Изучаем Arduino: инструменты и методы технического волшебства

Модули ХВее, как правило, соединяют согласно конфигурации Р AN "точка-точка" или "точка-многоточка" (рис. 11.1). Схема "точка-точка" удобна, когда необходимо заменить проводную последовательную связь между двумя удаленными устройствами беспроводной. Конфигурация "точка-многоточка" часто используется для создания распределенных сетей датчиков.

Рис. 11.1. PAN-конфигурации

- 224 -

11.1.1. Радиомодули ХВее

Радиомодули ХВее могут обмениваться данными в последовательном режиме или с помощью интерфейса API. В последнем случае значения с цифровых или аналоговых выводов передаются напрямую. Далее мы рассмотрим работу модулей ХВее в режиме простого последовательного обмена. Последовательные данные, передаваемые одним модулем, приходят в другой, и наоборот. Это позволяет заменить проводной последовательный порт для связи между двумя платами Arduino (или для связи компьютера с платой Arduino) радио модулями ХВее.

Все модули ХВее имеют 20 контактов. В этой главе рассмотрим устройства ХВее серии 1, работающие по стандарту 802.15.4. С их помощью можно реализовать PAN-конфигурации "точка-точка" и "точка-многоточка", но они не поддерживают стандарт ZigBee. У вас могут оказаться и модули других типов, но скорее всего это будут ХВее S 1 (рис. 11.2).

Рис. 11.2. Модули ХВее Series 1

ПРИМЕЧАНИЕ

Следует помнить, что ХВее модули серий 1 и 2 несовместимы друг с другом. Для начинающих я рекомендую модули серии 1, т. к. они намного проще в настройке.

Есть различия и внутри каждой серии. Для большинства модулей выпускаются модификации Pro и non-Pro, они полностью совместимы, но габариты, стоимость, энергопотребление и дальность действия первых больше (примерно 1 миля для Pro и 300 футов для non-Pro[14]). Я рекомендую начинать с более дешевой версии модулей и переходить на Pro, если вам понадобится большая дальность.

Кроме того, существуют модули ХВее для частот 2,4 ГГц и 900 МГц. Частота 900 МГц дает выигрыш в дальности действия, такой сигнал лучше проникает сквозь строительные конструкции, но она разрешена не во всех странах. Модули, работающие на частотах 2,4 ГГц и 900 МГц, несовместимы друг с другом.

- 225 -

Наконец, ХВее-модули поставляются с различными вариантами исполнения антеы: встроенными, внешними, с отдельными антенными модулями и внешними переходниками для антенн. Как правило, внешняя антенна обеспечивает лучшие характеристики, но занимает больше места.

В наших примерах будем использовать модули ХВее серии 1, non-Pro, с рабочей частотой 2,4 ГГц со встроенной антенной, работающие в режиме последовательного обмена данными. Маркировка и назначение контактов модуля приведены на рис. 11.3.

Рис. 11.3. Фрагмент технического описания модуля ХВее Series 1. маркировка и назначение контактов

ВНИМАНИЕ!

Для питания модуля ХВее необходимо напряжение 3,3 В, при подаче питания 5 В модуль выйдет из строя.

- 226 -

11.1.2. Платы расширения для ХВее

Существуют специальные переходники - платы расширения (рис. 11.4 ), позволяющие легко подключить модуль ХВее к плате Arduino. Есть несколько разновидностей ХВее-переходников, обладающих одинаковыми функциями и незначительно отличающихся друг от друга.

Рассмотрим функции плат расширения ХВее.

Arduino Wireless Shield

Sparkfun ХЬее Shield

Cooking Hacks ХВее Shield

Рис. 11.4. Внешний вид различных плат расширения для подключения модулей ХВее

Стабилизатор 3,3 В

Большинство плат Arduino работает от источника 5 В, логические уровни также находятся в диапазоне от 0 (низкий уровень) до 5 В (высокий уровень). Напряжение питания модулей ХВее равно 3,3 В, логические уровни тоже другие. Хотя у Arduino есть встроенный стабилизатор на 3,3 В, его ток недостаточен для питания ХВее-модуля. Поэтому на большинстве ХВее-переходников установлен линейный стабилизатор для питания модуля ХВее.

Согласование логических уровней

Для реализации обмена UART соединяют контакты Тх и Rx платы Arduino и модуля ХВее, однако при этом необходимо учитывать разный логический уровень для Arduino и ХВее. Сигналы нужно привести к одному уровню ( согласовать логические уровни). В различных моделях плат расширения это реализовано поразному.

Светодиодные индикаторы

На большинстве плат расширения установлены два светодиодных индикатора:

+ Associate -мигает, когда модуль работает в режиме последовательного обмена данными;

+ RSSI-загорается на короткое время при получении данных.

- 227 -

Перемычка или переключатель выбора UART

Модули ХВее общаются с Arduino через последовательный универсальный асинхронный приемопередатчик (UART) по контактам Rx и Тх. На многих платах Arduino (кроме Mega и Due) есть один доступный UART, который к тому же осуществляет USB-соединение с компьютером для программирования и отладки. На плате Leonardo тоже один UART (контакты Rx и Тх), но они не дуплексированы, т. к. программный интерфейс USB непосредственно встроен в микроконтроллер.

В случае платы Arduino Uno возникает вопрос: как модуль ХВее и компьютер подключить к одному разъему UART. Схема соединения контактов Rx и Тх (при подключении модуля ХВее через плату расширения) приведена на рис. 11.5.