Modem radio FSK SPM243328 - Transmission sécurisée et rapide

Conçu pour les applications OEM, le "SPM2-433-28" est un modem radio subminiature low cost pouvant facilement s’intégrer au sein de nouveaux projets ou d’applications existantes afin d'assurer la transmissions à distance de signaux séries de façon totalement transparente.
 
 
Ce module bidirectionnel génère les trames de préambule, de synchro, ainsi que la mise en "packet" et le codage Manchester des données tout en effectuant un contrôle d'erreur (avec accusé de réception) rendant son usage universel et très simple (aucune connaissance "radio" n'est nécessaire). 
   
 

  
 
En quoi le "SPM2-433-28" est-il différent des produits concurrents ?
Avec l'arrivé de différents circuits intégrés spécialisés permettant de réaliser assez aisément des systèmes de communication sans fil en ayant des connaissances limitées en radio, de nombreux nouveaux fabricants se sont "lancés dans l'aventure" en proposant eux aussi des modules radio "tout-fait" prêt à l'emploi. A ce titre, il nous apparaît opportun d'apporter certaines précisions en effectuant un petit comparatif aussi objectif que possible entre les modules Radiometrix "SPM2-433-28" et les produits concurrents censés réaliser les mêmes fonctions.   
      
 
Intégration d'un "vrai" dispositif de correction d'erreur
- La première caractéristique et supériorité indéniable du "SPM2-433-28" vis-à-vis des produits similaires vient de sa véritable fonction de correction d'erreur intégrée qui lui confère un très haut niveau de sécurité. 
 
> Sur la plupart des produits concurrents, censés transmettre des informations séries "RS-232", lorsqu'un module émet des données vers un autre module, ce dernier dispose généralement d'une simple correction d'erreur se contentant de vérifier la parité des octets reçues. En cas de problème lors de la transmission (parasite interférant sur la validité des données par exemple), si le module "recevant" s'aperçoit d'un problème de parité, il se contentera alors de ne délivrer aucune donnée en sortie... Si la parité est correcte mais que l'octet reçu est erroné, il délivrera alors cet octet corrompu comme si de rien était ! Dans ces conditions, peut on encore parler de dispositif de transmission professionnel ?
   
> Les "SPM2-433-28" disposent pour leur part d'une véritable fonction de correction d'erreur avec accusé de réception. C'est à dire que lors d'une transmission de données d'un module vers un autre, chaque packet radio est systématiquement retourné pour contrôle et vérification (de façon totalement transparente pour l'utilisateur). Si le module qui vient d'envoyer un packet radio s'aperçoit que la trame d'accusé réception n'est pas strictement identique, il la transmet à nouveau plusieurs fois si nécessaire afin qu'elle soit correctement reçue par l'autre module. En d'autres terme, la liaison radio avec les "SPM2-433-28" est autrement plus sécurisée qu'avec la plupart des modules similaires existants sur le marché (leur utilisation peut s'apparenter à celle d'un câble virtuel "RS-232").
  
  
Aucun développement logiciel additionnel nécessaire en utilisation de base
Pour poursuivre ce petit comparatif, il est honnête de préciser qu'il est bien sur tout à fait possible de réaliser une fonction de correction d'erreur similaire à celle des "SPM2-433-28" sur des modems concurrents en ajoutant "une couche logiciel" sur les 2 systèmes équipés de ces derniers. Toutefois ceci suppose que vous disposiez d'une électronique "intelligente" à chaque extrémité (ce qui n'est pas forcément le cas - un des 2 systèmes pouvant être totalement "passif" et dans ces conditions il devient pour le moins très hasardeux d'utiliser des modems sans fonction d'accusé de réception... tout au moins au sein d'applications qui se veulent professionnelles et sérieuses).
    

Débit de la communication radio supérieur
Si la plupart des modems radio concurrents et similaires au "SPM2-433-28" peuvent s'interfacer d'un point de vue "physique" avec un système hôte à des vitesses de communication paramétrables allant généralement de 4,8 à 76,8 Kbp/s (pour rappel les "SPM2-433-28" disposent d'un paramétrage allant de 600 bds à 115.2 Kbp/s), il n'en demeure pas moins que la grosse différence vient du débit réel de communication radio ("Over Air Data Rate") qui caractérise vraiment la vitesse de communication des modules. Ainsi alors que la plupart des modules concurrents "plafonnent" à une vitesse de communication réelle de l'ordre de 19.2 Kbp/s (sans système de correction d'erreur de type "accusé de réception"), les modules Radiometrix "SPM2-433-28" disposent pour leur part d'un débit ("Over Air Data Rate") de 28 Kbps/s avec système de correction d'erreur intégré de type "accusé de réception" (et jusqu'à 55 Kbp/s si vous désactivez la correction d'erreur afin de les utiliser dans les mêmes conditions que les produits concurrents...). Les chiffres parlent d'eux mêmes et ne nécessitent aucun autre commentaires !
 
Ainsi dans le même ordre d'esprit, si d'aventure vous désireriez développer vous même une couche logiciel sur des modules concurrents afin de développer un système de contrôle d'erreur avec accusé de réception comme sur les "SPM2-433-28", non seulement vous  devrez monopoliser des ressources mémoires sur vos systèmes microcontrôlés mais vous devrez également avoir à gérer des "temps" d'attente pour le retour des trames radio (accusés de réception des packets) tout ceci pour obtenir au final un débit de transmission effectif qui sera en comparaison 2 à 3 fois plus lent que si vous utilisiez des modules "SPM2-433-28" pour lesquels le système de correction d'erreur est géré de façon totalement transparent pour le système hôte...
 

Communication point à point / multi-points
Dans le même ordre d'esprit, les modules "SPM2-433-28" disposent d'une multitude de fonctions pré-implémentées et très simples d'utilisation vous permettant de réaliser des communications "point à point", "multi-points", "multi-drop", etc... lesquels sont pour la plupart absentes sur la plupart des modules concurrents similaires. Encore une fois il vous est bien sur possible de développer des fonctions identiques en ajoutant une couche logicielle sur les systèmes hôtes, mais au détriment de la vitesse de traitement et en utilisant des ressources supplémentaire, d'autant plus que ceci ne sera pas possible dans certains cas où le système hôte ne dispose pas de possibilité de programmation embarquée... 
   
                 
Qualité radio supérieure...
Le concept de la majorité des modules concurrents aux modules "SPM2-433-28" base leur principal argument de vente sur leur grande simplicité d'utilisation. Toutefois la simplicité d'utilisation est une chose, la qualité et les caractéristiques techniques de la partie "radio" proprement dite en sont une autre... Comme indiqué ci dessus, la majorité des modules concurrents actuellement disponibles sur le marché utilisent de nouvelles petites "puces" specialisées qui associées à quelques composants passifs permettent de réaliser un transceiver radio très rapidement et aisément. Toutefois si l'intégration d'un maximum de fonctions au sein d'un même composant est monnaie courante en logique numérique, il en est tout autrement dans le monde de la radio. Ainsi vous pourrez assez facilement constater que ces puces spécialisées proposent pour la plupart des "compromis" en terme de performances (surtout au niveau de la réjection au niveau de leur étage de réception). Les produits tels que le "SPM2-433-28" s'appuient pour leur part sur la grande expérience acquise par Radiometrix dans le domaine de la radio depuis plus de 22 années (on ne s'improvise pas spécialiste en "radio" du jour au lendemain...). Ainsi la plupart des fonctions liés à leurs étages radio sont basés sur des schémas développés "en interne" par Radiometrix et font appels à des composants spécialisés afin de bénéficier entre autre de débits de communication superieurs associés à une très bonne sensibilité et grande réjection de leur étage de réception afin d'améliorer les performances des modules en présences de perturbations sur les canaux adjacents. Pour vous en convaincre "ouvrez" un module Radiometrix et comparez les conceptions de fabrication... Sans être spécialiste, un seul coup d'oeil suffit généralement !
    
  
Afin de clore cette petite mise au point, si vous devez choisir entre différents modules radio et avant de vous laisser "bercer" par les arguments de simplicité d'utilisation mise en avant par certains d'entres-eux, vérifiez en premier lieu le degré de sécurité "réel" apporté par les produits au cours de la transmission ainsi que leur vitesse effective de communication, ou encore la présence de possibilité d'utilisation en mode "point à point", "multi-point", "multi-drop", etc... car si au final vous devez à nouveau développer "derrière" le module afin d'obtenir une communication radio d'un niveau de sécurité satisfaisant... ou est la simplicité de mise en oeuvre annoncée ?
 
 
Applications
- Terminaux portatifs
- Systèmes de "vote" électronique
- Modules de monitoring
- Systèmes de saisie de commande pour restaurants
- Modules de dialogue et téléchargement pour véhicules
- Bornes interactives
 
 
Caractéristiques électriques

 
 
Interface

  
Emetteur / Récepteur

   

Bénéficiant d'un blindage "métallique" et d'une large plage d'alimentation, ce module suit les normes EMC EN 301 489-3 et EN 300-220-3. La broche "RF" du module est destinée à recevoir une antenne externe (non livrée) de type hélicoïdale, "loop" (imprimée sur votre circuit) ou mono-brin. Cette antenne pourra être réalisée par vos soins (en suivant les indications données dans la notice des modules) ou pour de meilleurs résultats achetée prête à l'emploi (nous proposons à ce titre une gamme complète ci-après). 
   
   
 
 
Dans des conditions standards d'exploitation et suivant les antennes utilisées, un couple de module
"SPM2-433-28" vous permettra d'atteindre une portée de l'ordre de 200 m à vue sans obstacle en terrain dégagé. Le "SPM2-433-28" renferme l'équivalent d'un module BiM2 associé à un microcontrôleur qui s'occupe de la gestion de toute la "couche" logiciel du protocole radio. Son interfaçage avec un microcontrôleur peut se faire en mode 3 fils (TX / RX / masse) sans gestion de flux de données (dans ce cas, il conviendra de respecter des pauses entre chaque émission sachant que le buffer interne du module est de 96 octets). Il est également possible d'utiliser un mode avec gestion de flux de données pour "automatiser" l'acces au buffer du SPM2-433. Dans ce cas, on pourra utiliser le signal RXFLOW que le "SPM2-433-28" activera lorsque sont buffer sera rempli à plus de 66 % et désactivera lorsque son "remplissage" n'atteindra plus de 33% de sa capacité. 

    

       
 
Le "SPM2-433-28" pourra également être connecté au port série d'un compatible PC à condition d'ajouter un circuit intégré de mise à niveau de type "MAX232" comme indiqué sur la figure ci-dessous.
     
         

  
   
Bien que pouvant être directement utilisé sans aucune manipulation particulière, il vous sera également possible de modifier très facilement certains paramètres du "SPM2-433-28" afin de "répondre" à certaines de vos contraintes. Pour ce faire, il vous suffira après avoir relié une de ses entrées à la masse (SETUP) de le connecter à l'importe quel petit terminal d'émulation série (PDA - hyper terminal™ Windows™, etc... ).
  
  
 
 
Dès lors, il vous suffira de taper des "ordres de commande" pour reconfigurer "à la volée" le "SPM2-433-28" (vos paramètres seront automatiquement sauvegardés dans la mémoire Flash du module) - par exemple, en tapant "config" suivit de la touche "Return", le module vous retourne l'état de sa configuration. 
   
En tapant "baud 19200" suivit de la touche "Return", le module sera configuré pour une communication série à 19200 bds).
 
Voir ci-dessous la liste complète des ordres reconnus par le module "SPM2-433-28".
 
   

 
 
 
A propos de la commande "thruput"
Lorsque le module est configuré avec le paramètre "max", le module transmet les données au maximum de sa capacité. Chaque émission de packet est suivie d'un accusé réception, puis d'une nouvelle émission de packet radio et ainsi de suite. Si la vitesse dialogue entre le module SPM2 et le microcontrôleur (ou le PC) externe est supérieur à 19200 bds, il en résulte alors que le débit radio du "SPM2-433-28" est de l'ordre de 14400 bds. 
 

 
   
Lorsque le module est configuré avec le paramètre "slots", le module effectue une "pause" volontaire entre chaque émission de packet et son accusé de réception associé. Cette "pause" permettra d'éviter dans la mesure du possible les collisions radio si plusieurs modules sont amenés à fonctionner dans le même environnement. Dans cette configuration, le débit radio du "SPM2-433-28" est de l'ordre de 2400 bds environ. Le schéma ci-dessous montre comment 2 couples de modules "SPM2-433-28" (A et B) peuvent ainsi fonctionner sur le même site de façon totalement transparent pour l'utilisateur.


  

Fonctionnement en mode "point-à-point" ou "multi-point"
Lorsqu'il commence à émettre, chaque module "SPM2-433-28" cherche à entrer en contact avec son module associé lequel devra être configuré avec les mêmes codes "unit" et "site" (un module recevant un "appel" d'un "SPM2-433-28" présentant des codes différents, ne répondra pas à ce dernier). Ceci permet donc de faire travailler jusqu'à 128 paires de modules dans le même environnement à condition que ces derniers ne soient pas utilisés en même temps. En cas contraire, dans la mesure ou les données à envoyer sont de courtes durées, il sera également possible de gérer les cas de collision radio à l'aide de la commande "thruput" (voir ci-dessus) et de faire travailler plusieurs couples en même temps dans un même endroit (le nombre de couple utilisable est fonction de la taille des données à envoyer).
 
 
Il est également possible d'utiliser un module SPM2 (maitre) qui pourra très facilement dialoguer à tours de role avec au moins 16 modules "SPM2-433-28" (esclaves). Tous les modules SPM2 esclaves devront être configurés sur des adresses "site" identiques, mais avec des adresses "unit" différentes). Dès lors, il vous sera possible sur le module "SPM2-433-28" maitre de choisir de communiquer avec un "SPM2-433-28" esclave particulier en sélectionnant sont adresse "unit" en à l'aide de la commande "addr". Cette commande modifie la valeur de l'adrese "unit" dans le module "SPM2-433-28" maitre (sans sauvagarder cette dernier au sein de sa mémoire EEprom (ceci afin d'éviter d'arriver très rapidement à la saturation du nombre de cycle d'enregistrement de ce mémoire). A l'exécution de la commande "addr", le "SPM2-433-28" renvoie un caractère de confirmation '.' au système hôte afin de lui confirmer qu'il vient d'opérer le changement de sa valeur "unit" est qu'il est prêt à communiquer.
     
 
 
   
  
  

  
Exemples d'utilisations possibles      

     
Si vous "déconnectez" l'option d'accusé de réception (ré-émission automatique des paquets pour contrôle d'erreurs) à l'aide de la fonction "ackmode off", vous aurez non seulement la possibilité de pouvoir accélérer le débit de communication, mais également de pouvoir créer un véritable réseau de communication "MultiDrop". C'est à dire que tout les modules présents dans l'aire de couverture radio d'un "SPM2-433-28" émetteur seront à même de recevoir ses données en même temps (à condition que ces derniers disposent des mêmes paramètres "site" et "unit"). Dès lors, il est possible d'envisager une multitude de possibilités:
 
- A condition qu'il n'y est pas d'émission simultanée, 128 modules "SPM2-433-28" émetteurs pourront chacun leur tours envoyer des données à 128 "cellules" de réception (une cellule étant composé d'un nombre infini de modules "SPM2-433-28" placés dans l'aire de couverture radio).
 
- En utilisant la commande "addr", un même module "SPM2-433-28 maitre" pourra transmettre selon vos ordres des données à 16 cellules de réception distinctes.
 
- Si tous les modules sont configurés sur les mêmes paramètres "site" et "unit", vous pourrez également (à condition de gérer directement la couche d'adressage dans les données envoyées par voie radio par les systèmes hôtes) bénéficier d'un réseau d'adressage infini. Un module "SPM2-433-28" maitre pourra alors envoyer des données tous les modules "SPM2-433-28" présent dans l'aire de couverture radio, à vous ensuite en fonction des données relatives à votre adressage de les prendre en compte ou pas sur chaque module.
   
Du fait que la fonction de contrôle d'érreur automatique par accusé de réception soit nécessairemement désactivée pour faire fonctionner les modules dans les conditions énnoncées ci-dessus, rien ne vous empêche pour conserver un haut niveau de sécurité de réaliser vous même ce contrôle d'erreur en renvoyant la trame reçu par le module qui se sera reconnu (tout est affaire de programmation au niveau du microcontrôleur hôte associé à chaque module). 
       
      
Configuration du module par "voie radio"
Suivant l'état (on / off) du paramètre "remote", il vous sera également possible de configurer le module à distance directement par "radio" (sans avoir besoin de solliciter son entrée "SETUP"). Pour ce faire, il vous faudra lui envoyer la séquence de caractères:
 
remote  <N° de série><PARAMÈTRE><N° de série><PARAMÈTRE>
 
Le N° de série du module est retourné à sa mise sous tension (il peut donc facilement être connu en raccordant le module à un PC via un logiciel d'émulation série type Hyperterminal™ par exemple). La commande et le paramètre pouvant être reconnus devront faire partie de la liste ci-dessous:
 
Baud 600,1200,2400,4800,9600,19200,38400,57600,115200
Unit 0 à 15
Site 0 à 7
Shdn on/off
Flow rxflow/none
Serdly 30 à 255
Retry 1 à 63 
     
      
Mode "Test Radar"
Cette option activable en mode configuration permet d'effectuer immédiatement et très simplement un test de communication entre 2 modules configurés avec le même N° d'unit. A la réception de cette commande, le premier module émet une "petite trame" de données à l'autre module qui la lui retourne alors. Si vous utilisez le premier module à l'aide d'un logiciel d'émulation série (type Hyperterminal™ par exemple), vous verrez alors s'afficher sur la fenêtre du PC 2 compteurs que le module "SPM2-433-28" vous retournera. Le premier compteur représente le nombre de trames que le module a essayé d'envoyer tandis que le second compteur vous indiquera le nombre de trames qui ne sont pas correctement revenues. Ceci vous permettra par exemple de vérifier l'absence ou la présence de perturbations sur un site, la limite de portée des modules, les qualités et "efficacités" de différentes antennes, etc, etc... l'envoi d'un caractère (retour chariot - Return) au premier module interrompt le mode test).  
       
         
Logiciel de configuration "SPM2-433 Configuration Tool"
Un logiciel gratuit vous permet désormais de configurer et de tester encore plus simplement vos modules "SPM2-433-28". Ce dernier permet au moyen d'une interface graphique très conviviale de modifier les paramètres du module "SPM2-433-28" relié au port série de votre PC. Ce dernier pourra également activer la fonction RADAR afin que vous puissiez réaliser des tests de portée entre 2 "SPM2-433-28".
  

 
 
Sauvegardez le programme sur votre PC (compatible Windows™ 98/2000/XP), décompactez le puis procédez à son installation. Une aide en ligne est disponible au bas de la fenêtre. Pour activer le mode "Radar", le premier "SPM2-433-28" doit être relié à un PC avec Hyper terminal™, le second "SPM2-433" (placé en mode Setup) doit être relié au second PC avec le logiciel de configuration "SPM2-433 Configuration Tool".
   

  
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