Ganz einfach: Drahtlose Übertragung serieller Daten
oder: Wie kommen GPS-Daten in das Kellershack ?
In Bearbeitung
Stand: 17. Dezember 2017
Zur Übertragung serieller Daten über Entfernunngen bis zu einigen Hundert Metern bietet sich eine Verwendung von  Funkbausteinen an, so wie sie z.B. unter den Namen "HC-11" ( max. 10mW ) und "HC-12" ( max. 100mW ) angeboten werden [1], [3] ( mögl. inländische Bezugsquelle: [2], [4] ).
Sie arbeiten im 70cm-Bereich und nutzen dabei u.a. auch allgemein zugelassene Frequenzen ( Im Lieferzustand: 433.4 MHZ ). Die rechtlichen Bestimmungen z.B. hinsichtlich maximal zulässiger Sendeleistung sind dabei zu beachten ( z.B. Betrieb der Version  "HC-12" in Europa nur mit auf 10mW herabgesetzter Sendeleistung ).

           
Abb.1 und Abb.1a   Funkmodul HC-11 ( HC-12 sieht sehr ähnlich aus ) und Beispiel für Signalspektrum ( Bw ca. 40 KHz ) 

Die Funkbausteine stellen serielle asynchrone Datenschnittstellen ( TTL-UART ) mit standardmäßig 9600bps bereit, womit sich eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten ergeben. Als Einsatzbeispiele seien genannt:

* drahtlose Übertragung von Telemetriedaten ( z.B. auch von GPS-Daten )
* drahtlose Übertragung von Textdaten
* drahtloses Fernschalten

So können die Funkbausteine beispielsweise direkt mit Bluetoothbausteinen wie den "HC-06" [5] oder auch USB zu Seriell-Wandlern wie dem UM2102N [6] von ELV zusammengeschaltet werden. Da UHF-Funk- und Bluetoothbausteine mit weitgehend identischen seriellen Schnittstellenparametern ausgeliefert werden, sind dazu in den  meisten Fällen nicht einmal zusätzliche Konfigurationsmaßnahmen zu treffen.

Abb.2  Zusammenschaltung von UHF-Funkmodul und Bluetoothmodul
 
( GPS- ) Telemetriedatenübertragung

Abb.3 Anordnung zur Fernübertragung von GPS-NMEA-Daten ( mit Weiterleitug via BT )

Die Nutzungmöglichkeiten sind sehr vielfälltig. An einem Anwendungsbeispiel sollen sie im Folgenden beschrieben werden. So hatte mir unlängst ein OM geschrieben, der sein Shack im Keller hat und auch dort lokale GPS-Daten auswerten wollte. Daraufhin schlug ich ihm eine Verwendung der Bausteine HC-11 oder HC-12 vor. Ich hatte es vorher selbst noch nicht ausprobiert und ursprüngliche auch Bedenken hinsichtlich Übertragbarkeit der doch in relativ großer Menge in sekündlicher Folge anliegenden NMEA-Daten. Diese Bedenken erwiesen sich dann aber als unbegründet. Nachdem der serielle 9600bps-Ausgang eines GPS-Moduls ( TTL-Pegel ) direkt mit dem Sendeeingang eines HC-11-Moduls verbunden war ( Abb.3 ) , konnte das gesamte Datengemisch auch wieder dem Ausgang eines zweiten Funkmoduls entnommen werden ( Abb.4 ).  


Abb.4   NMEA-Ausgangsgemisch nach Übertragung via HC-11/HC-12 und BT-Weiterleitung zum Terminalprogramm

In diesem Zusammenhang würde noch eine Lösung interessant sein, mit der es gelänge, mithilfe der verfügbaren NMEA-Daten stabile Referenzfrequenzen von z.B. 1 Hz oder 10 MHz zu erzeugen.
bidirektionaler Austausch von Textdaten
Die Bausteine HC-11 und HC-12 bieten sich in hervorragender Weise auch zum bidirektionalen Textaustausch zwischen z.B. PC's oder Smartphones/Tablets an. Überall dort, wo z.B. eine direkte Bluetoothverbindung an ihre Reichweitengrenzen stößt, kann die überbrückbare Funkdistanz mit Hilfe der Funkbausteine deutlich erweitert werden.
Das Ganze sollte mit zwei Android-Smartphones getestet werden, wobei die Textein- und Ausgabe mitthilfe von Standard-Terminalprogrammen ( siehe weiter unten: ** ) erfolgen sollte

Abb.5  Blockschaltbild für Textübertragungen bei Verwendung von UHF-Funkmoduln wie HC-11 oder HC-12

Abb.5 zeigt die realisierte Anordnung. Dabei wurden beide ANDROID-Endgeräte direkt mit je einem Bluetoothmodul des Typs HC-06 verbunden. Anschliessend waren ausgehend von ihnen jeweils Verbindungen zu den zugehörigen HC-06-Moduln aufzubauen. Vorher musste allerdings noch auf beiden Seiten ein einmaliges Pairing ( Kennenlernen ) ( siehe dazu weiter unten unter * ) zwischen  Androiden und BT-Modul stattgefunden haben. Sind die BT-Verbindungen auf beiden Seiten aufgebaut, kann unter Verwendung der uns schon bekannten Terminalprogramme mit dem Textaustausch begonnen werden.
Fernschalten
Serielle Daten sind u.a. auch zur Übertragung von Befehlen geeignet, die ein Fernschalten von z.B. Relais ermöglichen. Auf einer anderen Seite [7] hatte ich dazu auch bereits in Verbindung mit LoRa-Bausteinen geschrieben, so diese mit einer UART-Schnittstelle ausgestattet sind. Das dort Gesagte gilt grundsätzlich auch für die Verwendung von Bausteinen wie HC-11 und HC-12. Ein wichtiger Unterschied besteht allerdings darin, dass LoRa-Verbindungen einen bei etwa 20db liegenden zusätzlichen Systemgewinn bringen, was bei bei vergleichbaren Sendeleistungen deutlich bessere Funkreichweiten ermöglicht.
mögliche Funkreichweiten
An dieser Stelle kommt üblicherweise die Frage nach den mithilfe der UHF-Funkbausteine erzielbaren Funkreichweiten. Dazu kann nur soviel gesagt werden, dass diese Werte natürlich sendeleistungs-, aber auch gelände- und antennenabhängig sind, wobei im offenen Gelände durchaus mit Reichweiten von einigen Hundert Metern gerechnet werden kann.
Die in den Datenblättern angegebenen Werte halte ich ( zumal bei Verwendug der mitgelieferten, wenig optimalen Antennen ) dabei für mehr als optimistisch. Zum Thema Antennen hatte ich mich aber auch schon einmal in [8] ausgelassen.
* Umgang mit Bluetoothmoduln
Um mit Bluetoothmoduln arbeiten zu können, müssen diese in einem über das Menü der Smartphones erreichbaren Verzeichnis angemeldet worden sein. Melden wir dabei z.B. mehrere HC-06 an, so werden sich alle unter gleichem Namen identifizieren, was später zu Irritationen führen kann. Daher ist es dringend zu empfehlen,  Namensgleichheiten zu vermeiden.
Zur Umbenennung sind die BT-Moduln mit einem "USB zu Seriell-TTL-Adapter" ( z.B. [6] ) zu verbinden, wobei RxD/TxD-Anschlüsse gekreuzt und dazu Masse, sowie Versorgungsspannung 3-5V anzuschliessen sind. Via USB sind die Adapter mit einem PC mit aktiviertem Terminalprogramm ( z.B. HTerm ) zu verbinden. In dessen Menü sind der verwendete Com-Port und die benutze Baudrate 9600bps anzuwählen. Anschliessend ist die CONNECT-Taste zu betätigen. Weiterhin ist sicherzustellen, dass die folgenden Datenaussendungen daei OHNE zusätzliche CR- und LF-Charaktäre erfolgen.
Bei funktionierender Datenverbindung werden die Bluetoothmoduln nach Empfang der Zeichenfolge "AT" mit "OK" antworten. Durch Aussendung von "AT+NAME und  ( nach einer Leerstelle )  dem gewünschten neuen Namens, lässt sich bewirken, dass sich die BT-Moduln fortan unter diesem beuen Namen melden. Erfolgreiche Umbenennungen werden von den Moduln quittiert.
** Textein- und -ausgaben mithilfe standardmäßiger Terminalprogramme
Zur Anzeige empfangener und Eingabe abzusendener Texte eignen sich herkömliche Terminalprogramme mit Bluetoothschittstelle. Eine entsprechende Auswahl ist im ANDROID PlayStore verfügbar.  Dabei hat sich allerdings herausgestellt, dass nicht alle bereitstehenden APP's für den beabsichtigten Einsatzzweck gleich gut geeignet sind. Auszusendende Texte werden üblicherweise vorgeschrieben und erst nach Betätigung einer SEND-Taste übertragen. Um auf der Empfangsseite auch das Ende übermittelter Nachrichten erkennen zu können, ist es wichtig, auf der Geberseite entsprechende Endzeichen hinzuzufügen. Dabei handelt es sich üblicherweise um den ASCII-Character 13 bzw. 0x0D in Hex-Schreibweise. In Programmcodes findet man dafür auch häufig die Zeichenfolge: '\r'. Leider tun sich einige Terminalprogramme nun aber schwer mit dem Anhängen dieser Zeichen, so dass sie danach für unsere Anwendung kaum noch infrage kommen.    
Ein Terminalprogramm, bei dem das genannte Problem nicht besteht und welches auch ansonsten alle meine Wünsche erfüllte, stammt von Kai Morich und ist unter dem Namen "Serial Bluetooth Terminal" aus dem Play-Store herunterladbar. Mit seinem gelben RS232-Stecker als Logo lässt es sich dabei auch leicht finden.
HC-11/HC-12-Defaultwerte ( Lieferzustand ) und Änderung der Einstellungen
ser. Datenrate:                   9600bps                     
Schnittstellenparameter:    8N1
Betriebsfrequenz:               Ch.001 = 433.4 MHz  ( möglich: Ch.001-Ch.100 im 400 KHz-Raster )
Sendeleistung (HC-12):      17dBm = 50mW         
Betriebsmodus:                  FU3
                                         
Näheres hierzu und Hinweise zur Änderung der Einstellungen sind den entsprechenden Datenblättern:  [1], [3]  zu entnehmen
Linkliste
[1]  http://ecksteinimg.de/Datasheet/HC-11%20english%20datasheet.pdf
[2]  https://eckstein-shop.de/HC-11-433MHz-CC1101-RF-Wireless-Transceiver-Modul-Replace-Bluetooth-200m
[3]  https://www.elecrow.com/download/HC-12.pdf
[4]  https://eckstein-shop.de/HC-12-433MHz-SI4463-Wireless-Serial-Remote-Modul-mit-Antenna-1000m
[5]  https://eckstein-shop.de/HC-06-Wireless-Bluetooth-Modul-RS232-TTL-33-5V-Board
[6]  https://www.elv.de/controller.aspx?cid=683&detail=10&detail2=551737
[7]  http://www.kh-gps.de/lora_schalt2.htm
[8]  http://www.kh-gps.de/loratext.htm
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