無線モジュール・無線ユニット

無線モジュール・無線ユニット

無線モジュール・無線ユニットについて

有線でつながった機器を無線化しようとした場合、一から自分で設計・開発しようとするとまずは高周波回路やアンテナなど無線設計について知識を得ないといけません。もし無線機器に関する知識が十分であったとしても、一から開発しようとした場合、数ヶ月から長いときには数年の開発期間が必要になるかもしれません。無線モジュール・無線ユニットを使用すれば、開発期間の短縮ができます。また開発には無線機器の測定、調整にはスペクトラムアナライザやモジュレーションアナライザなど、非常に高価な機器を用意する必要があります。

無線モジュール・無線ユニットはメーカーが無線性能や動作を保証していますので、無線部の開発や高価な測定機器を使用しなくても、皆さんの基板や機器に組込むだけで簡単に使用できます。

無線機器開発と無線ユニット

無線機器を開発するには、無線部だけみても仕様の検討から始まり回路設計、通信プロトコル、無線性能の確認・改良、認証取得など、さまざまな過程を経て製品化していかなければなりません。特に無線についてはアナログ的な要素が多いため、十分な性能を発揮する機器を作るには熟練や経験が必要といわれています。

一方無線モジュールは、無線メーカーがあらかじめ無線性能を保証していますのである程度の電気的知識があれば簡単に使う事ができます。また無線性能の確認など開発にかかる時間が省けますので、短納期で無線機器が開発できます。

最近は技適マークが付いた無線モジュールもありますので、そういった無線モジュールは免許の届け出等もなくそのままお使い頂けます。

無線モジュールのカバー範囲

無線モジュールを説明する都合で無線機器を下記のようにエリア分けしてみました。

一言で無線モジュールといっても、無線モジュールがカバーする範囲は製品ごとに異なります。モジュールにスイッチと電源を接続するだけで使用できる物もあれば、モジュールでは無線部の制御だけで技適マークなど認証の無いものもあります。最近では技適マーク付きの無線モジュールが増えてきましたが、購入する時にはその無線モジュールがどの範囲までカバーしているのか十分確認してから選択する必要があります。

無線モジュールで伝送できるもの

無線モジュールを使って伝送できるものですが、代表的な物としてはシリアルデータ・複数接点が挙げられます。映像・音声・アナログ信号などもありますが、これらはA/D変換などによりシリアルデータとして扱うこともできます。有線の場合と異なり、アナログ信号はそのまま伝送することができないためA/D・D/A変換等を行い、無線上ではシリアルデータとして伝送します。また複数の接点信号についても無線では同時にON/OFF信号を送ることができないため同様にシリアルデータに変換して送ります。

接点情報を送る場合

ON/OFFトリガー信号

電灯の点灯・消灯やゲートの開・閉を制御する場合、ON/OFFや開閉のトリガ信号だけ送れば制御することができます。送信1：受信Nの1台の送信機から複数の受信機を同時に制御したり、逆に送信N：受信1の複数の送信機から1台の受信機を制御することも可能です。またボタンを押したときだけ無線送信を行うため、送信側はCR2032のようなボタン電池でも使用することができます。これらの製品はキャリアセンス無しに送信できるのも特徴です。

無線モジュール
　CDT-TX-02M/CDT-RX-02M (426MHz)
　RTM-1A/RRM-1A (315MHz)
無線ユニット
　WT-01/WT-02/WR-01 (426MHz)
　KST426W(-2/-3/-4)/KSR426(W)(426MHz)
　RT-3A/RT-4A/RR-1A (315MHz)

ON/OFF連続制御

ボタンを押している間だけモーターを動かしたい場合、ボタンを押し続けている間連続送信するか、ボタンの操作の有無にかかわらず繰り返しボタン情報を送信する必要があります。前者の場合は複数の送信機で操作することが可能ですが、後者の場合は連続してリンク（通信）を続けるため1：1での通信に限られます。

押し続けている間連続送信する機種（複数から制御可能）
無線モジュール
　CDT-TX-02M/CDT-RX-02M (426MHz)
無線ユニット
　WT-01/WT-02/WR-01 (426MHz)
　KST426W(-2/-3/-4)/KSR426(W)(426MHz)
※426MHzの機種は5秒以下送信/2秒以上休止のルールが適用されるため、連続送信できるのは5秒までとなります。

ボタンの押下有無にかかわらず繰り返し送信する機種（1:1のみ可能）
無線モジュール
NT-4M/NK2.4Y(2.4GHz)
無線ユニット
MU3-IN8-429/MU3-OUT8-429(429MHz)
MU3-IN8-1216/MU3-OUT8-1216(1216MHz)
KST2.4W(-2/-3/-4)/KSR2.4(RY)/NT-4(-S3/-S4/-D4/-D6)/NR-1 (2.4GHz)

電波法等により周波数ごとに送信電力・時間等の条件が異なるため、使用する接点情報により周波数帯・機種を選定する必要があります。
また実際の接点データはパケット情報でやりとりを行うため、有線の場合と異なり入力から出力までの遅延があります。電灯などのSWのON/OFFだけであれば問題ないと思いますが、タイミングが重要なシステムや連続的に制御するような機器で無線を使用する場合、遅延によりワンテンポ遅れて動作しますので注意が必要です。また通信状態によってはうまく受信できずに動作しないこともありますので、そのような場合も考慮する必要があります。

シリアルデータを送る場合

無線でシリアルデータをやりとりする場合、送りたいシリアルデータをそのまま変調をかけて送信することができません。お互いに通信手順（通信プロトコル）を決め、ID識別やデータエラーチェック、場合によってはエラー訂正を含めて通信を行う必要があります。無線でシリアルデータをやりとりする場合はパケットという単位で情報を伝送します。これらの付加情報と合わせてデータ伝送が行われるため、無線間通信の速度＝実際の通信速度（スループット）とはなりません。例えば弊社MU-3-429を使ってデータ伝送した場合、無線間通信速度は4,800bpsですが、実際のデータの通信速度は最大でも3,400bpsになります。さらにエラー訂正機能をONした場合、実際の通信速度は4,800bpsの半分以下になります。
シリアルデータの送受信もモジュールによって異なります。ユーザー側でプロトコルも含めて送受信しなければいけないものもあれば、当社の無線モジュールのようにコマンドにて送受信するものもあります。中にはUARTのデータを直接送る事ができるものもあります。

コマンドにより通信を行う無線モジュール（技適マークあり）

MU-2-429/MU-3-429 (429MHz)
MU-3-1216 (1216MHz)
SLR-429M (429MHz)

透過型無線モジュール（ユーザー側でプロトコル制御や技適マークの取得が必要）

STD-302Z
STD-602

音声を送る場合

音声についてはアナログで伝送する方法とデジタルに変換して伝送する方法があります。以前はアナログ伝送が多かったですが、最近はBluetoothや携帯電話のようにデジタル伝送が増えています。音声を無線で送る場合の注意点としては、電波法に合致させるために伝送する音域を狭くしたり圧縮する必要があり、これらによる音声の劣化と遅延が挙げられます。無線モジュールが希望している仕様に合致しているか確認しながら選択する必要があります。

オーディオモジュール（アナログ）

WA-TX-03S/WA-RX-03S(800MHz)

その他

その他の無線伝送として画像、アナログデータ等が挙げられます。画像についてはテレビ地上波のデジタル化のように近年は、アマチュア無線による画像伝送など一部を除いてデジタル伝送に移行されています。アナログ伝送については無線ではそのままアナログデータを送ることが難しいため、A/D変換を行いシリアルデータとして伝送を行っています。