433 MHz Funkband erklärt: Umfassender Leitfaden für Low-Power-Funkkommunikation

Funkkommunikation ermöglicht Informationsübertragung von einem Punkt zum anderen ohne Übertragungsmedium wie einen elektrischen Leiter. Ein Beispiel für Funktechnologie sind Radiowellen mit unterschiedlichen Frequenzen wie 433 MHz.

433 MHz ist ein niederenergetisches Funkband. Wie funktionieren 433 MHz-kompatible Geräte, und warum sollte man diese Technologie gegenüber Standard Z-Wave und Zigbee wählen?

Bleiben Sie dran, um mehr zu erfahren.

Was ist 433 MHz?

433 MHz ist ein Funkband, das häufig in kompatiblen Haushaltsgeräten zur Signalübertragung verwendet wird.

Zusätzlich besteht ein 433 MHz RF-System aus einem Empfänger und Sender, die Funksignale zwischen zwei Geräten empfangen und senden. Es kommt auch bei innovativen Anwendungen wie kabellosen Türklingeln, Garagentoren, Heimautomatisierung, Zugangskontrolle etc. zum Einsatz.

Was gehört zu einer 433 MHz Verbindung?

Eine 433 MHz Verbindung besteht aus drei Gerätetypen, die die Kommunikation ermöglichen: Sender, Empfänger und Transceiver.

433 MHz RF Sender- und Empfängermodule

Hier stellen wir typische 433 MHz RF Sender- und Empfängermodule vor.

Zunächst haben wir einen Sender, der Informationen über ein 433 MHz RF trotz begrenzter Bandbreite überträgt.

Dann gibt es ein Empfängermodul, das Befehle abhört und empfängt.

Zuletzt bietet der Transceiver die Fähigkeit, Signale zu senden und zu empfangen, und fungiert somit als Sender und Empfänger.

433 MHz RF Sender- und Empfänger Pinbelegung

Nun besprechen wir die Pin-Konfiguration der Transceiver- und Empfängermodule.

Sender

DATA Pin – Der erste Pin akzeptiert die digitalen Daten, die für die Übertragung benötigt werden.

VCC Pin – Er fungiert als Stromversorgungspin des Senders. Oft liegen die positiven Gleichspannungen zwischen 3,5 V und 12 V. Beachten Sie, dass die Versorgungsspannung direkt proportional zur HF-Ausgangsleistung ist: Eine höhere Spannung ergibt eine größere Reichweite.

GND Pin – Er ist der Massepin.

Antenna Pin – Er verbindet mit der externen Antenne. Es ist ratsam, ein 17,3 cm langes Stück Draht in den Pin zu löten, um die Reichweite zu erhöhen.

Empfänger

VCC Pin – Er ist die Stromversorgung des Empfängers. Im Gegensatz zum Sender werden 5 V für den Empfänger empfohlen.

DATA Pin – Er fungiert als Ausgang der empfangenen digitalen Daten. Da die beiden internen Mittelpins miteinander verbunden sind, können Sie einen für den Datenausgang wählen.

GND – Er fungiert als Massepin.

Antenna – Obwohl unmarkiert, fungiert er als externe Antenne. Er befindet sich neben der kleinen Spule links unten am Funkmodul. Ebenso benötigt er einen 17,3 cm Löt-Draht für erhöhte Reichweite.

Spezifikationen und Eigenschaften

Sender

Diese umfassen:

• Zunächst eine Übertragungsreichweite von 90 m im Freiraum und eine Datenrate von unter 10 Kbps.
• Dann ein Frequenzfehler von maximal ±150 kHz mit einer Sendeleistung von 25 mW und einem Spitzenstrom von 500 mA.
• Drittens beträgt die Arbeitsfrequenz 433,92 MHz, während der Modulationsmodus ASK (Amplitude Shift Keying) ist.
• Der Resonanzmodus ist SAW (Surface Acoustic Wave). Er hat auch einen Arbeitsstrom von mindestens 9 mA und maximal unter 40 mA.
• Zudem besitzt er eine ZF-Frequenz (IF) von 1 MHz, eine maximale Übertragungsrate von 300 k und eine typische Empfindlichkeit von -105 dBm.
• Schließlich reicht seine Betriebsspannung (Netzspannung) von 3 V bis 12 V.

Empfänger

Diese sind wie folgt:

• Eine Empfindlichkeit von über -100 dBm (50 Ω) und eine Bandbreite von 2 MHz.
• Zweitens beträgt seine Arbeitsfrequenz ebenfalls 433,93 MHz, aber sein Modulationsmodus kann entweder ASK oder OOK (On-Off Keying) sein.
• Neben seiner Beliebtheit und niedrigem Preis liefert er auch ein kodiertes Signal am Datenpin aus.
• Sie können seine Frequenz über den verfügbaren Knoten ändern.
• Zudem hat er eine ZF-Frequenz von 1 MHz und eine typische Empfindlichkeit von -105 dBm.
• Schließlich beträgt sein Arbeitsstrom maximal ≤ 5,5 mA, während seine Betriebsspannung 5,0 V DC ±0,5 V ist.

Funktionsprinzip

Sender-Funktionsweise

Das Sendermodul arbeitet bei 434 MHz und nutzt ASK (praktischer als Frequency Shift Keying).

• Zunächst leitet es eine serielle Eingabe über einen MCU weiter und nutzt RF zur Signalübertragung.
• Anschließend empfängt ein Empfängermodul am anderen Ende der Datenübertragung die gesendeten Signale.
• Daher stoppt das Anlegen einer Low-Logik am DATA-Pin den Oszillator daran, die HF-Welle zu erzeugen. Umgekehrt ermöglicht eine High-Logik am DATA-Pin dem Oszillator, eine konstante HF-Trägerwelle von 433 MHz zu erzeugen.

Empfänger-Funktionsweise

• Es empfängt Signaldaten (433 MHz Frequenz), bevor es diese in kodierter Form an den Datenpin sendet. Sie können jedoch einen variablen Knoten nutzen, um die Frequenzen von 315 MHz auf 433 MHz anzupassen/zu ändern.
• Ein Decoder oder Mikrocontroller decodiert und zeigt das Datensignal später an.
• Zuletzt verfügt er über einige Op-Amps und HF-abgestimmte Schaltungen, die die vom Sender etablierte Trägerwelle verstärken. Das verstärkte Signal gelangt dann in die Phasenregelschleife (PLL), bevor es zum Decoder weitergeleitet wird. Es erzeugt nun einen Ausgabestrom mit weniger Hintergrundrauschen.

Anwendung von 433,92 MHz

• Regierungsradargeräte,
• Amateur-Satelliten,
• Energiemaschinen-Vernetzung,
• Amateurfunk/Ham-Radio wie DX, Telefonie (SSB), Morse (CW), Digital Voice (DV) Messaging,
• RFID-Geräte,
• Fernsteuerungsgeräte wie Haussensoren, kabellose Schalter, ferngesteuerte Jalousien,

• Kabellose Instrumente, und
• IoT (Internet of Things)

Vor- und Nachteile von 433,92 MHz

Vorteile

Einige Vorteile von 433 MHz sind:

Geringer Stromverbrauch

Im Vergleich zu anderen Heimautomatisierungsstandards wie Zigbee oder Z-Wave verbraucht 433 MHz relativ wenig Strom. Daher ist es ideal für batteriebetriebene Geräte wie Taster oder drahtlose Sensoren.

Große Funkreichweite

Zweitens: Sein Vorteil gegenüber Infrarot bei der Fernbedienung ist, dass Wände es nicht blockieren können, da es eine Funktechnologie ist. Beispielsweise: Wenn Sie sich in einem anderen Teil des Hauses befinden, aber eine motorisierte Rollladensteuerung bedienen, wird das Funksignal nicht behindert.

Zudem hat es eine niedrigere Frequenz im Vergleich zu Wi-Fi (2,4/5,8 GHz), Zigbee (2,4 GHz) oder Z-Wave (868–928 MHz). Das bedeutet, seine Punkt-zu-Punkt-Frequenzreichweite von 433 MHz ist ein signifikanter Vorteil.

Kosteneffizient

Hersteller finden diese Geräte einfach in Smart-Home-Produkte zu implementieren, was erklärt, warum sie sich leicht und schnell verkaufen.

Nachteile

Die Nachteile, die vor dem Kauf zu beachten sind, umfassen:

Empfänger/Sender erforderlich

Leider hat 433 MHz keine direkte Kommunikation mit Ihrem PC oder Smartphone, da diese keine dedizierte Antenne besitzen. Es besitzt jedoch eine ähnliche Funktion wie Premium-Standards, z. B. Z-Wave und Zigbee.

Kein Mesh-Networking

Im Allgemeinen erlaubt Mesh-Networking Geräten, Signale für andere Netzwerkknoten weiterzuleiten, wenn sie unter derselben Technologie arbeiten. Zudem verbessert sich die Netzwerkzuverlässigkeit, wenn Sie mehr Knoten hinzufügen.

Leider können 433 MHz-Geräte kein Mesh-Netzwerk aufbauen. In diesem Fall empfehlen wir Z-Wave oder Zigbee, da sie diese Funktion besitzen.

Nicht so „smart“

433 MHz-Technologie ist grundlegend/minimal, da sie ein einseitiges Signal hat (Empfangen oder Senden). Folglich müssen Sie annehmen, dass es ein Signal erfasst und ausgeführt hat, da es die Signalbefehle nicht bestätigt. Einige Geräte, insbesondere Sensoren, können weniger zuverlässig sein als Z-Wave und Zigbee Standards.

Zudem geben die Geräte unter dem 433 MHz-Modul keine Informationen zu ihrem Energieverbrauch oder Batteriestatus. Sie müssen daher den Batteriespannungspegel über einen analogen Pin prüfen.

433 MHz Setup Tutorial: RF Sender und Empfänger mit Arduino UNO verbinden

Arbeiten wir nun an einem Projekt mit dem ladegerätkompatiblen 433 MHz.

Benötigte Komponenten

• Batteriehalter,
• Jumper-Kabel,
• Powerbank,
• Kleines Breadboard,
• 1,8" Color TFT,
• DHT22,
• 433 MHz RF Kit, und
• Günstiges Arduino UNO

Sender-Schaltplan

Die Pin-Verbindungen zwischen den Komponenten und Arduino sind wie folgt:

Arduino Code – für 433 MHz RF Sender

Nachfolgend eine Zusammenfassung des Empfangscodes mit der Arduino IDE Oberfläche.

Empfänger-Schaltplan

Pin-Verbindungen sind in der Anzeige unten:

Arduino Code – für 433 MHz RF Empfänger

Nachfolgend eine Zusammenfassung des Empfangscodes mit der Arduino IDE Oberfläche.

Wie lässt sich die Reichweite des 433 MHz RF Moduls verbessern?

Die für Empfänger und Sender verwendete Antenne beeinflusst die mit den beiden RF-Modulen erzielbare Reichweite stark. Ohne Antenne kommunizieren Sie über ca. 1 m Distanz.

Im Freiraum (Outdoor) können Sie mit einem hervorragenden Antennendesign über 50 m Distanz kommunizieren. Indoor-Signalreichweiten sind jedoch etwas schwächer.

Ein einfaches Stück eindrähtiger Draht reicht aus, um eine ordentliche Antenne für Empfänger und Sender zu bauen – verkomplizieren Sie es nicht. Achten Sie auch auf die Antennenlänge, da der Durchmesser nicht so signifikant ist. Eine effiziente Antenne hat eine ähnliche Länge wie die Wellenlänge, für die sie verwendet wird. Eine Viertelwellen-Antenne ist besser.

Die Berechnung der Wellenlänge einer Frequenz wird bezeichnet durch:

Praktische Anwendung in Luft:

Übertragungsgeschwindigkeit = Lichtgeschwindigkeit (ca. 299.792.458 m/s)

Übertragungsfrequenz = 433 MHz

Daher:

Wie wir gesehen haben, ist eine 69,24 cm (aufgerundet auf 70-Zentimeter-Band) Antenne lang und unpraktisch. Daher ist eine Viertelwellen-Helixantenne von ca. 6,8 Zoll oder 17,3 cm ideal.

Fazit

Kurz gesagt: Der Funkfrequenz (RF) 433 MHz-Band ist ein Funkgerät, das kosteneffizient ist, Low-Energy-Networking und Funkfähigkeit bietet.

Wir hoffen, dass Sie nun einen Tag weiser in Sachen 433 MHz-Geräte sind. Falls Sie noch Fragen haben, können Sie uns kontaktieren.