. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
Mobilní spektrální analyzátor 2,4 GHz
27. února 2010 - 8:45 | Pandatron | Mobilní spektrální analyzátor 2,4 GHz | Komentářů: 16  

Mobilní spektrální analyzátor 2,4 GHz

Konstrukce doslova mobilního spektrálního analyzátoru ISM pásma 2,4 GHz s obvodem ATmega, LCD displejem z mobilního telefonu a RF modulem firmy Cypress.

Jednoduchý spektrální analyzátor pro pásmo 2,4 GHz může tvořit nejen základní měřící pomůcku tzv. "síťařů", ale případně i detektor blízkých WiFi sítí a dalších služeb. Jak bude uvedeno dále, i z real-time zobrazeného spektra je v řadě případů možné zjistit, o jaký zdroj signálu jde.

Základní vlastnosti:

  • Frekvenční rozsah zobrazeného spektra je od 2400 do 2495 MHz
  • Vstupní citlivost -95 dBm
  • Rychlost snímání celého spektra: více než 6x za sekundu
  • Rychlost zobrazení na displeji: Fast, Slow, Exposure
  • Napájecí napětí v rozsahu 3,6 až 4,2 V
  • Typ napájecí baterie: Li-ion, Ni-MH
  • Odběr zařízení nepřekračuje 15 mA

Následující konstrukce vznikla na základě řady podobných aplikací spektrálních analyzátorů 2,4 GHz ISM pásma, vytvořených s použitím oblíbeného modulu CYWM6935 firmy Cypress Semiconductor. Většina z nich však využívala sériového či paralelního portu a počítače PC pro zobrazení naměřených dat (viz několik odkazů uvedených na konci článku). Na rozdíl od nich je uvedená konstrukce vybavena kvalitním LCD displejem ze starého mobilního telefonu a díky bateriovému napájení je tak zcela mobilní.


Obr. 1: Sestavený mobilní spektrální analyzátor 2,4 GHz (vlevo)

Základní prvky analyzátoru:
Mikrokontrolér byl zvolen typu ATmega8 a to především pro jeho nízké napájecí napětí 3,3 V. Toto napětí je totiž maximální jak pro použitý LCD displej tak i RF modul. V aplikaci je s výhodou použit interní 4 MHz oscilátor.

LCD displej je využit ze starého mobilního telefonu (stejně jako případné pouzdro analyzátoru) a to konkrétně typu Nokia 3410. Snadno využitelný, grafický LCD s podsvětlením typu PCD8544 je často využíván v podobných amatérských konstrukcích a je k němu dostupná řada ukázkových kódů.


Obr. 2: Základní schéma RF modulu CYWM6935

Baterie může být v uvedeném mobilním telefonu použita typu Li-ion i Ni-MH a oba typy jsou rovnocenné i pro použití v konstrukci spektrálního analyzátoru. Vhodné bateriové napětí je v rozsahu 3,6 až 4,2 V. Pro získání napětí 3,3 V, vyžadovaných aplikací, je vhodné použít stabilizátor typu Low-dropout a navíc kvůli bateriovému napájení je vhodný typ s minimálním vlastním příkonem. Jako ideální typ, který byl již několikrát využit i v mých aplikacích, je kupříkladu NJM2865F3-33 firmy JRC s vlastní spotřebou od 100 nA a cenou kolem 7 Kč.
Autor konstrukce však v prototypu s úspěchem využit pouze obyčejnou křemíkovou diodu. Dioda s nominálním úbytkem 0,6 V zajistí snížení vstupního napětí v rozmezí 3,6 až 4,2 V na hodnotu 3,0 až 3,6 V. Hlavní omezení v konstrukci je tvořeno použitým LCD a RF modulem, avšak ty jsou určeny pro napájecí napětí v rozmezí 2,7 až 3,6 V a musí tak v uvedených podmínkách pracovat naprosto bezproblémově.

Schéma zapojení a prototyp:
Na následujícím obrázku je uvedeno kompletní schéma zapojení spektrálního analyzátoru.


Obr. 3: Schéma zapojení spektrálního analyzátoru

V prototypu analyzátoru, sestaveném na kontaktní desce, byla odladěna komunikace s displejem i RF modulem. Pro zobrazení naměřených dat je využit displej LCD s rozlišením 96 a 65 pixelů z mobilního telefonu Nokia 3410 s řadičem PCD8544. Bohužel v aplikaci není možné beze změny kódu použít prakticky totožný typ z telefonu Nokia 3310, neboť má jiné rozlišení - jen 84 x 48 pixelů. Jelikož je však cena uvedených telefonů v bazarech či na aukčních serverech velmi nízká (například na Aukru končí i na 1 Kč), nebylo třeba tvořit program ve dvou verzích.


Obr. 4: Prototyp spektrálního analyzátoru

Použití RF modulu CYWM6935 je opět velmi jednoduché. Po zapnutí je pouze potřeba provést požadovanou inicializaci pro nastavení maximální citlivosti a celkově optimálního výkonu. Na předchozím obrázku prototypové konstrukce je tak vidět signál bezdrátové kamery, pracující na frekvenci 2468 MHz.

Po řadě testů, provedených se zobrazením spektra a informací na použitém displeji, bylo přistoupeno celkem ke třem různým způsobům. První zobrazuje velmi rychle aktuální průběh a je určen pro detekci analogových signálů, jako jsou bezdrátové kamery, telefony a jiné. Druhý je určen pro detekci digitálních signálů, jako je Bluetooth, WiFi, atd. a zobrazuje tak průměrného využití spektra. Třetí je nazván Expozice a slouží k postupnému zobrazení všech zachycených signálů, kdy je stiskem tlačítka možné vše kdykoliv vymazat. Pro přepínání uvedených režimů jsou v aplikaci určeny dvě tlačítka, která je v případě potřeby možné tak i vynechat.

Poslední funkcí spektrálního analyzátoru je měření napájecí baterie interním ADC. Získané napětí je poté zobrazeno v pravém horním rohu displeje a slouží jako základní informace o aktuálním stavu baterie.

Seznam součástek
R              100k      1x
R              10k       1x
R              5k6       1x
C              100n      3x
C              1uF       1x
C              10uF      1x
D              1N4004    1x
IO             ATmega8   1x
MOD            CYWM6935
DIS            Nokia 3410 LCD (96 x 65 px)

Konstrukce:
Na webových stránkách autora je k dispozici kompletní návod na vestavbu spektrálního analyzátoru do volného krytu telefonu Nokia 3410, včetně řady doplňujících fotografií.

K tomuto účelu bylo využito snadno dostupné univerzální zkušební desky, upravené podle rozměrů původní elektroniky. Vzhledem k velmi jednoduché vlastní konstrukci, zde zbylo dostatek prostoru i na integrovanou nabíječku baterií a mikrokontrolér ve snadno použitelném provedení PDIP.


Obr. 5: Vlastní konstrukce spektrálního analyzátoru

Jedinou větší mechanickou úpravou, kterou (ne)bylo potřeba provést, je odříznutí vysílací antény RF modulu CYWM6935. Modul totiž obsahuje oddělené antény pro příjem a vysílání, a právě vysílání není v této konstrukci nijak využito.


Obr. 6: Odříznutí vysílací antény modulu CYWM6935

Software:
Program pro použitý mikrokontrolér ATmega8 je volně dostupný včetně zdrojových kódů, napsaných v jazyce C s použitím AVR-GCC pod Windows (WinAVR). Pro komunikaci s displejem bylo využito Fandi Gunawan's Nokia 3310 knihoven, mírně upravených na jiné rozlišení displeje 3410. Komunikaci s modulem CYWM6935 naopak zajišťují knihovny Jason Hecker. Vlastní program běží nepřetržitě a provádí 6 až 7 vzorků celého spektra v rozsahu 2400 až 2495 MHz za sekundu. Zobrazování dat je tak téměř v reálném čase.

Pomocí tlačítek je možné volit mezi třemi režimy zobrazení:

  • Rychlý: Zobrazuje amplitudu spektra přímo z modulu bez dalšího zpracování. Tento režim je vhodný pro vyhledání analogových signálů (s nosnou).
  • Pomalý: Aktualizace dat na displeji probíhá pouze tehdy, pokud je zachycený signál na dané frekvenci silnější než předchozí. Pokud ne, klesá na dané frekvenci amplituda postupně vždy o jeden pixel až k nule. Tento režim je vhodný pro zobrazení digitálních signálů, které přicházejí obvykle v dávkách. Uvedený rychlý a pomalý režim tak pracují obdobně jako například AGC v komunikačních přijímačích.
  • Expozice: V tomto režimu je zobrazený signál aktualizován pouze tehdy, jestliže jeho aktuální amplituda je na dané frekvenci vyšší než zobrazená. Spuštěním tohoto režimu například na několik minut je možné získat pěkné snímky okolního spektra. Stiskem tlačítka je možné kdykoliv displej vymazat a začít znovu.

Praktické zkušenosti:
Jak ve svém článku uvádí autor konstrukce, uvedený spektrální analyzátor se stal jeho nejlepším společníkem na cesty. Jeho použití je velmi diskrétní: každý v okolí si myslí, že na mobilním telefonu jen hrajete hry. Vy přitom můžete v každém okamžiku vidět přesné zaplnění jednotlivých nosných frekvencí / kanálů ve svém okolí. Dalším možným využitím (tedy samozřejmě krom základního měřicího přístroje při vývoje RF aplikací) je zvolení funkce Expozice a nošení telefonu v kapse. Tímto způsobem je možné snadno zjistit, jaké kanály jsou v okolí nejméně a naopak nejvíce využívány.

Postupem času je navíc možné naučit se podle zobrazeného tvaru rozlišit i typ zařízení.

  • WiFi signály: V expozičním režimu mají pěkný zaoblený tvar, široký asi 20 - 22 MHz.
  • Bezdrátové FM kamery (a ATV signály): Můžeme jasně vidět nosnou a modulaci. Je-li signál dostatečně silný, jsou na displeji vidět dva signály, vzdálené asi 6 nebo 7 MHz od hlavní nosné frekvence.
  • Bluetooth zařízení: Tyto zařízení je obtížné zjistit, pouze s výjimkou expozičního režimu. Jejich signály se objevují jako náhodné špičky v celém rozsahu spektra až do 2483 MHz.
  • Mikrovlnná trouba: Zaplňuje na displeji celé frekvenční pásmo. Ze zobrazených průběhů bylo možné vysledovat odlišné průběhy při zapnutí prázdné mikrovlnné trouby a naopak plné. Frekvenční střed je soustředěn kolem 2450 MHz s nejintenzivnější šířkou pásma asi 60 MHz.
  • Jiná zařízení: Existuje mnoho dalších zdrojů signálů, které je možné tímto analyzátorem zachytit, aniž by je bylo možné přesně identifikovat. Některé z nich jsou analogové, jiné digitální, ale obvykle s šířkou pásma kolem jednotek MHz. Hlavní podezření padá na malá zařízení s nízkým výkonem, jako jsou bezdrátové klávesnice apod. Dále se občas podaří objevit místa se silným signálem, většinou kolem frekvence 2440 MHz. Ty jsou zatím také bez identifikace.
  • Signály mimo pásmo: Používané ISM pásmo končí frekvencí 2483,5 MHz, avšak analyzátor je schopen přijmu a skenování až do 2495 MHz. Obvykle je na tomto místě jen šum, ale někdy zde bylo možné zachytit nějaké signály a ne vždy se přitom jednalo o přesah z ISM pásma.

Závěr:
Přesto že je uvedená konstrukce kompletní, stále ji něco chybí. Je to hlavní vypínač. Autor dlouhou dobu přemýšlel, kam by jej umístil, neboť na horní hraně telefonu (kde je u tohoto typu původně) je nyní RF modul. Nakonec do zařízení žádný vypínač neumístil a analyzátor je možné vypnout pouze vyjmutím baterie. Jelikož je však celkový odběr pouze 15 mA, je možné nechat analyzátor v provozu i několik dní.
Na volné místo desky je možné umístit jednoduchou Li-ion či Ni-MH nabíječku, například s obvodem MCP73811 a v době kdy přístroj nebude používán, může být připojen na nabíjecí zdroj.

Modul CYWM6935 je možné získat u distributorů firmy Cypress Semiconductor, nebo například firmy Farnell v ceně cca. 11 EUR.

Zdroj: Handheld 2.4 GHz Spectrum Analyzer - EA4EOZ

Odkazy & Download:
Domovská stránka autora EA4EOZ
Handheld 2.4 GHz Spectrum Analyzer
Zdrojové kódy a makefile

RF modul CYWM6935
Nokia 3410 phone
PCD8544 datasheet

DIY 2.4GHz Spectrum Analyser
LCD Nokia 3310 (PCD8544) Driver in WinAVR(avr-gcc)
http://1010.co.uk/spectrumtest.c
scrying:module_spectrum
Atmel AVR code for using Cypress Wireless USB modules
Simple C code snippets for CYWM6935 RF module







GooglePlus1 FaceBook Twitter del.icio.us DiGG Google StumbleUpon Google Buzz Email RSS PDF Tisk

Komentáře (16):

Zobrazit starší 30 dnů (16)...

host
16. Dne 20. 06. 2014 v 16:00 zaslal host
jak to zbastlit?
nějak se mi nedaří dostat na stránky autora a tak nevím kde vzít SW, bez kterého by to asi bylo k ničemu.
Mám sice WiFi analyzátor jako program do mobilu s Androidem, ale ten neumí zobrazit signály, které "nejsou WiFi".


Název příspěvku: Vaše jméno: host
                 
  Zakázat formátování [Zakáže kódování a nahrazování smajlíky.]
Připojit soubory
reklama:
PUSBIO4R - USB - 4x relé + 4x vstupy
Modul PUSBIO4R patří do skupiny nové řady USB – relé a USB – I/O převodníků. Moduly jsou vybaveny výkonovými relé a izolovanými vstupy. Pro ovládání slouží aplikace PUSBIO – Control Software.
Skladem od 735 Kč

Informace uvedené v článcích jsou platné v době jejich vydání a samotné články jsou určeny pouze jako zdroj informací. Autor článku ani správce webu nenesou žádnou zodpovědnost za případné újmy na majetku a zdraví. Názvy společností a výrobků, loga a další multimediální materiál mohou být ochrannými známkami příslušných společností.
RSS kanály: | |
+420 723 846 377
info@pandatron.cz
Všechna práva vyhrazena | mobilní verze | © Copyright 2000 - 2016 ISSN 1803-6007