Antena de telemetría

No creo que las radios XBee , incluso la XBee-Pro de mayor potencia que tiene una potencia de salida máxima de +18 dBm (solo en América del Norte), puedan comunicarse de manera confiable a través de un enlace de 2 millas en todas las condiciones.

Uno de los módulos XBee con capacidad de "largo alcance" es el XStream que afirma:

Alcance interior/urbano de hasta 1500 pies (modelo de 900 MHz) Alcance de línea de sitio al aire libre de hasta 20 millas (con antena de alta ganancia)

Ahora, probablemente sea seguro asumir que los resultados reales en el campo no serán sustancialmente mejores que las afirmaciones hechas por el fabricante, y que los rangos anteriores se encuentran en condiciones ideales. Suponiendo que habrá momentos en los que su automóvil conducirá en condiciones menos que ideales, como un área urbana, habrá momentos en que su alcance urbano de 1500 pies puede estar mucho más cerca de lo que observa que 2 millas.

Al diseñar un enlace de datos entre sus automóviles, la mejor manera de comenzar no es con las radios en sí, sino con un análisis del presupuesto del enlace .

Un presupuesto de enlace es la contabilización de todas las ganancias y pérdidas desde el transmisor, a través del medio (espacio libre, cable, guía de ondas, fibra, etc.) hasta el receptor en un sistema de telecomunicaciones. Tiene en cuenta la atenuación de la señal transmitida debido a la propagación, así como las ganancias de la antena, la línea de alimentación y pérdidas diversas. Las ganancias de canal que varían aleatoriamente, como el desvanecimiento, se tienen en cuenta agregando un margen dependiendo de la gravedad anticipada de sus efectos. La cantidad de margen requerida puede reducirse mediante el uso de técnicas de mitigación como la diversidad de antena o el salto de frecuencia.

Una ecuación de presupuesto de enlace simple se ve así:

Received Power (dBm) = Transmitted Power (dBm) + Gains (dB) − Losses (dB)

Para un canal de datos, también deberá determinar cuál es la capacidad requerida (¿necesita 10 MBits por segundo o 300 BAUDIOS está bien?) y una tasa de error de bit aceptable . En otras palabras, habrá momentos en los que los datos se confundan en la transmisión y usted debe lidiar con esto ya sea mediante retransmisión, transmisiones redundantes, dígitos de verificación o algún medio similar.

Aquí hay un tutorial de Intersil sobre análisis básico de presupuesto de enlace .

Regresando esto a lo que es conveniente, la solución más fácil sería simplemente usar radios de mayor potencia, si es posible. No dices si esto es una escuela, una empresa con fines de lucro o qué. Los proyectos educativos a menudo usan radioaficionados, específicamente APRS para proyectos como este.

ANEXO: Una alternativa que le gustaría investigar es el kit de desarrollo CC1120 de TI ;

TI afirma "Más de 10 km listos para usar con el kit de desarrollo (presupuesto de enlace de 139 dB) y rechazo de canal adyacente de 65 dB"

El año pasado usamos un sistema similar para carreras de autos solares. Antena de 15dbi (conectada a un punto de acceso) en medio de la pista de carreras, antena de 7dbi en coche, 4dbi en PIT. Redujimos la velocidad de transferencia de datos del punto de acceso a 1 mbit. Funcionó bien.

Punto de acceso

Antena central

Antena de coche

pista de carreras

El protocolo de red realiza un seguimiento del error mediante el algoritmo hash y los identificadores de paquetes. Sincronización -> Control -> ID -> Mensaje -> Comprobación de errores -> Fin del mensaje.

El mensaje se envía con un código de error. Y el receptor toma el mensaje y el código de error. Procesa el mismo algoritmo hash y produce un nuevo código de error. Compara 2 códigos de error. Si no son iguales, envía la ID del paquete al transmisor y solicita el paquete nuevamente.

Es posible que desee participar en World Solar Challenge. Y la comunicación de corto alcance puede no ser la mejor opción. GPRS debe estar en la caja.

Espero que ayude. Te deseo suerte en la carrera =)

Editar: Aquí hay un diseño de software de ejemplo. Se llama Patrón de estrategia. Puede cambiar la comunicación fácilmente incluso en tiempo de ejecución. Los chicos de electrónica normalmente no usan Principios de Software Orientado a Objetos. Puede lograr el mismo comportamiento sin programación orientada a objetos. Pero como desarrollador de software, prefiero esa manera. Consejo para recordar patrones de diseño: mientras juegas un juego de disparos, cambias tu arma dependiendo de las situaciones (como la distancia). Es tu "estrategia" de juego.

#include <iostream>
#include <string>

class ISendable
{
    public:
        virtual void Send(std::string data) {};
};
class Network: public ISendable
{
    public:
        void Send(std::string data)
        { std::cout<<"Send over Network: "<<data<<std::endl; }
};
class GPRS: public ISendable
{
    public:
        void Send(std::string data)
        { std::cout<<"Send over GPRS: "<<data<<std::endl; }
};
class Car
{
    public:
        Car() { sendBehavior = new Network(); }
        void Send(std::string data)
        { sendBehavior->Send(data); }
        void ChangeCommunication(ISendable *communicationType)
        { sendBehavior = communicationType; }
    private:
        ISendable *sendBehavior;
};
int main()
{
    Car *c = new Car();
    c->Send("data 1");
    c->ChangeCommunication(new GPRS());
    c->Send("data 2");
}

Producción:

Enviar a través de la red: datos 1

Enviar por GPRS: datos 2

Solo un par de consideraciones sobre la elección de la antena (la forma, no la potencia, ya que Jonny ya ha tratado este tema).

No necesita una antena omnidireccional, pero eventualmente solo en el plano horizontal; por lo tanto, si puede lograr una buena direccionalidad vertical (verifique las antenas laterales, como las que se usan en la transmisión de radio), ahorra mucha energía y eso significa un mayor alcance dentro de los límites legales.

Este es el diagrama de radiación de una matriz lateral

Luego puede hacer otra consideración: ¿la estación base está en el centro de la pista o en un lado? Si estás en el segundo caso, puedes suprimir la radiación detrás de la antena (fuera de la pista) con una pantalla: de nuevo, ahorrarías mucha energía (el sistema se vuelve más directivo) y evitarías transmitir donde no se necesita.