Jste zde

Mini moduly pro snadnou bezdrátovou komunikaci

Antonín Vojáček, 26. Květen 2007 - 13:50

Zařízení pro bezdrátovou komunikaci a sítě nemusí být velká a složitá. IQRF moduly české firmy Microrisc s opravdu miniaturní rozměry SIM karty, lze označit sloganem "Za málo peněz hodně muziky" . Při tom poskytují velký dosah, peer-to-peer nebo síťovou komunikaci pro snadný přenos dat ze senzorů, dálkové ovládání zařízení a robotů apod. Nanowatová spotřeba umožňuje dlouhodobé napájení z baterie.

V HW shopu na stránkách HW serveru lze mimo mnoha dalších užitečných produktů nalézt i zajímavé moduly IQRF a RS-232 a USB kity pro bezdrátovou komunikaci firmy české firmy Microrics. Pod označením TR-868-21A se skrývají opravdu miniaturní destičky - tranceivery o velikosti většího nehtu. Jde o vestavné tranceivery pracující s vysílací frekvencí 868 MHz v dnes populárním bezlicenčním frekvenčním pásmu ISM (Industry, Scientific and Medical), které je možné zakomponovat do mnoha aplikací. Přímo se nabízí realizace bezdrátových senzorů, čidel zabezpečovacích systémů, bezdrátové spínače, přepínače a ovladače, jednoduché regulátory apod. Díky implementované technologii rozsáhlých IQMESH sítí lze vzájemně propojit i hodně objektů.

Modul obsahující všechny potřebné komponenty již není nutné ničím dalším doplňovat, stačí jen připojit napájení a I/O vývody nebo SPI (dle softwarového nastavení) na patici shodné se SIM kartami v mobilech. Právě takové rozhraní najdeme na spodní straně DPS (desky plošných spojů).

Hlavními komponentami na horní straně DPS jsou:

mikrokontrolér s vnitřním malým operačním systémem
napěťový regulátor
radiový vysílač
indikační LED
vývod pro anténu

Nízká spotřeba takto provedeného modulu předurčuje jeho použití v bateriově napájených zařízeních. V MCU implementovaný operační systém umožňuje velmi jednoduché programování prostřednictvím jazyka C a množstvím knihovních příkazů a tak například k vyslání dat bezdrátovým přenosem stačí pouze 2 instrukce.

Vlastnosti modulu TR-868-21A

Snadné použití a programování díky vnitřnímu OS
Bezdrátové komunikace typu Peer-to-Peer nebo sítě IQMESH
IQMESH sítě s až 240 uzly a 16 routery či branami
Dosah až 150 m (ve volném prostoru) a min. (v budově)
Komunikační frekvence: 868.35 MHz
RF modulace: ASK (amplitude-shift-keyed)
RF přenosová rychlost: 20 kb/s
Konektor pro anténu na modulu
SPI, I2C nebo UART komunikace s modulem
Napájení 3 až 5 V
Nízká spotřeba < 5 mA
Miniaturní rozměry 25 x 14,9 x 3 mm
Pracovní teplota 0 °C až +70 °C
Konektor velikosti SIM karty
Freeware vývojový a programovací software

Použití - možné aplikace

Bezdrátové řízení a regulace
Bezdrátový vypínač/tlačítko
Dálkové nastavování zařízení
Dálkové zapínání/vypínání spotřebičů
Inteligentní hračky
Bezdrátové klávesnice a multimediální ovladače
Automatizace domácností
Zabezpečovací technika
Bezdrátové senzory a termostaty
Převodník SPI, I2C nebo UART na RF komunikaci
apod.

Princip a provedení IQRF modulu TR-868-21A

Modul velikosti SIM karty z mobilního telefonu obsahuje zapojení na níže uvedeném obrázku. Hlavní komponentami na svrchní straně jsou mikrokontrolér PIC16LF88 a RF tranceiver RFM TR1001.

Na MCU běží speciální malý operační systém IQRF OS, v mém případě ve verzi 1.13. Ten zpracovává příkazy uživatelského programu nahraného ve programové FLASH paměti a tedy operace, které by normálně bylo nutné realizovat mnoha desítkami instrukcí, se vytvoří jedním, dvěmi nebo třemi příkazy v jazyce C. Tak lze k překladu využít běžný C překladač. Například blikání LED připojené na I/O výstup lze realizovat 3 příkazy, vyslání datového paketu 2 příkazy. Funkci bezdrátového vypínače (vzdálené zapínání a vypínání přístroje), kde jeden modul vysílá informaci o stisku spínače druhému modulu, který spíná tranzistor nebo relé, tak může být realizováno programem jen s 10 příkazy.

Ze spodní strany jsou kontaktní plošky pro patici pro SIM kartu. Zatímco jednu řadu obsadily vývody pro napájení a příp. navolení ICSP programování, druhá řada obsahuje zároveň SPI a I2C komunikační rozhraní a víceúčelové I/O vývody, podle toho zda je SPI komunikace programově zapnuta nebo vypnuta. Pro libovolnou přímo indikaci běhu a funkce programu slouží na svrchní straně umístěná červená SMD LED, připojená na vývod označen jako OUT2, která se ovládá příkazy uživatelského programu. Program se do modulu nahrává pomocí SPI a již zmíněného OS. Proto musí být vývody Vcc a Vout trvale zkratovány.

Blokové schéma struktury vnitřního operačního systému IQRF OS

Programování přes USB kit CK-USB-02

Další výhodou této bezdrátové komunikace je již zmíněné velmi snadné programování v jazyku C s využitím vnitřního mini operačního systému běžícího v IQRF modulu. K tomu slouží dvě provedení kitů:

USB programovací a vývojový kit CK-USB-02, který mimo převodník USB - SPI slouží i jako malý vývojový kit se 4 tlačítky a SMD LED.

RS-232 programovací a vývojový kit CK-SER-01+ DK-PGM-01

Další výhodou je úplně bezplatné vývojové softwarové prostředky pro OS Windows, volně stáhnutelné ze stránek www.iqrf.com ze sekce download . Nejlepší je stáhnout všeobecný balík "IQRF StartUp Package_070311.exe" obsahující vše potřebné k programování, ladění a testování modulu zasunutého v slotu kitu, včetně USB driverů pro USB kit.

K programování modulu slouží utilita "IQRF_Upload_1.16b.zip", přičemž ve startovacím balíku jsou tři příklady aplikací ve 4 souborech (soubory "Node.c" a "Coordinator.c" je jedna aplikace pro IQMESH sítě). Zatímco pro jednoduché aplikace, kde stačí využít Peer-to-Peer bezdrátová komunikace, stačí zdrojový program "P2P.c" (P2P.hex), pro adresovanou komunikaci v síti topologie hvězda (STAR) slouží zdrojové programy "Node.c" a "Coordinator.c". Zde jeden modul pracuje jako tzv. koordinator (střed hvězdy), do něhož se nahraje program "Coordinator.hex". Do ostatních modulů se nahraje "Node.hex" a ty pracují jako slave uzly, které jsou koordinátorem postupně adresovány (volány) a tak navazována s nimi komunikace.

Program IQRF_Upload_1.16b.exe (vlevo) slouží k nahrání programu do IQRF přes USB kit CK-USB-02 (vpravo)

Provoz a použití modulů

Po naprogramování příslušných vzájemně komunikujících modulů již lze kity úplně odpojit od počítače, které se pak mohou použít jako I/O rozhraní, slot pro modul a jako HMI rozhraní (ovládací rozhraní) v podobě 4 tlačítek a 4 LED diod. K odpojenému modulu, který je při připojení k PC napájen právě z počítače, stačí jen připojit externí zdroj napětí (dle obrázku níže). Tím se automaticky spustí nahraný program. Ostatní vývody slouží jako SPI / I2C / AUSART (Addressable USART) / SPP (Synchronous Serial Port) rozhraní nebo častěji jako univerzální I/O vývody s funkcí udanou v modulu uloženém programu.

Přímo lze tedy připojit inteligentní senzory či zařízení s běžným SPI nebo I2C rozhraním, které je přímo podporováno OS a není je tedy nutné celou komunikaci programovat, nebo lze použít jiný způsob přenosu dat a informací (AUSART, USART, UART apod.) naprogramovat jako součást aplikačního programu. Není taky problém na 8 MHz MCU PIC16LF88 modulu realizovat zpracování PWM a analogových signálů nebo s využitím rychlých MCU bloků Capture/Compare realizovat i speciální digitální řízení.

Připojení externího napájené k IQRF modulu zasunutého do slotu kitu

Závěr

IQRF moduly a vývojové kity velmi nabízejí zajímavou a levnou možnost realizace bezdrátové komunikace v oblasti automatizace a robotizace, pro senzory, dálkové zapínání/vypínání, nenáročný přenos menšího objemu dat (např. v porovnání s drahou WiFi) apod. U IQRF modulů jsou v ceně, za kterou běžně u jiných komunikačních zařízení dostanete jen jeden modul, zde stojí 2 moduly i s 2 vývojovými kity. IQRF jsou navíc svojí funkcí spolehlivé.

Vývojový kit DS-868-27 pro IQRF s USB programováním (obsahuje 2 ks kitu CK-USB-02 s TR-868-21A) si můžete objednat v HW Shopu za cenu 3 676,- Kč bez DPH.

Vývojový kit DS-868-25 pro IQRF se RS-232 programováním (obsahuje 2 ks vývojové desky DK-PGM-01 s TR-868-21A a CK-SER-01 = RS-232 připojení k PC ) si též můžete objednat v HW Shopu za cenu 3 391,-Kč bez DPH.

Antonín Vojáček
vojacek@ hwg.cz