wersja mobilna | kontakt z nami

Systemy dla Internetu Rzeczy (11). Bezprzewodowa sieć czujników z transmisją dwupasmową

Numer: Listopad/2017

Zestawy CC1350 Launch Pad oraz CC1350 SensorTag są dostarczane z wpisanym do pamięci Flash procesora programem, który umożliwia transmisję z zastosowaniem protokołu BLE 4.2. W pakiecie programowym SimpleLink CC13x0 SDK 1.50 [12] jest dostarczany komplet warsztatów o nazwie SimpleLink Academy for SimpleLink CC13x0 SDK [13]. Do pierwszych prób z transmisją dwupasmową najbardziej przydatny jest warsztat Creating a CC13xx based ultra low power Wireless Sensor Network. Oprogramowanie umożliwia utworzenie bezprzewodowej sieci czujników (Wireless Sensor Network ? WSN) w paśmie ISM 868 MHz (sub-1GHz). Umożliwia też pracę zestawu z komunikacją dwupasmową (Dual Band) ISM 2,4 GHz oraz ISM 868 MHz. Sieć zawiera jeden węzeł centralny ? Concentrator (WSN Concentrator) oraz wielu węzłów czujników ? Node (WSN Node). Węzły Node przesyłają wyniki pomiarów do węzła Concentrator poprzez łącze w pasmie ISM 868 MHz. Dodatkowo węzły Node mogą przeprogramować swoje radio i wysyłać pakiety rozgłaszania BLE.

Pobierz PDF

Zorganizowanie przykładowej bezprzewodowej sieci czujników z zastosowaniem transmisji dwupasmowej pokazano na rysunku w nagłówku artykułu [8]. Sieć składa się z trzech węzłów czujników typu Node oraz jednego węzła centralnego typu Concentrator pracujących w paśmie Sub-1GHz. Typowo węzeł centralny jest dołączony do Internetu. Na rysunku zostało pokazane połączenie jednego węzła z komunikatorem typu smartfon poprzez łącze BLE. Ale każdy węzeł Node może wykonywać transmisję BLE.

Sprzęt

Do zestawienia połączenia radiowego potrzebne są co najmniej dwa zestawy sprzętowe. Jeden zestaw pracuje jako Concentrator a drugi jako Node. Jako węzły sieci WSN mogą pracować zestawy CC1350 Launchpad. Do zestawu może być dołączony wyświetlacz LCD. Próby pokazały, że zestaw CC1350 SensorTag też może pracować jako węzeł WSN Node. Z oprogramowaniem dedykowanym dla zestawu CC1350 Launchpad. Dostępne są również projekty programowe sieci WSN przeznaczone dla zestawu CC1310 Launchpad. Obsługują one wtedy tylko główny kanał transmisji dla ISM 868 MHz, bez obsługi BLE.

Zestaw startowy CC1350 Launchpad zawiera tylko minimum elementów dodatkowych: wyprowadzenia układu scalonego CC1350, przyciski, diody LED, zasilanie, dwie anteny PCB oraz emulator sprzętowy [5]. Zwory na płytce umożliwiają łatwą modyfikację jej zastosowania. Jest pełny dostęp do wszystkich sygnałów. Złącze rozszerzeń umożliwia łatwe dołączanie kolejnych modułów sprzętowych.

Zestaw CC1350 Launchpad jest dostępny w trzech wersjach wykonania:

- LAUNCHXL-CC1350US: Przystosowany do pracy w paśmie 915 MHz ISM (USA) [S9].
- LAUNCHXL-CC1350EU: Przystosowany do pracy w paśmie 868 MHz ISM (Europa) [S9].
- LAUNCHXL-CC1350-4: Przystosowany do pracy w paśmie 433 MHz ISM (USA/Europa/Chiny) [S9]. W portalu TI spotykana jest też jest nazwa LAUNCHXL-CC1350CN.

Zestaw CC1350 SensorTag (SimpleLink CC1350 SensorTag Bluetooth and Sub-1GHz Long Range Wireless Development Kit CC1350STK) – obsługuje komunikację bezprzewodową Bluetooth Low Energy w paśmie ISM 2,4 GHz oraz komunikację dużego zasięgu w pasmach ISM poniżej 1 GHz (868/915 MHz) [4].

Zestaw C2650 SensorTag jest dostępny w dwóch wersjach:

- CC1350STKUS: zoptymalizowany do pracy w pasmie 915 MHz [S10].
- CC1350STKEU: zoptymalizowany do pracy w pasmie 868 MHz [S10].

Moduł rozszerzeń Debug DevPack zawiera układ emulatora sprzętowego typu XDS110 [6]. Moduł Debug jest nakładany na zestaw CC1350 SensorTag. Wtedy zasilanie kompletu CC1350 SensorTag + Debug DevPack jest dostarczane ze złącza USB modułu Debug [S3].

Moduł rozszerzeń 430BOOST-SHARP96 LCD Boosterpacks zawiera monochromatyczny wyświetlacz LCD (Sharp LS013B4DN04) z panelem TFT [9]. Ma on przekątną 1,35’, rozdzielczość 96×96 pikseli (9216) i pobiera tylko 2 mA prądu. Panel jest dołączony do złącza rozszerzeń standardu LAUNCH firmy Texas Instruments. Moduł jest nakładany na płytkę zestawu Launchpad.

rys1Zestaw startowy CC1310 Launchpad zawiera tylko minimum elementów dodatkowych: wyprowadzenia układu scalonego CC1310, przyciski, diody LED, zasilanie, antenę PCB oraz emulator sprzętowy [S4]. Zwory na płytce umożliwiają łatwą modyfikację jej zastosowania. Jest pełny dostęp do wszystkich sygnałów. Złącze rozszerzeń umożliwia łatwe dołączanie kolejnych modułów sprzętowych. Zastaw jest w pełni zgodny sprzętowo i programowo z zestawem startowym CC1350 Launchpad.

Dołączanie zestawu CC1350 LaunchPad/SensorTag do urządzenia mobilnego

Zestaw CC1350 Lauchpad/SensorTag, pracujący jako węzeł Node sieci WSN, może zostać dołączony poprzez łącze radiowe standardu Bluetooth LE do urządzenia mobilnego (smartfon/iPad) lub innego z obsługą tego standardu. Opis i odnośniki na stronie Meet the CC1350 SensorTag [8].

Postępowanie przy uruchamianiu komunikacji z urządzeniem mobilnym:

Pobierz darmową aplikację SimpleLink Starter dla swojego urządzenia mobilnego (smartfon/iPad), obsługującego transmisję bezprzewodową Bluetooth LE ver.4.0 (lub nowszą).

Apple App Store dla urządzeń z systemem operacyjnym iOS 8.0 i nowszym (iPhone i iPad) [14].

Z Google Play dla urządzeń z systemem operacyjnym Android 5.0 i nowszym [7].

Włącz zasilanie zestawu CC1350 Lauchpad/SensorTag. Czerwona dioda LED zaczyna błyskać. Sygnalizuje to, że zestaw CC1350 Lauchpad/SensorTag jest w stanie rozgłaszania.

Uruchom aplikację SimpleLink Starter na swoim urządzeniu mobilnym. Może to wymagać włączenia na urządzeniu radia Bluetooth. Aplikacja najlepiej działa na iPadzie. W przypadku Androida można spotkać się z kłopotami i ograniczeniami funkcjonalności.

Wyszukaj na liście „Bluetooth Smart Devices”, w głównym oknie aplikacji, swój zestaw CC1350 Lauchpad/SensorTag. Niestety, każdy zestaw jest pokazywany jako „Unknown” (rysunek 1).

Kliknij na linię nazwy i wybierz Adertisement Data. Zostanie wyświetlone okno prezentujące bieżące wartości odczytu z zestawu (rysunek 2).

rys2Oprogramowanie narzędziowe

Do pracy z projektami przeznaczonymi dla sieci WSN potrzebne jest kilka komponentów:

Najpierw należy zainstalować środowisko Code Composer Studio. Darmową aktualną wersję pełną CCS można pobrać ze strony Texas Instruments [10]. Obecnie (10.2017) jest dostępna wersja CCS7.3.0.00019. Jest ona zrealizowana przy zastosowaniu nowej wersji środowiska Eclipse. Podczas instalowania należy na liście produktów do zainstalowania zaznaczyć (wybrać) opcje SimpleLink CC13xx and CC26cc Wireless MCUs oraz TI XDS Debug Probe Support. W trakcie instalowania oprócz foldera c:/ti/ccsv7 są tworzone foldery /xdctools_3_32_02_25_core oraz /xdctools_3_50_03_33_core z zainstalowanymi środowiskami debugowymi.

Po zainstalowaniu środowiska CCS należy zainstalować pakiet SimpleLink CC13x0 SDK [12].

Oprogramowanie źródłowe

Dla procesorów komunikacyjnych rodziny CC13x0 przeznaczony jest pakiet programowy SimpleLink CC13x0 SDK 1.50.00.08 (28-Sep-2017) [12]. Jest mały problem z nazewnictwem. Procesor CC1350 jest nazywany SimpleLink Ultra-Low Power Dual Band Wireless Microcontroller, czyli dwupasmowy. Za to w pakiecie SDK (szczególnie w poprzedniej wersji 1.40) transmisja w dwóch pasmach ISM nazywana jest Dual Mode, czyli mowa o dwóch standardach transmisji. Faktycznie stosowane są dwa standardy komunikacji: BLE oraz IEEE 802.15.4g. Podobnie jak w przypadku procesora CC2650, SimpleLink multi-standard 2.4 GHz ultra-low power wireless MCU. Jednak istotą jest obsługa dwóch różnych pasm częstotliwości, czyli raczej Dual Band. W obecnej wersji SDK mowa jest tylko o sieci WSN bez wskazania, że oprócz pasma ISM sub-1GHz obsługiwane jest też pasmo ISM 2.4 GHz.

W pakiecie SDK są dostępne projekty WSN przeznaczone dla zestawu CC1310 Launchpad. Obsługują one wtedy tylko główny kanał transmisji dla ISM 868 MHz, bez obsługi BLE.

rys3W pakiecie SDK dostępne są również projekty WSN dodatkowo obsługujące metodę Over the Air Update (OAD), gdzie nowe oprogramowanie można przesłać do zestawu drogą bezprzewodową. Jednak to zagadnienie jest na tyle obszerne, że zostanie omówione w osobnym artykule.

W pakiecie programowym SimpleLink CC13x0 SDK 1.50 jest dostarczany komplet warsztatów o nazwie SimpleLink Academy for SimpleLink CC13x0 SDK [12]. Do pierwszych prób z transmisją dwupasmową najbardziej przydatny jest warsztat Getting started with CC1350 Launchpad in Dual Mode [13] (obecnie X.2017 przejściowo z poprzedniej wersji pakietu SDK v1.40).

Projekty pakietu SimpleLink CC13x0 SDK 1.50 były uruchamiane w środowisku IDE z następującymi wersjami komponentów:

Code Composer Studio: 7.3.0.00019,
TI-RTOS for CC13XX: 3_30_00_13,
C Compiler for ARM: 16.9.4.LTS,
XDCTools: 3.50.03.33.
Pakiet SimpleLink CC13x0 SDK można pobrać i zainstalować na trzy sposoby:
Poprzez witrynę TI Resource Explorer [11].
Poprzez okno Resource Explorer (zalecane) w programie Code Composer Studio [10].
Poprzez pobranie pliku instalacyjnego ze strony TI [12].

Podczas instalowania pakietu SDK sprawdzana jest obecność w komputerze komponentów w odpowiednich wersjach i w przypadku ich braku wykonywane jest ich doinstalowanie.

rys4Witryna TI Resource Explorer

W witrynie TI Resource Explorer są obecnie zgromadzone (prawie wszystkie) informacje i źródła dotyczące procesorów komunikacyjnych rodziny CC13x0 [11]. Daje to pełny i uporządkowany dostęp do zasobów w aktualnych wersjach (domyślnie). Jest także umożliwiony dostępu do ich poprzednich wersji. W menu strony należy kliknąć na ikonkę Package Picker. Zostaje rozwinięta lista pakietów programowych (rysunek 3). Typowo jest wybrana ostatnia wersja (Latest). Po wybraniu archiwalnej wersji i kliknięciu na przycisk OK pokazywana jest wybrana wersja. Jej ikonka jest specjalnie zaznaczona.

Okno Resource Explorer programu CCSv7.3

Okno Resource Explorer w programie CCSv7.3 realizuje dostęp do witryny TI Resource Explorer. Najlepiej go otwierać poprzez panel Getting Started, używając przycisku Browse Examples [10]. Uruchomienie tego okna z menu View ’ Resource Explorer często powoduje kłopoty. Typowo zgłasza on problem połączenia z portalem TI po pierwszej próbie. Czasami pomaga zamknięcie tego okna i ponownie jego uruchomienie.

rys5Przy otwieraniu okna Resource Explorer pobierana jego aktualna zawartość z witryny TIREX [11].

Ikonki folderów w lewym panelu okna mogą być pokazywane na trzy sposoby (rysunek 4):

- Zawartość nie jest zainstalowana lokalnie, czyli dostępna tylko w sieci.
- Część zawartości jest zainstalowana i dostępna lokalnie.
- Zawartość jest zainstalowana lokalnie i w pełni dostępna lokalnie.

Typowo, w lewym panelu okna pokazywana jest ostatnia wersja (Latest) pakietu programowego. Po kliknięciu na pasku menu okna na ikonkę Home dostępne są pola poszczególnych pakietów programowych. Po rozwinięciu listy można wybrać potrzebną wersję archiwalną pakietu (rys. 4). Ta wersja jest wtedy pokazywana w lewym panelu. Jej ikonka jest specjalnie zaznaczona. Po wybraniu projektu w lewym panelu, w prawym panelu pojawia się pasek z ikonkami (rysunek 5):

 Install resources – Pobierz i zainstaluj cały pakiet programowy wybrany w lewym panelu okna.

 Import to IDE – Powoduje utworzenie w aktualnym folderze roboczym CCS odpowiednich folderów z kopią lokalną plików. Jednocześnie sprawdzane są wersje zależnych narzędziowych pakietów programowych zainstalowanych lokalnie. W razie potrzeby nowsze wersje są pobierane i instalowane.

 Open web resources – Otwiera aktualną zawartość prawego panelu w osobnym oknie domyślnej przeglądarki. Typowo jest używany inny adres internetowy.

rys6Plik instalacyjny pakietu SDK

Ze strony SimpleLink Sub-1 GHz CC13x0 Software Development Kit [12] można pobrać plik instalacyjny simplelink_cc13x0_sdk_1_50_00_08.exe pakietu SDK. Postępowanie podczas lokalnego instalowania pakietu jest takie samo w przypadku dwóch poprzednich sposobów instalowania zdalnego. Co więcej, w oknie Resource Explorer w programie CCSv7.3, jego zainstalowanie jest rozpoznawane.

Oprogramowanie węzła Node

Pakiet programowy SDK oferuje wersje projektów dla trzech typów zestawów sprzętowych z wyborem dwóch typów kompilatorów. W wypadku stosowania jako węzeł Node zestawu sprzętowego CC1350 Launchpad w oknie Resource Explorer rozwiń ścieżkę (rys. 5): Software ’ SimpleLink CC13x0 SDK – v:1.50.00.08 ’ Examples ’ Development Tools ’ CC1350 Launchpad ’ EasyLink ’ rfWsnNodeBleAdv ’ TI-RTOS ’ CCS Compiler ’ rfWsnNodeBleAdv. W prawym panelu okna Resource Explorer kliknij na ikonkę CCS – operacja Import to IDE.

Po załadowaniu projektu i wyświetleniu okna Project Explorer w perspektywie CCS Edit należy jeszcze poczekać na zakończenie wszystkich prac prowadzonych w tle przez środowisko Eclipse (rysunek 6). Często jest wtedy wyświetlany znaczek wykrzyknika na ikonce projektu w tym oknie. Może trwać to dosyć długo, aż skończą się pojawiać na pasku stanu kolejne informacje.

Po wydaniu polecenia kompilacji, z menu Project ’ Build All, postęp jest bardzo powolny w okolicach 1–2%. Jest to spowodowane kompilacją projektu zależnego – z systemem operacyjnym TI-RTOS. Potem już jest szybko 25%, 45% i koniec kompilacji. Jeśli został poprawnie wygenerowany plik kodu wynikowego rfWsnNodeBleAdv_CC1350_LAUNCHXL_tirtos_ccs.out, to można przystąpić do programowania procesora. Z menu Run ’ Debug zostanie uruchomiony proces pełnego budowania projektu, nastąpi dołączenie debugera do procesora, załadowanie kodu (zaprogramowanie wewnętrznej pamięci Flash) oraz uruchomienie działania aż do pierwszej instrukcji funkcji main().

rys7Przy próbie debugowania może zostać wyświetlona informacja o konieczności aktualizacji oprogramowania dołączonego emulatora XDS110 (moduł rozszerzeń Debug DevPack). Należy to koniecznie wykonać. Dokładny opis postępowania jest zamieszczony w odcinku 7 kursu [S7]. Po zakończeniu aktualizacji można bez problemu ponowić próbę debugowania. Praktyka pokazała, że kodem projektu rfWsnNodeBleAdv przeznaczonego dla CC1350 Launchpad można programować procesor CC1350 zestawu sprzętowego CC1350 SensorTag. Dla zestawu sprzętowego CC1310 Launchpad jest przeznaczony w pakiecie SDK projekt rfWsNode. Węzeł Node obsługuje wtedy tylko główny kanał transmisji dla ISM 868 MHz, bez obsługi BLE.

Projekt programu dla węzła Node dla zestawu CC1350 Launchpad składa się z projektu głównego rfWsnNodeBleAdv_CC1350_LAUNCHXL_tirtos_ccs (program aplikacyjny) oraz projektu zależnego tirtos_builds_CC1350_LAUNCHXL_release_ccs (używane w projekcie aplikacyjnym składniki systemu operacyjnego TI-RTOS). Pliki źródłowe projektu znajdują się lokalnie na dysku komputera w ścieżce C:tisimplelink_cc13x0_sdk_1_50_00_08examplesrtosCC1350_LAUNCHXLeasylinkrfWsnNodeBleAdv. W pliku README.html jest zamieszczony jedyny opis organizacji i działania tego oprogramowania. Kod źródłowy projektu zawiera się głównie w trzech plikach: rfWsnNode.c, NodeTask.c oraz NodeRadioTask.c. Kod programu jest umieszczony w wewnętrznej pamięci Flash procesora z intensywnym wykorzystaniem oprogramowania umieszczonego w pamięci ROM tego procesora.

rys8Procesor CC1350 ma trzy rdzenie: Cortex M3 (CM3), Sensor Controller Engine (SCE) oraz Cortex M0 (CM0) [1]. Rdzeń CM3 wykonuje kod aplikacyjny oraz obsługę stosu komunikacyjnego [2]. Rdzeń SCE wykonuje zadanie czasu rzeczywistego, które obsługuje pracę przetwornika ADC. Rdzeń CM0 obsługuje pracę części radiowej procesora komunikacyjnego [3].

Oprogramowanie węzła Node jest zorganizowane w postaci trzech zadań czasu rzeczywistego [11]. Dwa zadania systemu operacyjnego czasu rzeczywistego TI-RTOS [11] NodeTask (aplikacyjne) oraz NodeRadioTask (stosu komunikacyjnego) pracują na rdzeniu CM3. Trzecie zadanie SceAdc pracuje na rdzeniu SCE. Jest ono realizowane sprzętowo jako odpowiedź na przerwania. Rdzeń CM0 ma własne oprogramowanie firmowe.

Procesor CC1350 po włączeniu zasilania rozpoczyna pracę od wykonywania funkcji main() (plik rfWsnNode.c). Najpierw są inicjalizowane zasoby sprzętowe (listing 1) zastosowanego zestawu sprzętowego. Następnie inicjalizowane są moduły peryferyjne procesora UART i SPI. Jeśli do procesora CC1350 dołączony jest moduł LCD, to też jest on inicjalizowany. Następnie inicjalizowane są dwa zadania systemu TI-RTOS: obsługujące transmisję radiową (NodeRadioTask) oraz obsługujące komunikację sieciową (NodeTask). Na koniec wywoływany jest system operacyjny TI-
-RTOS i wykonywanie kodu nigdy nie powraca do funkcji main().

Zadanie SceAdc

Zadanie SceAdc pracuje na rdzeniu SCE. Jest ono realizowane sprzętowo. W trakcie inicjalizacji wykonywanej przez zadanie NodeTask, pracujące na rdzeniu CM3, ładowany jest kod drajwera do rdzenia SCE. Najpierw ustawiany jest timer modułu zegara czasu rzeczywistego (RTC) procesora na zgłaszanie przerwania, co ustalony okres (1 sekunda). Następnie aktywowana jest obsługa przerwania, ustalane parametry pracy i proces SceAdc jest uruchamiany.

Co jedną sekundę zegar RTC zgłasza przerwanie. Budzi ono rdzeń SCE i startuje procedura obsługi przerwania. Wykonywane jest pojedyncze przetwarzanie ADC i odczytywana jest nowa wartość wyniku. Jeśli nowa odczytana wartość wykazuje zmianę do poprzedniej wartości o ustalony w parametrach poziom, to rdzeń SCE budzi rdzeń CM3. W przeciwnym wypadku rdzeń CM3 nie jest budzony, aż upłynie zadany parametrami czas.

rys9-10Zadanie NodeRadioTask

Zadanie NodeRadioTask obsługuje stos komunikacyjny. Funkcja NodeRadioTaskFunction (plik NodeRadioTask.c) definiuje działanie zadania NodeRadioTask. Najpierw inicjalizowany jest sprzętowy moduł radiowy procesora z wykorzystaniem biblioteki SimpleLink-
-EasyLink. Potem zostaje uruchomiony sprzętowy generator liczb losowych i zostaje wygenerowany adres sieciowy (ID). Adres węzła Node musi być inny od adresu modułu koncentratora (ustalonego jako 0x00). Dodatkowo sprawdzana (filtrowana) jest tabela adresów.

Po inicjalizacji struktur danych zadania uruchamiana jest główna pętla komunikacji bezprzewodowej. Jest to pętla nieskończona zawieszana oczekiwaniem na zdarzenie. Po przyjściu zdarzenia wymagającego wykonania komunikacji zadanie NodeRadioTask jest aktywowane przez system operacyjny. Nowa wartość odczytana przez proces SceAdc jest wysyłana w pakiecie do węzła Concentrator z zastosowaniem ustawionego formatu, domyślnie IEEE 802.15.4g 50 kbit. Po wysłaniu pakietu odbierane jest potwierdzenie (ACK) od węzła Concentrator i wysyłane jest własne potwierdzenie. Przy braku odebranego potwierdzenia ACK ponawiana jest trzy razy transmisja pakietu.

Zadanie NodeTask

Zadanie NodeTask realizuje obsługę aplikacyjną działania węzła Node. Funkcja NodeTaskFunction (plik NodeTask.c) definiuje działanie zadania NodeTask. Najpierw inicjalizowane są parametry pracy zadania NodeTask. Potem inicjalizowany jest wyświetlacz LCD i wyświetlane są początkowe napisy. Inicjalizowane jest też łącze UART. Następnie inicjalizowane jest zadanie SceAdc. Dalej jest startowana główna pętla aplikacji (listing 2). Na początku pętli jest wywołanie funkcji Event_pend. Zawiesza ona wykonanie zadania do czasu wykrycia przez system operacyjny zdarzenia. Co więcej, rdzeń CM3 też wchodzi w uśpienie. Jest on budzony przez zadanie SceAdc tylko wtedy, gdy trzeba wykonać transmisję. Wtedy zadanie NodeRadioTask jest aktywowane przez system operacyjny.

Jeśli zostało wygenerowane zdarzenie NODE_EVENT_NEW_ADC_VALUE, to odczytywana jest wartość ostatniego przetwarzania A/C, Wartość ostatniego odczytu jest wyświetlana (razem z adresem sieciowym) na wyświetlaczu LCD. Dla zdarzenia NODE_EVENT_UPDATE_LCD wykonywane jest tylko wyświetlanie. Wyświetlany tekst jest także wysyłany do łącza UART. Wartość ostatniego odczytu jest wysyłana w pakiecie danych do koncentratora z zastosowaniem podstawowego kanału ISM 868 MHz. Pakiet danych zawiera ostatni odczyt, poziom baterii oraz stan przycisku BTN-1.

Jeśli wymagana jest też transmisja w kanale BLE, to wysyłany jest pakiet rozgłaszania w odpowiednim formacie.

Obsługa wyświetlacza LCD
i łącza UART dla węzła Node

Informacja jest generowana na dwa sposoby:

- Dla wyświetlacza LCD.
- Dla łącza UART.

rys11-13W trakcie inicjalizacji oprogramowania wykonywana jest próba inicjalizacji łącza UART (preferowane) oraz wyświetlacza LCD (poprzez łącze SPI). Dla zestawu CC1350/1310 Launchpad inicjalizowane są oba łącza. Dla zestawu CC1350 SensorTag oba łącza nie działają.

Po inicjalizacji do wyświetlacza LCD jest wysyłany tekst

- do wyświetlacza LCD – „Waiting for ADC...”.
- do łącza UART – „Waiting for SCE ADC reading...”.

Są cztery napisy identyfikujące typy ramek rozgłaszania: „BLE MS”, „Eddystone URL”, „Eddystone UID”, „None”. Sposób generowania tekstu dla wyświetlacza LCD pokazano na listingu 3 (funkcja updateLcd). Wyświetlacz LCD (Sharp LS013B4DN04) ma rozdzielczość 96×96 pikseli. Linia tekstu jest na tyle krótka, że nie mieści się napis „failed”. Sposób generowania tekstu dla łącza UART pokazano na listingu 4 (funkcja updateLcd). W terminalu, na początku wyświetlania tekstu każdej transmisji, obecny tekst jest przesuwany do góry. Na pustym ekranie terminalu wyświetlany jest nowy tekst. W ostatniej linii tekstu podawana jest statystyka: liczba pomyślnie wysłanych ramek rozgłaszania oraz liczba wszystkich ramek.

Dla terminalu UART liczby wydają się poprawne. Tylko skąd błędy przy nadawaniu ramek rozgłaszania? Dla wyświetlacza LCD pierwsza pokazywana liczba wydaje się liczbą wszystkich ramek rozgłaszania. A druga pokazywana najczęściej liczba to „-001”. A czasami to samo, co liczba pierwsza. Przyczyną takiego błędnego działania jest błędne wywołanie funkcji Display_printf w ostatniej linii obsługi wyświetlacza LCD (list. 3). Zadeklarowane są do wyświetlania dwa pola znakowe, a dostarczana jest tylko jedna wartość. Skorygowanie wywołania pokazano na listingu 5.

Zmiana oprogramowania spowodowało poprawne wyświetlanie danych na wyświetlaczu LCD. Zniknęły też „błędne” ramki rozgłaszania. Nie do końca. Pojawiają się one też w sytuacji, gdy węzeł Node nie jest połączony z węzłem Concentrator.

Oprogramowanie węzła Concentrator

W przypadku stosowania jako węzeł Concentrator zestawu sprzętowego CC1350 Launchpad w oknie Resource Explorer rozwiń ścieżkę (rysunek 7) Software ’ SimpleLink CC13x0 SDK – v:1.50.00.08 ’ Examples ’ Development Tools ’ CC1350 Launchpad ’ EasyLink ’ rfWsnConcentrator ’ TI-RTOS ’ CCS Compiler ’ rfWsnConcentrator. W prawym panelu kliknij na ikonkę CCS – operacja Import to IDE. Po załadowaniu projektu i odczekaniu na zakończenie wszystkich prac prowadzonych w tle przez środowisko Eclipse należy wybrać polecenie kompilacji z menu Project ’ Build All (rys. 7). Jeśli został poprawnie wygenerowany plik kodu wynikowego rfWsnConcentrator_CC1350_LAUNCHXL_tirtos_ccs.out, to można przystąpić do programowania procesora z menu Run ’ Debug. Dla zestawu sprzętowego CC1310 Launchpad jest przeznaczony w pakiecie SDK projekt rfWsnConcentrator. Węzeł Concentrator obsługuje wtedy tylko główny kanał transmisji dla ISM 868 MHz, bez obsługi BLE.

Projekt programu dla węzła Concentrator ma budowę bardzo podobną jak projektu programu dla węzła Node.

Oprogramowanie składa się z projektu głównego rfWsnConcentrator_CC1350_LAUNCHXL_tirtos_ccs (program aplikacyjny) oraz projektu zależnego tirtos_builds_CC1350_LAUNCHXL_release_ccs (używane w projekcie aplikacyjnym składniki systemu operacyjnego TI-RTOS). Kod programu jest umieszczony w wewnętrznej pamięci Flash procesora z intensywnym wykorzystaniem oprogramowania umieszczonego w pamięci ROM tego procesora.

Oprogramowanie węzła Concentrator jest zorganizowane w postaci dwóch zadań czasu rzeczywistego. Oba zadania system operacyjnego czasu rzeczywistego TI-RTOS [11] ConcentratorTask (aplikacyjne) oraz ConcentratorRadioTask (stosu komunikacyjnego) pracują na rdzeniu CM3. Rdzeń CM0 ma własne oprogramowanie firmowe.

rys14Procesor CC1350 po włączeniu zasilania rozpoczyna pracę od wykonywania funkcji main() (plik ConcentratorTask.c). Najpierw są inicjalizowane zasoby sprzętowe zastosowanego zestawu sprzętowego. Następnie inicjalizowane są moduły peryferyjne procesora UART i SPI. Jeśli do procesora CC1350 dołączony jest moduł LCD, to też jest on inicjalizowany.

Następnie inicjalizowane są dwa zadania systemu TI-RTOS: obsługujące transmisję radiową (ConcentratorRadioTask) oraz obsługujące komunikację sieciową (ConcentratorTask).

Na koniec wywoływany jest system operacyjny TI-RTOS i wykonywanie kodu nigdy nie powraca do funkcji main().

Zadanie ConcentratorRadioTask

Zadanie ConcentratorRadioTask obsługuje stos komunikacyjny. Funkcja concentratorRadioTaskFunction (plik ConcentratorRadioTask.c) definiuje działanie zadania ConcentratorRadioTask. Najpierw inicjalizowany jest sprzętowy moduł radiowy procesora z wykorzystaniem biblioteki SimpleLink-EasyLink. Potem zostaje ustawiony domyślny adres sieciowy (ID) jako 0x00.

Po inicjalizacji struktur danych zadania uruchamiana jest główna pętla komunikacji bezprzewodowej. Jest to pętla nieskończona zawieszana oczekiwaniem na zdarzenie. Po przyjściu zdarzenia sygnalizującego odbiór przez radio pakietu ustawionego formatu – domyślnie IEEE 802.15.4g 50kbit, zadanie ConcentratorRadioTask jest aktywowane przez system operacyjny. Wysyłany jest pakiet potwierdzenia (ACK) do węzła Node. I aktywowane jest zadanie ConcentratorTask. Odbiór pakietu jest sygnalizowany zmianą świecenia (przełączeniem) diody LED.

Zadanie ConcentratorTask

Zadanie ConcentratorTask realizuje obsługę aplikacyjną działania węzła Concentrator. Funkcja concentratorTaskFunction (plik ConcentratorTask.c) definiuje działanie zadania ConcentratorTask. Najpierw inicjalizowane są parametry pracy zadania ConcentratorTask. Potem inicjalizowany jest wyświetlacz LCD i wyświetlane są początkowe napisy. Inicjalizowane jest też łącze UART. Dalej jest uruchamiana główna pętla aplikacji. Na początku pętli jest wywołanie funkcji Event_pend. Zawiesza ona wykonanie zadania do czasu wykrycia przez system operacyjny zdarzenia (listing 6).

Jeśli zostało wygenerowane zdarzenie CONCENTRATOR_EVENT_NEW_ADC_SENSOR_VALUE, to sprawdzane jest, czy węzeł o tym numerze jest już w sieci. Jeśli tak, to aktualizowane są jego dane. Jeśli jest to węzeł o nowym identyfikatorze, to jest on dodawany do danych sieci. Wartość uzyskana w ostatniej transmisji jest wyświetlana (razem z adresem sieciowym) na wyświetlaczu LCD oraz wysłana przez kanał UART.

Obsługa wyświetlacza LCD
i łącza UART dla węzła Concentrator

Informacja jest generowana na dwa sposoby:

- Dla wyświetlacza LCD.
- Dla łącza UART.

W trakcie inicjalizacji oprogramowania wykonywana jest próba inicjalizacji łącza UART (preferowane) oraz wyświetlacza LCD (poprzez łącze SPI). Dla zestawu CC1350/1310 Launchpad inicjalizowane są oba łącza.

Po inicjalizacji do wyświetlacza LCD i łącza UART jest wysyłany tekst „Waiting for Nodes...”. Sposób generowania tekstu dla wyświetlacza LCD i łącza UART jest taki sam i został pokazany na listingu 7 (funkcja updateLcd). Wyświetlacz LCD (Sharp LS013B4DN04) ma rozdzielczość 96×96 pikseli. Linia tekstu jest na tyle krótka, że nie mieści się napis „RSSI”.

Na początku wyświetlania tekstu każdej transmisji obecny tekst przesuwany jest w terminalu do góry. Na pustym ekranie terminalu wyświetlany jest nowy tekst.

W pierwszej linii wyświetlany jest opis, który oznacza:

- Nodes – adres sieciowy węzła Node.
- Value – wartość odczytu ADC węzła.
- SW – stan przycisku BTN-1 zestawu CC1350/1310 Launchpad węzła Node (1 – wciśnięty, 0 – zwolniony).
- RSSI – poziom odbieranego z węzła sygnału radiowego.

W następnych liniach wyświetlane są dane, po jednej linii dla każdego wykrytego w sieci węzła. Dla wyświetlacza LCD wartości RSSI nie zmieściły się w linii i nie są wyświetlane. Można to łatwo poprawić poprzez ścieśnienie nagłówka i linii danych.

Obsługa węzła Node sieci WSN
dla zestawu CC1350 Launchpad

Do obsługi węzła Node sieci WSN używane są dwa przyciski oraz dwie diody LED (rysunek 8) [5]. Przyciski są wyraźnie opisane na płytce drukowanej zestawu CC1350 Launchpad [S9].

BTN1 (left) – przyciśnięcie zmienia tryb wysyłania:

Wolny tryb wysyłania: Dane pomiarowe są wysyłane co 5 s lub gdy wartość odczytana zmieni się powyżej progu. Ustawiony domyślnie.

Szybki tryb wysyłania: Dane pomiarowe są wysyłane co 1 sekundę bez względu na zmianę poziomu wartości odczytanej.

BTN2 (right) – przełącza pomiędzy trybami formatu pakietu rozgłaszania. Diody LED na zestawie sygnalizują wykonywanie transmisji:

LED1 (DIO6, red) – Przełączana, gdy wysyłany jest pakiet danych w kanale Sub1-GHz.
LED2
(DIO7, green) – Przełączana, gdy wysyłany jest pakiet rozgłaszania w kanale BLE ISM 2,4 GHz.

Należy zwrócić uwagę, że wykonanie transmisji jest sygnalizowane przełączeniem diody LED (a nie włączeniem). Czyli długi czas świecenia diody oznacza tylko długi czas bez wykonywania transmisji.

Obsługa zestawu CC1310 Launchpad

Dla zestawu CC1310 Launchpad są udostępnione w pakiecie CC13x0 SDK 1.50 następujące przydatne dwa projekty WSN. Są one kompatybilne z siecią WSN dwupasmową.

rfWsnNode – projekt dla węzła Node. Pracuje jak węzeł dla sieci dwupasmowej, lecz bez obsługi kanału BLE. Wysłanie pakietu danych sygnalizuje zmianą stanu diody LED (red). Nie obsługuje wyświetlacza LCD. Obsługuje przycisk BTN-1 oraz łącze UART.

rfWsnConcentrator – projekt dla węzła Concentrator. Pracuje jak węzeł dla sieci dwupasmowej, lecz bez obsługi kanału BLE. Odebranie pakietu danych sygnalizuje zmianą stanu diody LED (red). Obsługuje łącze UART i wyświetlacz LCD.

Działanie sieci WSN

Przykładowy komplet sprzętowy dla realizacji najprostszej sieci WSN dwupasmowej może wyglądać następująco:

Węzeł Node:
CC1350EU LP (Launchpad).
430BOOST-SHARP96 LCD Boosterpacks.

Węzeł Concentrator:

CC1350EU LP (Launchpad).
430BOOST-SHARP96 LCD Boosterpacks.

Formaty rozgłaszania BLE

Węzeł Node może zostać skonfigurowany do wysyłania pakietu rozgłaszania (beacon) BLE. Wybór formatu jest wykonywany cyklicznie poprzez naciśnięcie przycisku BTN-2 zestawu CC1350 Launchpad.

Dostępne są następujące formaty:

BLE MS (Manufacturer Specific), domyślny format transmisji po włączeniu zasilania węzła Node. Przydatny do odbioru danych przez aplikację SimpleLinkStarter.

Eddystone URL, format Google Open Source.
Eddystone UID, format Google Open Source.
None, bez nadawania.
Działanie węzłaźNode

Węzeł Node wysyła dane bezprzewodowo na dwa sposoby:

Podstawowym kanałem przesyłania danych jest transmisja 50 kbps, GFSK (IEEE 802.15.4g) w kanale ISM 868 MHz. Transmisja jest dwukierunkowa.

Drugim kanałem przesyłania danych jest transmisja formatu BLE w pasmie ISM 2,4 GHz.

Węzeł Node odczytuje dane z zastosowaniem rdzenia Sensor Controler co jedną sekundę. Potem (jeśli trzeba) wysyła dane poprzez łącze Sub-1GHz. Następnie (jeśli trzeba) jest rekonfigurowany moduł radiowy do trybu BLE i wysyłany pakiet rozgłaszania. Po wykonaniu tej sekwencji węzeł Node przechodzi w uśpienie. Węzeł Node zostaje wybudzony przez timer po czasie jednej sekundy od rozpoczęcia poprzedniej sekwencji. Dla zestawu CC1350 Launch Pad pakiet danych zawiera ostatni odczyt ADC, stan wciśnięcia przycisku BTN-1, czas od wysłania pierwszej transmisji (po uruchomieniu działania) oraz liczbę pakietów.

Poprzez łącze UART jest wysłana informacja tekstowa zawierająca identyfikator (adres sieciowy sieci WSN), wartość odczytu ADC oraz numer pakietu (rysunek 9). Jeśli do zestawu CC1350 Launchpad jest dołączony moduł LCD [9], to ta sama informacja jest na nim wyświetlana (rysunek 10). Pokazywane są tylko dane ostatniego transferu. Domyślnie jest też wysyłana informacja poprzez łącze BLE. Zawiera ona adres i pakiet danych.

Działanie węzła Concentrator

Węzeł Concentrator obsługuje dane bezprzewodowo z transmisją 50 kbps, GFSK (IEEE 802.15.4g) w kanale 868 MHz. Węzeł Concentrator pozostaje cały czas aktywny i gotowy do odbioru przychodzącej transmisji przez odbiornik. Obsługiwana jest też transmisja dwukierunkowa. Odebrane dane są wyświetlane na wyświetlaczu LCD oraz wysyłane poprzez łącze UART. Po włączeniu zasilania węzła Concentrator oczekuje on na odebranie transmisji od węzła sieci. Węzeł, który prześle pierwszy pakiet danych, jest wstawiany na listę sieci. Poprzez łącze UART jest wysłana informacja tekstowa zawierająca identyfikator (adres sieciowy sieci WSN), wartość odczytu A/C, stan wciśnięcia przycisku BTN-1 oraz poziom odbieranego przez węzeł Concentrator sygnału radiowego (rysunek 11). Jeśli do zestawu CC1350 Launchpad jest dołączony moduł LCD [9], to ta sama informacja jest na nim wyświetlana (rysunek 12).

Sytuacja z dwoma wykrytymi węzłami Node sieci WSN jest pokazana na rysunku 13 i rysunku 14. Drugi węzeł pracuje z zestawem CC1350 SensorTag. Wyłączenie i ponowne włączenie zasilania węzła Node powoduje wygenerowanie jego nowego identyfikatora ID (adresu). Węzeł koncentratora dodaje go do listy sieci. Pomimo braku komunikacji z węzłem o poprzednim identyfikatorze jest on dalej wyświetlany na liście węzłów sieci WSN. Przykłady budowy dwupasmowej sieci WSN z zastosowaniem zestawu CC1350 Launchpad (oraz CC1350 SensorTag) są bardzo ciekawe i dobrze pokazują, w którą stronę może pójść rozwój sieci Internetu Rzeczy. Zagadnienie jest młode i na obecnym etapie cierpi na chorobę częstych i nagłych zmian.

Henryk A. Kowalski

 

Pozostałe artykuły kursu:

Systemy dla Internetu Rzeczy (1). Zestaw CC2650 SensorTag, „Elektronika Praktyczna”, 12/2016
Systemy dla Internetu Rzeczy (2). Użytkowanie zestawu CC2650 SensorTag, „Elektronika Praktyczna”, 1/2017
Systemy dla Internetu Rzeczy (3). Moduły rozszerzeń DevPack dla zestawu SensorTag, „Elektronika Praktyczna”, 2/2017
Systemy dla Internetu Rzeczy (4). Zestaw CC1310 Launchpad, „Elektronika Praktyczna”, 3/2017
Systemy dla Internetu Rzeczy (5). System operacyjny czasu rzeczywistego TI-RTOS – pierwszy program, „Elektronika Praktyczna”, 4/2017
Systemy dla Internetu Rzeczy (6). System operacyjny czasu rzeczywistego TI-RTOS – zadania i przerwania, „Elektronika Praktyczna”, 5/2017
Systemy dla Internetu Rzeczy (7). Bluetooth Low Energy, „Elektronika Praktyczna”, 6/2017
Systemy dla Internetu Rzeczy (8). Zestaw startowy CC2650 Launchpad, „Elektronika Praktyczna”, 7/2017
Systemy dla Internetu Rzeczy (9). Zestaw startowy CC1350 Launchpad, „Elektronika Praktyczna”, 9/2017
Systemy dla Internetu Rzeczy (10). Zestaw CC1350 SensorTag, „Elektronika Praktyczna”, 10/2017

 

Literatura:

[1] CC1350 SimpleLink Ultra-Low Power Dual Band Wireless Microcontroller, Product Page https://goo.gl/irnJF2
[2] CC1350 SimpleLink™ Ultra-Low-Power Dual-Band Wireless MCU (SWRS183A) 21 Nov 2016 https://goo.gl/HkimVw
[3] CC13xx, CC26xx SimpleLink Wireless MCU Technical Reference Manual (SWCU117G) 21 Feb 2017 https://goo.gl/VdHLy9
[4] Simplelink CC1350 SensorTag Bluetooth and Sub-1GHz Long Range Wireless Development Kit CC1350 STK, Tools Page, https://goo.gl/LbKhhq
[5] Simplelink™ Sub-1 GHz and Bluetooth® low energy CC1350 wireless MCU Launchpad™ Development Kit, LAUNCHXL-CC1350, Tools Page https://goo.gl/Ck6BAb
[
6] SensorTag Debugger DevPack, CC-DEVPACK-DEBUG https://goo.gl/63ddvK
[7]  Google Play, Simplelink SensorTag, Texas Instruments Inc. (Version: 3.8, 4 listopada 2016) https://goo.gl/QVTh3k
[8] Meet the CC1350 Launchpad https://goo.gl/DmfMXE
[9] Sharp Memory LCD BoosterPack, 430BOOST-SHARP96 https://goo.gl/mUC89w
[10]  Download CCS (wersja CCS7.3.0.00019) https://goo.gl/6Ho26s
[11] TI Resource Explorer http://dev.ti.com/tirex/#/
[12] SimpleLink Sub-1 GHz CC13x0 Software Development Kit, SIMPLELINK-CC13X0-SDK, Ver 1.50.00.08 , 28-Sep-2017 https://goo.gl/Rhxfr1
[13]  SimpleLink Academy for SimpleLink CC13x0 SDK, Ver. 1.14.02.04, October 12th 2017 https://goo.gl/Q9dRkU
[14] TI SimpleLink™ Starter By Texas Instruments (Version: 4.92, Sep 26, 2016) https://goo.gl/53zfvv 


Pozostałe artykuły

Android Things oraz Raspberry Pi 3 (1). Wprowadzenie do systemu i pierwszy projekt

Numer: Listopad/2017

Artykuł ten jest pierwszym odcinkiem serii poświęconej systemowi Android Things i płytce Raspberry Pi. Pierwsza część cyklu przybliża Czytelnikowi krótką historię systemu a także zawiera opis przygotowania środowiska i pierwszej prostej aplikacji. W kolejnych częściach przedstawiony zostanie opis sterowania pracą interfejsu I2C, obsługi wyświetlacza OLED SSD1306 z wykorzystaniem gotowych sterowników sprzętu oraz projekt z zastosowaniem ...

Jak używać układów SoC Xilinx Zynq-7000 z Linuksem ? proste przykłady (3)

Numer: Listopad/2017

W poprzednim artykule opisałem różne sposoby uruchomienia Linuksa na płytce zestawu Zedboard. Po udanym uruchomieniu systemu czas na pierwsze programy. Będzie to swoisty ?Hello World? zintegrowany z obsługą przycisków oraz przykład obsługi wyświetlacza OLED z interfejsem SPI.

LoRa w praktyce (2)

Numer: Listopad/2017

W drugiej części artykułu przedstawiamy wyniki pomiaru zasięgu modemów LoRa pracujących w różnych konfiguracjach, w różnych warunkach terenowych. Praktyka pokazała, że przekroczenie odległości 8 km jest realne w paśmie ISM.

Systemy dla Internetu Rzeczy (10). Zestaw CC1350 SensorTag

Numer: Październik/2017

Zestaw CC1350 SensorTag to godny następca bestselerowego zestawu CC2650 SensorTag. Oprócz dotychczasowej obsługi dziesięciu sygnałów z czujników oraz komunikacji radiowej w standardzie Bluetooth Low Energy 4.2 umożliwia on dodatkowo komunikację w paśmie ISM 868/915 MHz. Oznacza to znacznie większy zasięg do 2 km. A wszystko przy takim samym zasilaniu z pojedynczej baterii CR2032 i czasie ciągłej pracy do 1 roku.

Renesas Synergy - interfejsy szeregowe (3)

Numer: Październik/2017

Interfejsy szeregowe są bardzo ważnym elementem budowania systemów mikroprocesorowych. Wiele elementów zewnętrznych takich jak: wyświetlacze, czujniki, moduły komunikacyjne i inne mają wbudowane szeregowe interfejsy komunikacyjne z jednej strony, a mikrokontrolery układy peryferyjne obsługujące transmisję szeregową z drugiej strony. Moduły komunikacyjne mikrokontrolerów są często bardzo rozbudowane. Przychodzące i wysyłane dane ...

Mobilna
Elektronika
Praktyczna

Elektronika Praktyczna

Listopad 2018

PrenumerataePrenumerataKup w kiosku wysyłkowym

Elektronika Praktyczna Plus

lipiec - grudzień 2012

Kup w kiosku wysyłkowym