2956
2956
ZaskakujÄ…co proste
ZaskakujÄ…co proste
uniwersalne
uniwersalne
Å‚Ä…cze bezprzewodowe
Å‚Ä…cze bezprzewodowe
Do czego to służy? ich ogromnej elastyczności. Moduły może- " moduł RF 433MHz,
Uniwersalne łącze bezprzewodowe tworzą my wykorzystać np. w sterowaniu modeli " zasięg w otwartym terenie >150m.
zaskakująco proste moduły, mające 8 wejść RC, a także w robotach. Niemałą zaletą jest Podstawowe wykorzystanie:
i 8 wyjść. Dwa moduły tworzą najprost- możliwość śledzenia stanu wejść po drugiej praca w parach,
sze łącze dwukierunkowe. Wtedy nie jest stronie, umożliwi to np. nadzorowanie stanu Dodatkowe możliwości:
potrzebna żadna konfiguracja, a działanie czujników. Innym zastosowaniem może być " praca w sieci typu master i slave
jest proste i oczywiste: na wyjścia każdego sterowanie oświetleniem i innymi pasywny- " możliwość dowolnej konfiguracji kierun-
modułu przekazywany jest bezprzewodowo mi urządzeniami. Przykładowo, mając kilka ków przekazywania informacji,
stan wejść modułu współpracującego. pomieszczeń, możemy sterować oświetleniem " maksymalna liczba modułów w jednej
Większa liczba modułów pozwala stworzyć w każdym z każdego. Ważną cechą jest możli- sieci: 9,
sieć o dowolnej konfiguracji. Możliwa jest wość pracy na dziesiątkach różnych kanałów, " 153 kanały fizyczne (różna częstotliwość),
jednoczesna praca wielu sieci, zawierają- co umożliwia zrealizowanie dużej liczby sieci " 16 kanałów wirtualnych (oddalone sieci),
cych wiele modułów. działających jednocześnie obok siebie. " czas opóz
nienia przełączania wyjść: dla
A to wszystko dzięki zastosowaniu niedro- Cechy sprzętowe: dwóch modułów: 25ms  w jednym kie-
gich transceiverów RFM12 oraz popularnego " 8 wejść podciągniętych do  plusa , runku, 50ms  w obu kierunkach, dla 9
mikrokontrolera ATmega8. " 8 wyjść, maksymalny prąd 5mA/na wyj- modułów min. 0,5s  w obu kierunkach,
Przedstawiane moduły rozwiążą mnóstwo ście, max. 1,2s.
problemów, związanych ze sterowaniem na " wejście konfigurujące tryb master/slave
odległość i monitoringiem. Liczba zastoso- (przydatne jedynie bez tablicy routingu), Jak to działa?
wań takich modułów jest ogromna za sprawą " zasilanie 3 5V (25mA przy 5V), Schemat ideowy jednego modułu został przed-
stawiony na rysunku 1. Właściwie jedynymi
Rys. 1
elementami zastosowanymi w modułach są
VCC
CON1 C4 100n C2 100n mikrokontroler US1 ATmega8L oraz ostatnio
R1 10k
M1 RFM12
1 IN1 VCC nFFS
coraz bardziej popularny niedrogi transceiver
2 IN2 RST VCC1
M1 RFM12, firmy HOPE RF.
nINT/VDI
C3 100n
3 IN3 R2 10k 2
VCC
Transceiver został zbudowany na bazie
4 IN4 22 MOSI 3
ADC7 SDI
układu RF12, na jego płytce znajduje się
5 IN5 OUT3 30 19 SCK 4
PD0 (RXD) ADC6 SCK
6 IN6 OUT2 31 29 RST SS 5 zaledwie kilka elementów zewnętrznych.
PD1 (TXD) (RESET) PC6 nSEL
7 IN7 OUT1 32 28 OUT4 MISO 6
Układ ten jest wyposażony w interfejs SPI,
PD2 (INT0) (ADC5/SCL) PC5 SDO
8 IN8 1 27 OUT5 7
PD3 (INT1) (ADC4/SDA) PC4 nIRQ za pomocą którego można go nie tylko skon-
IN1 2 26 OUT6 nFFS 8
PD4 (XCK/T0) (ADC3) PC3 FSK/DATA/nFFS
figurować, ale również odbierać i nadawać
IN4 9 25 OUT7 9
PD5 (T1) (ADC2) PC2 DCLK/CFIL/FFIT
CON2
IN5 10 24 OUT8 10 dane. Ja zdecydowałem się na wykorzystanie
PD6 (AIN0) (ADC1) PC1 CLK
1 OUT1 IN6 11 23 MC 11
tylko SPI (Serial Peripheral Interface), czyli 4
PD7 (AIN1) (ADC0) PC0 nRES
2 OUT2 12
GND wyprowadzeń, ponieważ chciałem dokładnie
3 OUT3 IN2 7 15 MOSI
PB6 (XTAL1/TOSC1) (MOSI/OC2) PB3
sprawdzać stan flag statusu. Wadą tego roz-
4 OUT4 IN3 8 14 SS
PB7 (XTAL2/TOSC2) (SS/OC1B) PB2 VCC
wiązania jest mniejsza szybkość transmisji
5 OUT5 SCK 17 13 IN8
D1 SM5818M
PB5 (SCK) (OC1A) PB1
6 OUT6 MISO 16 12 IN7
danych.
PB4 (MISO) (ICP1) PB0 C1 10u 1
7 OUT7
Konfiguracja rozpoczynana jest komendÄ…
2
8 OUT8 MC
US1 ATMEGA8L
P1
Configuration Setting Command (0x8000),
CON3
VCC DC 2.7-5V
Wrzesień 2010 El ekt roni ka dl a Wszyst ki ch
W
r
z
e
s
i
e
Å„
2
0
1
0
52
52
4
6
20
18
VCC
VCC
AREF
AVCC
GND
GND
GND
3
5
21
wysyłane są w niej ustawienia dotyczące czę- związanych z torem odbiorczym. Istotnym wyjściowej (0dB) oraz głębokości modulacji
stotliwości pracy nadajnika i odbiornika. W parametrem jest szerokość pasma filtru pas- FSK (30kHz).
tym przypadku jest to 433MHz, gdyż na taką mowoprzepustowego  została ona ustawiona Procedura odbioru składa się z szeregu
częstotliwość dobrane są elementy modułu na 67kHz, oraz wzmocnienie przedwzmac- operacji, przedstawionych na diagramie czyn-
RFM12. Włączana jest kolejka FIFO (First niacza, które ustawiono na maksimum, tj. ności  rysunek 2. Początkowo uruchamiany
Input First Output) oraz wewnętrzny rejestr 0dB. Określana jest też siła sygnału, przy któ- jest tor odbiorczy poprzez zapis komendy
danych, a dodatkowo należy też wybrać rej jest ustawiana wewnętrzna flaga DRSSI. Power Management Command, z ustawionym
pojemność obciążającą zastosowany kwarc. Składa się ona wraz z innymi flagami CR_ bitem er (Enable Receiver). Następnie, zapi-
Wstępnie wyłączany jest zarówno nadajnik, LOOK (Clock Recovery Look) oraz DQD sywana jest komenda FIFO and Reset Mode
jak i odbiornik, komendą Power Management (Data Quality Detector) na sygnał VDI (Valid Command, z ustawionym bitem ff (FIFO fill).
Command (0x8200). Dodatkowo wyłączam Data Indicator), który jest używany m.in. do Po czym następuje cykliczne sprawdzanie,
nieużywane wyjście zegara, którego prze- rozpoczęcia napełniania kolejki. Odbiornik czy odebrano bajt. Jest to realizowane komen-
znaczeniem jest taktowanie np. proceso- konfigurujÄ™ tak, aby koniunkcja wszystkich dÄ… Status Read Command (0x0000) i testowa-
ra. Komenda Frequency Setting Command trzech flag składała się na VDI. Data Filter nia bitu FIIT. Jeśli bit jest ustawiony, nastę-
(0xA000) jest bardzo istotna  za jej pomocą Command (0xC200) określa sposób odzyska- puje odczyt odebranych danych za pomocą
określana jest dokładna częstotliwość pracy nia sygnału zegara (CR_LOOK), polega to Receiver FIFO Read Command (0xB000), bit
odbiornika i nadajnika. Cały zakres częstotli- na zliczaniu kolejnych przejść 0/1. Tak więc, FIIT zostanie wtedy wyzerowany. Czynność
wości wynoszący 9,525MHz został podzie- zanim jakiekolwiek użyteczne dane zostaną ta powtarzana jest aż do odebrania żądanej
lony ze skokiem 62,5kHz, co pozwoliło na nadane, wysyłany jest ciąg 0/1. Dodatkowo liczby bajtów, składających się na pakiet. Jeśli
uzyskanie 153 kanałów. Ustawienie dwóch ustawiany jest próg DQD oraz filtr cyfrowy. się to stanie, bit ff (FIFO fill) jest czyszczony.
sąsiednich kanałów nie powoduje przenikania Komenda niezbędna przy odbiorze to FIFO Brak wyzerowania tego bitu mogłoby skutko-
sygnału między nimi, nawet jeśli moduły leżą and Reset Mode Command (0xCA00), usta- wać ciągłym napływem danych, nawet przy
obok siebie. Komenda Data Rate Command wia ona m.in. wartość progową liczby ode- braku nadawania.
(0xC600) ustawia prędkość transmisji i zosta- branych bitów, która spowoduje ustawienie Podobna jest procedura nadawania, przed-
ła ona ustawiona na 4800bps, dyktuje to, ile flagi FIIT. Wartość ta zostaje ustawiona na stawiona na diagramie czynności  rysunek
czasu ma program, by przesłać lub odebrać 8. Ponadto ustawiany jest wymóg odbio- 3. Początkowo uruchamiany jest tor nadajni-
kolejny bajt z kolejki. Oczywiście, czym więk- ru słowa/sygnatury składającej się z dwóch ka. Od razu następuje cykliczny odczyt sta-
sza prędkość transmisji, tym mniejszy zasięg bajtów (0x2DD4), a powodującej rozpoczę- tusu (Status Read Command). Jeśli bit RGIT
i większa podatność na błędy. Transceiver cie napełniania kolejki, gdy DVI i bit ff są jest ustawiony, przesyłany jest bajt do kolejki
posiada maleńką 16-bitową kolejkę FIFO, ustawione. Współpracujące transceivery mają nadajnika komendą Transmitter Register Write
która może być i jest używana zarówno możliwość automatycznego odstrojenie się od Command (0xB800). Czynność ta powtarzana
przy transmisji, jak i odbiorze danych. częstotliwości głównej. Umożliwia to lepsze jest aż do wysłania wszystkich bajtów pakie-
Zastosowanie tak małej kolejki jest trochę zgranie nadajnika z odbiornikiem, zwłaszcza tu, w tym bajtów poprzedzających (0xAA),
uciążliwe dla sterownika zajmującego się gdy rezonator kwarcowy nie jest zbyt dokład- preambuły (0x2DD4), właściwej zawartości
obsługą modułu, gdyż musi on naprzemiennie ny oraz przy pracy z wieloma różnymi modu- pakietu, bajtu zaślepki.
badać stan flag oraz odczytywać lub zapisy- łami. Włączenie tej możliwości dokonywane Oczywiście wysyłanie zawartości pakietu
wać kolejkę, co powoduje spadek wydajności. jest za pomocą AFC Command (0xC400). w oryginalnej, niezmienionej postaci nie było-
Kolejna komenda, Receiver Control Command Konfiguracja nadajnika dokonywana jest za by możliwe, bo ciągi zer i jedynek spowodo-
( 0x9000) , pomocą TX Configuration Control Command wałyby rozsynchronizowanie odbiornika i nie
Rys. 2
ustawia sze- (0xB800) i sprowadza się wyłącznie do usta- mógłby on poprawnie odebrać danych. Dlatego
reg opcji wienia mocy też wysyłany
pakiet zamienia-
Rys. 4
ny jest zgodnie
Rys. 3
z regułą 1 do 2
bitów. Zero jest
kodowane jako
01, a jeden jako
10. Pakiet wypo-
sażony jest też w
sumy kontrolne,
zapobi egaj Ä…c
błędnej interpre-
tacji danych.
Zasada dzia-
Å‚ania sieci opie-
ra się na zało-
żeniu, że jeden
moduł musi
władać pozo-
stałymi. Stąd
też specjalny pin
konfiguracyj-
ny, określający,
który moduł jest
władcą (master).
El ekt roni ka dl a Wszyst ki ch Wrzesień 2010
W
r
z
e
s
i
e
Å„
2
0
1
0
53
53
wiada trzem pierwszym war-
stwom modelu OSI, pewność
transmisji nie jest spełniona.
Oznacza to, że w przypadku
błędu dane są odrzucane. Jeśli
władca nie otrzymał żądane-
go stanu wejść któregoś ze
sług, to przyjmuje za niego
stan, w którym żadne wejście
nie jest aktywne (połączone
z masą), wiadomość ta roz-
syłana jest do odpowiednich
modułów w kolejnym cyklu.
Zapobiega to utrzymywaniu
się stanów wysokich na wyj-
Rys. 6
ściach modułów po zerwaniu
Rys. 5
ścia o tym numerze na wyjście o tym samym połączenia z modułem ustającym ten stan.
numerze. Jeśli w danym wierszu jest więcej Inny przypadek  groz
ny jest wtedy, gdy
To władca wysyła pierwszy pakiet, a jego jedynek na danej pozycji, stan wyjścia jest moduł władcy z jakichś przyczyn przestanie
sługa (slave), odbierając go, odpowiada. traktowany jako alternatywa z nich. Wejścia działać, wtedy cała sieć obumiera, a wyjścia
Proces ten trwa bez przerwy, a pasmo sieci jednego modułu mogą być przekazane na wyj- sług po chwili automatycznie przejdą w stan
jest całkiem zajęte, ponieważ gdy tylko moduł ścia różnych modułów lub żadnego. Możliwa zerowy. Ponieważ wszystkie moduły są jed-
odbierze dane, od razu przechodzi do wysyła- jest też dziwna konstrukcja przekazania wejść nakowe, tylko zawartość pamięci EEPROM
nia i znowu do odbioru. Niezaprogramowanie na wyjścia tego samego modułu, np. w celu lub stan pinu konfiguracyjnego decyduje o
pamięci EEPROM umożliwia prostą pracę kontroli zestawienia połączenia. Jeśli moduł tym, który moduł jest władcą, a które słu-
dwóch modułów. W konfiguracji tej wejścia nie uczestniczy w wymianie, tj. jego wejścia gami.
jednego modułu dołączone są do wyjść dru- nie są przekazywane na żadne wyjścia i do
giego i na odwrót. jego wyjść nie są przekazywane żadne wej- Montaż i uruchomienie
Moduły mogą też tworzyć większą sieć, ścia, to jest on wyłączany z sieci. Układ można zmontować na płytce drukowa-
przypomina ona wtedy topologię gwiazdy. Rysunek 4 przedstawia opis przeznaczenia nej pokazanej na rysunku 7. Montaż rozpo-
Obrazowo mówiąc, pośrodku znajduje się poszczególnych komórek pamięci. Na rysun- czynamy od wlutowania mikrokontrolerów
władca, a dookoła otaczają go słudzy. Aby ku 5 przedstawiono przykład tablicy routin- (uwaga na właściwe wlutowanie, wyżłobio-
było możliwe takie działanie sieci, wymagane gu. Analizując rysunek, możemy doszukać ne kółko na obudowie mikrokontrolera musi
jest zdefiniowanie statycznej tablicy routingu się następujących tras:  Wszystkie wejścia zgadzać się z tym na płytce drukowanej), a
i umieszczenie jej w pamięci EEPROM pro- modułu 0 przypisane są do wszystkich wyjść kończymy wlutowaniem goldpinów i pod-
cesora władcy. Władcę można utożsamiać modułu 1.  Wszystkie wejścia modułu 1 stawki pod moduł RFM. Do modułów RFM
z routerem. W tablicy routingu znajdują się przypisane są do wszystkich wyjść modułu lutujemy dostarczone razem z nimi ante-
wytyczne dotyczące tego, który pin jakiego 0.  Wejścia 6 i 8 modułu 3 przypisane są do ny. Po upewnieniu się, że wszystko zostało
modułu ma zostać przekazany, na które wyj- wyjść modułu 2 o tych samych numerach. zlutowane poprawnie, wgrywamy oprogra-
ście jakiego modułu. W tej konfiguracji modu- Dodatkowo, wejścia modułu 3 o numerach 1, mowanie (można je ściągnąć z Elportalu)
ły muszą być kolejno ponumerowane, nume- 3, 5, 7 przypisane są do wyjść o tych samych do mikrokontrolera  jeśli jeszcze go tam
racji należy dokonać samodzielnie, wpisując numerach modułu 4.  Wejścia 1 4 modułu 2 nie ma. Napięcie zasilające moduł powinno
odpowiednie wartości do pamięci EEPROM przekazywane są na wyjścia o tych samych być stabilizowane, w zakresie 2,7 5V  w
każdego modułu. Identyfikator modułu sługi numerach, modułu 4.  Na stan wyjść modułu czasie programowania 5V. Rysunek 8 poka-
musi być z przedziału wartości 1 8, a wład- 4 składa się alternatywa odpowiednich wejść, zuje połączenie układu. Szczególną uwagę
cy  musi być równy 0. Oczywiście w sieci modułów 2 i 3.  Wejścia 1 5, 7 zwracamy na poprawność zapro-
na tym samym kanele nie może być dwóch modułu 6 przypisane są do wyjść gramowania FuseBits, bez zapro-
modułów o tym samym identyfikatorze. W o tych samych numerach modułu gramowania których program na
sieci musi być jeden władca, czyli moduł o 2.  Dodatkowo, wszystkie wej- pewno nie będzie działał popraw-
identyfikatorze 0. Brak władcy uniemożliwia ścia modułu 6 przekazywane są nie. W wariancie z dwoma modu-
działanie sieci  słudzy nie mogą komuniko- na wszystkie wyjścia modułu 7. łami nie jest konieczne programo-
wać się między sobą bezpośrednio.  Moduł o identyfikatorze 5 i 8 nie wanie pamięci EEPROM, w tym
Tablica routingu ma kształt tabeli o takiej uczestniczy w wymianie, więc nie przypadku w jednym z modułów
samej liczbie wierszy, co kolumn. Kolumn musi być go w sieci. Obrazowo Rys. 7 wystarczy zewrzeć pin 23 (ozna-
i wierszy jest dziewięć, czyli tyle, ile może przedstawia to rysunek 6. czanie P1 na PCB) procesora z
Rys. 8
być maksymalnie modułów w jednej sieci. Władca, czyli moduł o iden- masą, nadając mu w ten sposób
Identyfikatory kolumn i wierszy odpowiadają tyfikatorze 0 i wpisanej zawar- funkcję master. Jeśli zdecydu-
identyfikatorom modułów. Kolumna o danym tości tablicy routingu, odpytuje jemy się na wgranie ustawień do
identyfikatorze odpowiada wejściom modułu kolejno wszystkie moduły, znaj- pamięci EEPROM, uzyskamy
o tym identyfikatorze, a wiersz wyjściom dujące się w sieci, o stan ich możliwość zdefiniowania sta-
modułu o identyfikatorze wiersza. Komórka wejść. Stan wejść tych modułów tycznej tablicy routingu, fizycz-
pamięci występująca na przecięciach wierszy jest buforowany w celu póz
niej- nego i wirtualnego kanału pracy
i kolumn określa, które piny z wejścia mają szego przekazania na wyjścia oraz identyfikatora urządzenia.
być przekazane na wyjście. Wpisanie jedynki innego modułu. Ponieważ sieć Szczegóły dotyczące zawar-
na danej pozycji powoduje przekazanie wej- tworzona poprzez moduły odpo- tości pamięci EEPROM były
Wrzesień 2010
W
r
z
e
s
i
e
Å„
2
0
1
0
El ekt roni ka dl a Wszyst ki ch
54
podawane wcześniej. Zwarcie wcześniej oma- pod transceiver były słabej jakości, co skutko-
Wykaz elementów
wianego pinu z masą ma większy priorytet wało spadkiem napięcia uniemożliwiającym
R1,R2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10k©/SMD/0805
niż zaprogramowane ID modułu w pamięci poprawną pracę transceivera. Poszukiwania
C1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10µF/SMD/1206
EEPROM. Tak więc zalecane jest wypełnie- ewentualnej przyczyny niedziałania należy
C2-C4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100nF/SMD/0805
nie obszaru tablicy routingu zerami, nawet rozpocząć od sprawdzenia napięcia na sty-
D1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . SM5818M
dla modułów typu slave. Razem z plikami kach zasilania transceivera (trzeba dokładnie
US1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ATmega8L
wsadowymi przygotowałem też obraz pamięci zmierzyć napięcie na płytce transceivera, w
M1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . RFM12-433-D
EEPROM, ułatwiający stworzenie wymaga- miejscu wlutowania goldpinów, pin pierwszy
CON1,CON2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . goldpin 1x8
nych ustawień. Tablica routingu w module i ostatni od strony układu scalonego), powin-
CON3,CON4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . goldpin 1x2
typu slave (ID: 1 8) nie będzie normalnie uży- no ono być równe napięciu zasilania układu.
Dwurzędowe gniazdo pod małe goldpiny
wana, można ją jednak aktywować bez zmian Zazwyczaj dociśnięcie pomaga. Oczywiście
w pamięci EEPROM, zwierając wcześniej transceiver wkładamy tak, aby pokrywał się
Komplet podzespołów z płytką jest dostępny
omawiany pin do masy. Wtedy moduł stanie z płytką drukowaną, a nie wystawał poza
w sieci handlowej AVT jako kit szkolny AVT-2956.
się modułem master i zacznie używać tej nią. UWAGA! Wlutowanie transceivera bez
tablicy. Możliwość taka może być potrzebna podstawki uniemożliwi póz
niejsze zmiany kiem że są umieszczone nie dalej jak 20cm.
w przypadku awarii wcześniejszego modułu pamięci EEPROM. W przypadku większych odległości zalecane
master. Po zmianie ustawień pinu moduł nale- Maksymalny prąd, jaki może być pobie- jest stosowanie transoptorów, a w przypadku
ży zrestartować. Przypominam, że w sieci nie rany z wyjścia modułu nie może przekroczyć prądu przemiennego zalecane jest stosowanie
mogą równocześnie pracować dwa moduły 5mA. Na wyjściach nie powinny pojawiać się transoptorów z dwoma diodami (np. PC814),
typu master (na tych samych kanałach).  obce napięcia wymuszające przepływ prądu. dodatkowo na wejściu modułu wykorzystać
Sieci wirtualne to tylko dodatkowe zabez- W przypadku sterowania np. oświetleniem filtr tłumiący tętnienia. Jeszcze raz przypomi-
pieczanie przed przeniknięciem sygnału z należy we własnym zakresie dodać matry- nam (dla wystraszonych), że moduły mogą
innej sieci w przypadku, gdy dwie sieci na cę tranzystorów (ULN2803A) wzmacniającą pracować bez jakiejkolwiek ingerencji w
tym samym kanale fizycznym znajdÄ… siÄ™ z prÄ…d oraz przekaz
niki lub tyrystory (nie są to pamięć EEPROM procesora.
jakichś przyczyn obok siebie. Wtedy żadna skomplikowane obwody). Do wejść modułu Ustawiając moduły, należy pamiętać, że
sieć nie będzie działać. Jeśli spodziewamy się nie doprowadzać  obcych napięć. Wejścia są największy zasięg uzyskamy, ustawiając ante-
natłoku sieci z tymi modułami, powinniśmy podciągnięte do plusa zasilania, w takim przy- ny w tej samej polaryzacji, czyli równolegle
zmienić domyślne ustawienia kanałów. padku ich stan jest nieaktywny i odpowiada do siebie w obu płaszczyznach.
I tu bardzo ważna uwaga przy wkładaniu stanu niskiemu na wyjściu. Do wejść można Szymon Janek
transceiverów. Przynajmniej moje podstawki bezpośrednio dołączyć przyciski, pod warun- [e-mail]
R E K L A M A
W
r
z
e
s
i
e
Å„
2
0
1
0
El ekt roni ka dl a Wszyst ki ch Wrzesień 2010
55