eventuell können wir daraus resultierend auch eine verbesserte Version (TinyTX5 / TinyRX5) entwickeln.':
    sehr gerne! Hab die Profigeräte allerdings nur noch 2 Monate zur Verfügung weil dann mein Arbeitsvertrag endet. Dazu kommt, dass ich mit Eagle nicht wirklich arbeiten kann - ich hatte bisher immer einen CAD Kollegen der das gemacht hab was ich íhm gesagt habe.


    'unterscheiden sich die PCB's eigentlich nicht großartig.' :
    Habs versucht zu erklären, es gibt aus HF- Sicht einige nicht zu unterschätzende Unterschiede.

  • Es ist Zeit für ein Update -
    das Thema HF hat mich nicht in Ruhe gelassen, ist ja mein Beruf...
    Profi-Messgeräte werde ich in Kürze kaufen, dann kann ich weitere Untersuchungen anstellen.


    Zunächst war mir aufgefallen, dass der TinyTX4 als Empfänger am Raspi nicht mehr als -93 dBm Empfindlichkeit aufweist. Dies hab ich wie zuvor im Laborversuch mit schaltbaren Abschwächern "on air" so in etwa nachgemessen. Nachdem ich aber WEISS dass der TinyTX4 besser kann (-105 dBm) muss es etwas geben was den Empfang beeinträchtigt.
    Dafür kommen u.a. HF Störungen infrage, z.B Rauschen das den Signal/Rauschabstand des empfangenen Signals verringert.
    Tatsächlich, eine Quelle ist der Raspi selber! Beim SoC sind zwei grosse Keramikkondensatoren die ein breitbandiges HF-Rauschen von sich geben. Die Abstrahlung erfolgt hauptsächlich nach oben.
    Einfache Abhilfe schafft - den Raspi umdrehen.
    Eine andere Quelle ist mein Powerline Adapter (Devolo) der ca. 1m von der Antenne entfernt war.


    Bisher hab ich mich noch nie mit Antennen befasst. Das war mir immer suspekt und sowas wie schwarze Magie.
    Aber um die Performance der Sensoren zu verbessern muss man sich um das Thema kümmern.
    Ich werde mich mit dem Thema definitiv noch mehr beschäftigen.
    Was ich soweit herausgefunden habe ist:
    - bein einzelner Draht als Antenne funktioniert nur so gut wie seine Masse. Am TinyRX4 ist so gut wie überhaupt keine Masse, da braucht es also eine externe Antenne.
    - Ein einzelner Draht hat eine Impedanz die wesentlich höher als 50 Ohm ist (massive Fehlanpassung!).
    - Gekaufte Antennen sind besser als ein Draht aber auch nicht das gelbe vom Ei, da auch die eine Masse (groundplane) erwarten.
    - Der RFM12B Empfänger reagiert sehr empfindlich auf Fehlanpassung.


    Leider sind das alles nur qualitative Aussagen, Messergebnisse hab ich dazu noch nicht wirklich.

  • Hallo nurazur,
    sollte man Deine in der pdf Kap. 6.1 beschriebnen Änderungen nur bei den TinyRX machen oder bringt es auch etwas für dien TinyTX?

    Gruß

    Golmic:)


  • sollte man Deine in der pdf Kap. 6.1 beschriebnen Änderungen nur bei den TinyRX machen oder bringt es auch etwas für dien TinyTX?


    Hallo golmic,
    da die Aenderungen den RFM12 Treiber betreffen, musst du sowohl Empfänger als auch alle Sender neu flashen, egal ob es sich um TinyRx oder TinyTx handelt.
    Entschuldige bitte die verspätete Antwort, ich muss deinen Beitrag irgendwie übersehen haben.