Moduły komunikacyjne IoT

Moduły komunikacyjne IoT
Pobierz PDF Download icon
W artykule przedstawiono projekt dwóch modułów do komunikacji radiowej umożliwiających transmisję danych w aplikacjach IoT i nie tylko. Pierwszy to popularny moduł ESP8266 umożliwiający łączność przez sieć Wi-Fi. Drugim jest Bluetooth BLE4 z komunikacją radiową w standardzie "niskomocowego" interfejsu Bluetooth, oparty o moduł RN4020. Rekomendacje: moduły są zgodne mechanicznie ze standardem XBee, co ułatwia ich zastosowanie w szeregu płytek uruchomieniowych min.: Raspberry PI (AVT1854 z EP6/15), Launchpad (AVT5476 z EP11/14), Arduino itd. BT41 i Wi-Fi uzupełniają zestaw modułów komunikacyjnych opisanych w EP9/15 (kity AVT5513).

Internet rzeczy stał się rzeczywistością, więc nie ma na co czekać i warto wprowadzić swoje aplikacje w nową rzeczywistość. Oba prezentowane moduły mają wsparcie programowe skracające czas niezbędny od pomysłu do jego realizacji.

Schemat ideowy płytki rozszerzenia Wi-Fi pokazano na rysunku 1. Bazuje on na module ESP8266v7. Wybrana go ze względu na niską ceną, dostępność, wbudowaną antenę oraz możliwość przyłączenia anteny zewnętrznej za pomocą typowego wtyku UFL.

Rysunek 1. Schemat ideowy modułu Wi-Fi

Rysunek 2. Schemat ideowy interfejsu Bluetooth

Komunikacja z modułem odbywa się poprzez port szeregowy DIN/DOUT. Możliwe jest wykorzystanie kilku pinów GPIO wbudowanego procesora (np. w aplikacjach samodzielnych, bez zewnętrznego procesora). Zwora UPD służy do wprowadznia modułu w tryb aktualizacji oprogramowania (zwarte 2-3).

Schemat płytki rozszerzenia Bluetooth zamieszczono na rysunku 2. Jej najważniejszym elementem jest moduł RN4020 firmy Microchip. Moduł ma certyfikację Bluetooth, wbudowany stos BLE4.0. Komunikacja odbywa się poprzez port szeregowy.

Istnieje możliwość aktualizowania oprogramowania przez UART oraz przez interfejs radiowy. Moduł ma API ułatwiające jego zastosowanie. Układ uzupełniają trzy LED sygnalizujące stan pracy: CN połączenie, EV zdarzenie (w trybie MLDP), WK aktywność modułu.

Rysunek 3. Schemat montażowy interfejsu Wi-Fi

Rysunek 4. Schemat montażowy interfejsu Bluetooth

Dodatkowo, wyprowadzono sygnały WK (WAKESW) wybudzania modułu z trybu Deep Sleep (aktywny poziom wysoki) oraz CMD włączający tryb Command/MLDP (opadające zbocze wprowadza RN4020 w tryb Command).

Oba moduły zmontowano na dwustronnych płytkach drukowanych. Rozmieszczenie elementów przedstawiają rysunki 3 oraz 4. Zmontowane moduły przedstawiono na fotografiach 5 i 6.

Dla szybkiego sprawdzenie poprawności działania modułu Wi-Fi możemy połączyć go z płytką bazową konwertera XBee_PC lub dowolną inną zgodną z 3,3 V oraz zasilaczem 3,3 V/300 mA. Do komunikacji z ESP będzie potrzebny terminal znakowy.

Fotografia 5.Zmontowana płytka rozszerzenia Wi-Fi

Fotografia 6. Zmontowana płytka rozszerzenia Bluetooth

Po połączeniu układu, restarcie, ustawieniu terminala (115200, 8, n, 1) wpisujemy komendę AT+RST. Moduł zostanie zrestartowany oraz potwierdzi gotowość za pomocą komunikatu OK. Komendą AT+GMR sprawdzamy wersję oprogramowania (możliwe i polecane jest uaktualnienie np. programem ESP FLASH Download TOOL, XTCOM_Utility lub innymi przeznaczonymi dla ESP).

Komenda AT+CWMODE=3, załącza tryb pracy klient i punkt dostępowy Wi-Fi. Komenda AT+CWLAP? wyświetla listę dostępnych sieci Wi-Fi. Zalogowanie do sieci umożliwia komenda AT+CWJAP= "nazwasieci", "hasło". Sprawdzenie uzyskanego IP następuje komendą AT+CIFSR.

Wykaz elementów

Moduł Wi-Fi

R1...R3: 1 kΩ /5% (SMD 0805)
C1: 0,1 µF (SMD 0805, X7R)
C2: 10 µF (SMD 0805, X7R)
M1: moduł ESP8266 ver 7
RM: złącza szpilkowe 2 mm, SIP10
UPD: złącze szpilkowe 2,54 mm, SIP3 + zwora

Moduł Bluetooth

R1: 10 kΩ/5% (SMD 0805)
R2...R4: 330 Ω/5% (SMD 0805)
C1: 0,1 µF (SMD 0805, X7R)
C2: 10 µF (SMD 0805, X7R)
CN, EV, WK: dioda LED (SMD 0805)
J1: złącze SIP 2,54 mm
M1: moduł BLE RN4020
RM: złącze szpilkowe 2 mm, SIP10

Możliwa jest też aktualizacja oprogramowania przez Wi-Fi. Odpowiada za to komenda AT+CIUPDATE. Po pomyślnej aktualizacji moduł jest restartowany i ponownie automatycznie logowany do sieci określonej przy konfiguracji. Wersję po aktualizacji sprawdzamy komendą AT+GMR. Przykładową komunikację testową z ESP przedstawia rysunek 7.

Podobnie jest z modułem Bluetooth. Do wstępnego sprawdzenia ponownie będzie potrzebna płytka XBee_PC oraz terminal. Po przyłączeniu modułu należy wybudzić go z trybu uśpienia poprzez zwarcie WK z +3,3 V. Zostanie to potwierdzone zaświeceniem się diody WK.

Następnie, w terminalu należy wstępnie skonfigurować RN4020 wprowadzając go w tryb poleceń CMD (opadające zbocze sygnału CMD). W terminalu zostanie to potwierdzone wyświetleniem tekstu "CMD". Domyślnymi ustawieniami UART są 115200, 8, N, 1.

Rysunek 7. Przykładowa konfiguracja XBee Wi-Fi

Rysunek 8. Konfigurowanie i parowanie BT41

Można je oczywiście przystosować do możliwości systemu, komendą SB, <0-7> (gdzie 0=2400,1=9600...7=921600). Następnie. warto nadać urządzeniu własną nazwę w sieci Bluetooth poleceniem S-,<nazwa>, np. S,BT41 oraz nadać nazwę modułu poleceniem SN,<nazwa>, np. SB,BT41.

Od tej chwili można sprawdzić za pomocą np. smartfona, czy nasz moduł zgłosi się w sieci. Po wybraniu parowania w terminalu zostanie wyświetlone hasło dostępowe i możliwe będzie połączenie urządzeń (rysunek 8). Poprawne połaczenie potwierdzone jest także zaświeceniem diody CN, na płytce modułu.

Jeżeli wszystko wstępnie zadziałało, nie pozostaje nic innego jak wybór medium komunikacyjnego IoT i przejście do stworzenia własnego urządzenia dostępnego z całego świata.

Adam Tatuś, EP

Artykuł ukazał się w
Elektronika Praktyczna
kwiecień 2016
DO POBRANIA
Pobierz PDF Download icon
Materiały dodatkowe
Zobacz też
Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik wrzesień 2020

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio wrzesień 2020

Świat Radio

Magazyn użytkowników eteru

Automatyka Podzespoły Aplikacje wrzesień 2020

Automatyka Podzespoły Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna wrzesień 2020

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Praktyczny Kurs Elektroniki 2018

Praktyczny Kurs Elektroniki

24 pasjonujące projekty elektroniczne

Elektronika dla Wszystkich sierpień 2020

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów