BBC micro:bit [11

Poštovani čitatelji, nakon ljetnog školskog raspusta nastavljamo seriju posvećenu BBC micro:bitu. U ovom i sljedećem nastavku bit će još jednom opisana, ali podrobnije, bežična komunikacija. Otprije znate da pločice BBC micro:bita mogu bežično komunicirati radijem. Za bežičnu komunikaciju zadužen je integrirani sklop nRF51822 tvornice Nordic Semiconductor (Slika 1.). U tom je sklopu unutar istog kućišta ugrađen radijski primopredajnik, procesor, FLASH i RAM-memorija, osjetilo temperature, tajmer, AD-pretvarač i još štošta.

Slika 1. Fizički izgled integriranog sklopa nRF51822 veličine 6×6 mm

Prema tvorničkim podacima, osnovna svojstva ugrađenog radijskog primopredajnika jesu: 1. Frekvencijski pojas ide od 2400 MHz do 2483,5 MHz gdje se koristi radijska modulacija koja prihvaća rad s Bluetooth low energy (BLE), s Enhanced ShockBurst (ESB) i drugim protokolima. 2. Razmak kanala koji se ne preklapaju iznosi 1 MHz. 3. Predajnik se softverski može ugoditi za izlazne snage od +4 dBm do -20 dBm u skokovima od 4 dB. 4. Prijemnik ima osjetljivost od -96 dBm. Ovo je sve skupa lijepo napisano, ali što te mjere zapravo znače, odnosno što su to dB i dBm?

Mjerna jedinica dB

Decibel (odnosno desetinka bela) je bezdimenzijska logaritamska mjerna jedinica koja se označava s dB, a koristi se u elektronici radi uspoređivanja dviju brojčanih vrijednosti. Referentna vrijednost (kao naprimjer napon ili snaga) uspoređuje se s onim što se dobiva na izlazu bilo koje elektroničke naprave, a to može

KODIRANJE

biti pojačalo, antena, filtar, prigušnica i tako dalje. Ako se dobije povećanje u odnosu na referentnu vrijednost, tada dB izražava dobit (pojačanje). Ako se dobije smanjenje u odnosu na referentnu vrijednost, tada dB izražava gubitak (prigušenje).

Mjerna jedinica dBm

Mjerna jedinica dBm, odnosno decibel-milivat izabrana je radi maksimalnog pojednostavnjenja računskih operacija vezanih za dobitke i gubitke u radiotehnici. Određena je referentna vrijednost od 0 dB = 1 mW. Sve snage koje premašuju 1 mW prikazuju se kao pozitivan broj (na primjer: 10 dBm, 32 dBm, 50 dBm…). Sve snage koje su ispod 1 mW prikazuju se kao negativan broj (naprimjer: -20 dBm, -96 dBm…). Odnos snaga izražen u decibelima definiran je formulom: L=log P/P0 × 10 gdje su: P promatrana snaga, P0 referentna snaga, a L njihov odnos izražen u decibelima. S obzirom da je snaga P0 referentna vrijednost od 1 mW, formula se može pojednostavniti: L=log P × 10, jer svaki broj podijeljen s jedan daje istu vrijednost. Ne morate biti vrsni matematičari kako biste znali koristiti ovu formulu. Proučite primjere koji slijede.

Prvi primjer

Radijski predajnik ima snagu 1 W. Kolika je njegova snaga izražena u dB? Najprije valja vate pretvoriti u milivate, 1W = 1000 mW. Uvrstite u formulu: L=log 1000 × 10. Pokrenite Windowsov kalkulator te ga ugodite na “Scientific”. Utipkajte: 1000 log × 10 (Slika 2.).

Slika 2. Windowsov kalkulator omogućava računanje logaritmima

Kliknite na “=”. Rezultat je 30 dB.

Drugi primjer

Maksimalna izlazna snaga predajnika BBC micro:bita je 4 dBm. Kolika je njegova snaga izražena u mW? Koristite istu formulu: L=log P × 10 Uvrstite: 4 = log P × 10 Lijevu i desnu stranu jednadžbe podijelite s 10: 4 = log P × 10 |: 10 0,4 = log P Trebate matematičku operaciju koja je obrnuta od logaritmiranja, a to je antilogaritmiranje. U Windowsovom kalkulatoru te operacije nema, radi toga koristite web-aplikaciju na internetskoj stranici https://www.omnicalculator.com/math/ antilog#an-example-of-inverse-log-calculation. Kako je vidljivo na Slici 3. trebate upisati broj koji želite antilogaritmirati. Rješenje je: P = 2,5 mW. To i nije neka naročita snaga, ali omogućava vezu između dva BBC micro:bita na udaljenosti do 70 metara (barem tako piše na službenim stranicama).

Treći primjer

Prijemnik BBC micro:bita ima osjetljivost od -96 dBm. Kolika je minimalna snaga koja mora doći do antene prijemnika da bi BBC micro:bit uspješno primio poruku? Koristite istu formulu: L=log P × 10 Uvrstite: -96 = log P × 10 Lijevu i desnu stranu jednadžbe podijelite s 10: -96 = log P × 10 |: 10 -9,6 = log P Antilogaritmirajte:

Slika 4. Računanje s negativnim brojevima Na Slici 4. vidljivo je da je P = 0,000 000 000 251 mW, odnosno P = 251 fW (femto-vata). Sad kad ste usvojili osnove možete krenuti s eksperimentiranjem. Trebate dva BBC micro:bita. Prvi BBC micro:bit programirajte da radi kao prijemnik. Prepišite

Slika 3. Web-kalkulator za računanje antilogaritama

programski kôd sa Slike 5.

Slika 5. Programski kôd prijemnika Program preuzmite i otpremite do prvog BBC micro:bita.

Slika 6. Programski kôd predajnika

Drugi BBC micro:bit programirajte da radi kao predajnik. Prepišite programski kôd sa Slike 6. Program preuzmite i otpremite do drugog BBC micro:bita. USB-kabel neka ostane priključen jer ćete u ovom eksperimentu, predajniku opetovano mijenjati vrijednosti snage. Na radni stol položite prijemnik (prvi BBC micro:bit) na približnoj udaljenosti 70 cm od predajnika (drugi BBC micro:bit), Slika 7. U uvodnom je dijelu rečeno da se predajniku može softverski mijenjati snaga u skokovima od 4 dB. Ovim eksperimentom to ćete provjeriti. Predajniku je snagu moguće mijenjati promjenom broja u bloku “radio set transmit power”. U ovom je trenutku upisan broj 7 što daje najveću snagu (4 dBm). Ako ste sve ugodili kako je opisano, onda možete na LED-matrici prijemnika pročitati snagu. Dobiveni rezultat zapišite. Prepravite program predajnika. U bloku “radio set transmit power” umjesto 7 upišite 6 (ili koristite klizač), Slika 8.

Slika 8. Promjenom položaja klizača ugađate snagu predajnika Program preuzmite i otpremite do drugog BBC micro:bita. Malo sačekajte da se situacija stabilizira, a potom pročitajte i zapišite broj koji se pojavljuje na LED-matrici prijemnika. U nastavku, mijenjajte snagu na 5, 4, 3, 2, 1 i 0. Kod svake promjene pročitajte i zapišite dobivene vrijednosti.

Slika 7. Dva BBC micro:bita položena na stol međusobno udaljena cca 70 cm

Radi usporedbe, autor ovih redaka polučio je sljedeće rezultate:

Predajnik “radio set Prijemnik “signal transmit power” strenght” u dBm

7 -54 6 -55 5 -59 4 -62 3 -65 2 -70 1 -73 0 -88

Kako je vidljivo, dobiveni rezultati poprilično se podudaraju s tehničkim podacima. Razmak između razina ide od 3 do 5 dB što u prosjeku daje deklarirana 4 dB. Jedino kod krajnjih vrijednosti postoje znatna odstupanja. Mala je razlika između razine 6 i 7, samo 1 dB, a poprilična je razlika između razine 1 i 0, 15 dB. Drugim riječima, kod programiranja se možete pouzdati u razine od 1 do 6, a izbjegavajte razinu 0 i razinu 7. Nije na odmet napomenuti da kad se ne koristi blok “radio set transmit power” tvornički je predodređena razina 6. U nastavku eksperimenta provjerite krajnji domet za razinu 0 i usput provjerite ima li prijemnik deklariranu osjetljivost od -96 dBm. Kako to izvesti? Zadnje mjerenje koje ste izveli bilo je s razinom predajnika na 0 pa to ne dirajte. Prijemnik je na udaljenosti od približno 70 cm od predajnika, a na LED-matrici se ispisuje brojka -88 (kod vas ne mora biti ta brojka). Prijemnik lagano udaljavajte te stanite kad se LED-matrica ugasi. Malo ga vratite dok se nanovo ne pojavi broj. To je krajnji domet. Koji broj čitate na LED-matrici? Autor ovih redaka dobio je vrijednost od -98 dBm, a udaljenost između prijemnika i predajnika iznosila je 3,30 metra. Zaključak, osjetljivost prijemnika je za 2 dB bolja od deklariranog. Ako želite, možete provjeriti i krajnji domet za maksimalnu snagu predajnika. Tada morate namjestiti razinu 7. Imajte na umu da će vam trebati otvoreni prostor od najmanje 70 metara dužine.

Radiogoniometrija

Amaterska radiogoniometrija (ARG) je sportsko-tehnička disciplina, u kojoj pomoću tehničkih pomagala (radioprijemnika, karte i kompasa) treba u što kraćem vremenu pronaći zadani broj odašiljača skrivenih u prirodi. Osim ovog naziva,

ova disciplina poznata je i pod nazivom “Lov na lisice”, radioorijentacija ili radiosport. Za više detalja pogledajte https://www. hamradio.hr/arg-amaterska-radiogoniometrija/. Ne baš sportsko tehničku disciplinu, ali sličnu igru moguće je izvesti s BBC micro:bitima.

Lov na BBC lisicu

Trebate jedan BBC micro:bit koji ćete programirati da radi kao predajnik (“lisica”) i jedan ili više BBC micro:bita koje ćete programirati da rade kao prijemnici (“lovci”). Igru možete orga

Slika 9. Programski kôd predajnika nizirati s prijateljima u razredu. Zamolite učiteljicu/učitelja da na školskom dvorištu sakrije “lisicu”. Sudjeluje onoliko učenika koliko imate BBC micro:bita koje ste pripremili kao “lovce”. Prema Slici 9. prepišite programski kôd za “lisicu”. Program preuzmite i otpremite do jednog BBC micro:bita. To je “lisica” koju treba sakriti. Prema Slici 10. prepišite programski kôd za “lovca”. Program preuzmite te ga otpremite do svih BBC micro:bita koje želite. To će biti “lovci” kojima će učenici tražiti “lisicu”.

Ideje za samostalan rad:

1. Na BBC micro:bit prijemnika priključite zvučnik. Program sa Slike 10. prepravite tako da umjesto raznih ikona na LED-matrici dobivate različite tonove u zvučniku. 2. Igru učinite zanimljivijom tako da dodate još jednu “lisicu”. Programirajte prijemni BBC micro:bit tako da kod pritiska tipke A traga za “lisicom 1”, a kod pritiska tipke B traga za “lisicom 2”.

Za ove ste vježbe trebali:

• BBC micro:bit, najmanje 2 komada • USB-kabel, • baterije. Marino Čikeš

Slika 10. Programski kôd prijemnika