کیت فرستنده و گیرنده رادیویی با الگوریتم رمزنگاری AES256 و ماژول NFR24L01
در زیر کیت راه اندازی ماژول NRF24L01 که یک ماژول ترنسیور رادیویی می باشد مشاهده می کنید.
ماژول ترنسیور رادیویی (Transceiver) چیست؟
ترنسیور (فرستنده-گیرنده) در مباحث مهندسی مخابرات عبارت است دستگاهی متشکل از یک فرستنده و یک گیرنده که با هم مجتمع شده باشند. مدارهای دو بخش می‌توانند کاملاً جدا باشند و دستگاه در بسته‌بندی مشترک باشد یا اینکه بخش‌هایی از مدار (از جمله آنتن و نوسان‌ساز و مدولاتور) با هم مشترک باشند.
یک گوشی موبایل و یک دستگاه بیسیم هر دو مثال‌هایی از ترانسیور هستند که اولی فول دوپلکس و دومی هاف دوپلکس هستند. همچنین ارسال و دریافت می‌تواند روی یک فرکانس مشترک باشد (مثل بیسیم یا اس‌اف‌پی) یا روی فرکانس‌های مجزا (چون موبایل یا رادیو ماکس یا مخابرات ماهواره‌ای) صورت پذیرد.
ماژول ترنسیور (فرستنده-گیرنده) رادیویی NRF24L01 چیست؟
این ماژول یکی دیگر از سری ماژول های بی سیم شرکت NORDIC می باشد. این ماژول جهت برقراری ارتباط دوطرفه ی بی سیم و بدون خطا ساخته شده است و این امکان را به شما می دهد تا به سادگی با سایر ماژول های NRF24L01 ارتباط بیسیم برقرار نموده و داده های خود را ارسال و دریافت کنید.
مدولاسیون ارتباطی این ماژول به صورت GFSK است و فرکانس کاری 2.4 گیگاهرتز. دیتا ریت این چیپ حداکثر 2 مگا بیت بر ثانیه است که می توان از آن برای انتقال اطلاعات سنگینی مشابه صوت و یا حتی ویدئو استفاده کرد.
این ماژول نسخه جدید و بهینه شده نسخه های قبلی است و با تقویت مدار آنتن ، حتی با وجود آنتن رو بردی (PCB) یا مایکرواستریپ توانسته به بُرد حدود 1000 متر برسد.
این ماژول در چندین نوع عرضه می شود
- یک نوع با آنتن و یک آی سی تقویت کننده که مسافت انتقال اطلاعات در این مدل در شرایط مناسب به ۱۱۰۰ متر هم می رسد. (البته در نمونه ارجینال، ولی در نمونه های کپی به ۴۰۰ متر کاهش می یابد)
- نوع دیگر آنتن میکرواستریپ (رو بردی) دارد و آی سی تقویت کننده ندارد و بردش در شرایط مناسب به ۱۰۰ متر می رسد
- نمونه با تقویت کننده و بدون آنتن
- نمونه بدون پین که به شکل SMD مونتاژ می شود.
عوامل محیطی مثل دیوار، رطوبت هوا، نرخ انتقال اطلاعات، محفظه و جعبه فلزی در مسافت این ماژول تاثیر گذار است.
ماژول+NRF24L01 نمونه آپدیت شده NRF2401 است که دیتا ریت بیشتری نیز دارد ( ۲ مگاهرتز، که البته بین ۲۵۰ کیلوهرتز و یک مگا هرتز و ۲ مگاهرتز قابل تغییر است) قابل ذکر است با کاهش نرخ انتقال اطلاعات از ۲ مگاهرتز به ۲۵۰ کیلو هرتز در شرایط مساوی می توان به مسافت بیشتری دست یافت.
برخی اوقات نام این ماژول را به صورت NRF24L01+PA+LNA می نویسند که عبارت PA مخفف Power Amplifier یعنی در هنگام ارسال اطلاعات یک تقویت کننده بر سر راه خط ارسال قرار می گیرد و مسافت ارسال را بیشتر می کند و عبارت LNA مخفف Low Noise Amplifier یعنی در هنگام دریافت، یک تقویت کننده کم نویز بر سر راه خط دریافت قرار می گیرد و سیگنال های بسیار ضعیف را هم می تواند بازیابی کند. به کمک PA توان سیگنال خروجی ماژول به ۲۰dBm هم می رسد.
همچنین دارای دو مد پر مصرف و کم مصرف می باشد که در زمانی که کیت از باتری استفاده می کند مورد استفاده قرار می گیرد.
این ماژول به شما کمک می کند تا اطلاعات خود را بدون خطا تبادل کنید به این صورت که با ارسال هر پکت اطلاعات منتظر پاسخ دریافت صحیح از طرف گیرنده می ماند که در دیتا شیت به آن ACK می گویند و اگر پاسخی دریافت نشود دوباره پکت را ارسال می کند و این عمل تا ۱۵ بار تکرار می شود.
این قابلیت خطا یابی در اکثر ماژول ها وجود ندارد. همچنین اگر وسط تبادل اطلاعات ارتباط قطع و سپس وصل شود دیتا ها از بین نمی روند و پکت هایی که به مقصد نرسیدند دوباره ارسال می شوند (این قابلیت درجه اطمینان این محصول را بالا می برد).
این ماژول از مدولاسیون ارتباطی GFSK استفاده می کند و با فرکانس ۲٫۴ گیگاهرتز کار می کند که شبیه Bluetooth است. ولی برد Bluetooth حداکثر به ۱۰ متر می رسد ولی برد این ماژول به راحتی ۱۰۰ متر را جواب می دهد، زیاد بودن فرکانس ارتباطی به طراحان کمک می کند تا آنتن را کوچک طراحی کنند به نحوی که بتوان آن را روی برد PCB پیاده سازی کرد (میکرواستریپ) و همچنین فرکانس بالا باعث می شود که اطلاعات راحت تر از دیوار و موانع مختلف عبور کند.
این ماژول هم عمل فرستنده و هم عمل گیرنده را انجام می دهد و با خرید دو عدد از این ماژول می توانید ارتباط را برقرار کنید. قابل ذکر است شما می توانید یک نمونه با آنتن و یک نمونه بدون آنتن (آنتن میکرواستریپ) این ماژول را با هم در ارتباط قرار دهید و تنها مشکل در مسافت انتقال اطلاعات خواهد بود. اگر هر دو با آنتن باشند بیشترین مسافت را خواهید داشت ولی اگر یکی بدون آنتن باشد قطعا در مسافت تاثیر گذار است که اندازه دقیق این اختلاف مسافت باید در عمل تست شود.
ویژگی های خاص ماژول NRF24L01:
- حداکثر دیتا ریت تا 2 مگا بیت بر ثانیه در فضای باز
- دارای رگولاتور داخلی و بی نیاز از تأمین ولتاژ های مختلف
- محدوده ولتاژ تغذیه چیپ از 1.9 تا 3.6 ولت
- مجهز به تکنولوژِی پیشرفته SHOCKBURST
- قابلیت اتصال چند ماژول به هم از طریق بی سیم و ایجاد یک شبکه محلی
- قابلیت تحمل ولتاژ 5 ولت بر روی پین های دیتا
- سایز کوچک چیپ و نیاز به قطعات خارجی کم
موارد استفاده از ماژول NRF24L01:
- پروژه های متنوع صنعتی و غیرصنعتی که نیاز به یک ارتباط بی سیم مطمئن می باشد
- قطعات کامپیوتری وایرلس مانند موس یا کی بورد یا قطعات دیگر
- هدست های بیسیم مانند VOIP HEADSET
- دسته های بیسیم کنسول های بازی مانند PS3
- ریموت کنترل
- اتوماسیون خانگی(خانه هوشمند)
- اسباب بازی ها
نحوه عملکرد کیت فرستنده-گیرنده رادیویی با الگوریتم رمز نگاری:
پس از فراهم شدن تغذیه برای سخت افزار، میکروکنترلر تمامی سخت افزار ها را راه اندازی اولیه می کند. سپس میکروکنترلر اطلاعات مهم کیت را بروی LCD برای کاربر نمایش می دهد.
پس از آن میکروکنترلر تنظیمات ماژول NRF24L01 را با تنظیم فرکانس کاری، ماکزیمم دیتای ارسالی، تعیین کانال ارتباطی، آدرس فرستنده، آدرس گیرنده، تنظیم مد ارسال و دریافت، تنظیم Auto Acknowledgment ، Auto Retransmission را انجام می دهد.
سپس میکروکنترلر وارد حلقه بی نهایت می شود. اگر کاربر کلید 1 را فشار دهد، میکروکنترلر یک رشته ارسالی می سازد به نام Plain Text سپس آن را با یک Key که یک رشته ثابت می باشد و کاربر آن را تعئین می کند، به صورت یک رشته اطلاعات رمز شده یا Cypher دیتا در می آورد.
کلید یا Key یک رشته ثابت می باشد که هم در فرستنده و هم در گیرنده به صورت یکتا می باشد. رشته تولید شده، یک رشته با الگوریتم رمز نگاری AES نوع 256 بیتی می باشد. رشته رمز نگاری شده سپس از طریق ماژول NRF24L01 به گیرنده ارسال می شود. اگر اطلاعات به گیرنده برسد، گیرنده یک تصدیق برای فرستنده ارسال می کند، که اطلاعات را به درستی دریافت کرده است.
اگر به هر دلیلی گیرنده به فرستنده تصدیق یا Acknowledge را ارسال نکند، قابلیت تصدیق اتوماتیک این ماژول باعث می شود که، فرستنده با یک فاصله زمانی تعئین شده توسط کاربر، اطلاعات را دوباره ارسال کند (قابلیت Auto Retransmission).
اگر پس از چندین بار ارسال اطلاعات توسط فرستنده، گیرنده دریافتی نداشته باشد، فرستده یک پیغام روی LCD برای کاربر نمایش می دهد که گیرنده گم شده است. اگر اطلاعات ارسالی توسط فرستنده به گیرنده برسد، ماژول NRF24L01 یک وقفه خارجی به میکروکنترلر گیرنده می دهد و میکروکنترلر را از رسیدن یک رشته اطلاعات با خبر می کند.
اطلاعات دریافتی در ابتدا به صورت رمز شده با الگورتیم AES مدل 256 بیتی می باشند. سپس میکروکنترلر گیرنده به دلیل داشتن Key یا کلید رمز، برابر با Key فرستنده می تواند اطلاعات رمز شده یا Cypher Text را بازیابی کند و آن را به صورت اطلاعات اولیه یا Plain Text در بیاورد. و مطابق با رشته دریافتی رله موجود رو برد گیرنده را خاموش یا روشن کند.
اگر گیرنده دیگری در اطراف فرستنده موجود باشد و این اطلاعات را دریافت کند بدلیل نداشتن KEY برابر با فرستنده نمی تواند اطلاعات اولیه را بازیابی کند و این خود دلالت بر امنیت اطلاعات ارسالی دارد.
قابلیت های کیت:
- ارسال و دریافت اطلاعات رمز شده وایرلس با فصله 100 متر
- قابلیت الگوریتم رمز نگاری AES256 بیتی
- قابلیت تصدیق اطلاعات ارسالی توسط گیرنده
- قابلیت ارسال مجدد اطلاعات در صورت عدم تصدیق گیرنده
- قابلیت ارسال اطلاعات با نرخ 1Mbps
- قابلیت اتصال به پورت USB و ارتباط گرافیکی با کامپیوتر
- نمایش اطلاعات مورد نیاز کاربر بروی نمایشگر LCD
- نمایش وضعیت های ارسال-دریافت توسط LED
توضیحات:
- به زودی فایل های مورد نیاز این پروژه آپلود میشود.
