Jste zde

ZigBee vývojové desky Radiocrafts - Test RC2200DK-HCL

Ryston Macro Weil s.r.o., 18. Červenec 2005 - 22:41

Pro vývoj ZigBee aplikací je nejvýhodnější použít jeden z vývojových kitů, které již jsou předprogramovány pro aplikace bezdrátového zapínání a vypínání přístrojů (osvětlení) nebo převodníku RS-232 / ZigBee. Není tedy nutné přímo nic programovat. V následujícím článku jsou uvedeny poznatky z praktického testování.


Vývojové kity firmy Radiocrafts, které distribuuje do České republiky firma Macro Weil, jsou prakticky jedinou možností, jak vyzkoušet ZigBee nebo ho vestavět přímo do Vašeho zařízení bez potřeby cokoliv programovat. Pro tento účel také je k dispozici více typů desek, které sice obsahují stejný hardware, ale jiný předprogramovaný software uvnitř modulů RC2200, které deska obsahuje.

Nabízeny jsou vývojové desky:

  • RC2200DK-HCL ZigBee™-ready Demonstration Kit (již v prodeji) - obsahují předprogramovanou aplikaci bezdrátového spínání osvětlení (případně použitelné pro zapínání/vypínání čehokoliv jiného)
  • RC2200DK-SPPIO ZigBee™-ready Demonstration Kit (v prodeji v průběhu srpna) - tvoří převodník RS-232/ZigBee pro bezdrátové přenášení dat komunikačním standardem ZigBee a s 9pinový D-SUB konektorem RS-232

Obr. 1. Obrázek vývojové desky Radiocrafts (výbava je stejná pro všechny druhy kitů)

Test - RC2200DK-HCL ZigBee™ - Home Control Lighting profile

Uvedená vývojová deska je byla prakticky na trhu první vývojový kit pro přímé praktické použití bezdrátové komunikace prostřednictví ZigBee. Na desce (viz. obrázek 1.) napevno připájený RC2200AT ZigBee modul (s externí anténou) obsahuje program pro ovládání (rozsvícení a zhasínání) osvětlení (Home Control Lighting profile) k jehož funkci se dostanu později.

Popišme krátce samotnou desku (vývojový kit), která obsahuje následující části (viz. obrázek 2.):

  • ZigBee modul RC2200AT - jeho součástí je MCU AVR ATmega 128L a IEEE 802.15.4 RF tranceiver 2.4GHz Chipcon CC2420
  • Napájecí modul - tvořený koaxiálním a svorkovým napájecím konektorem pro 6V se stabilizátorem a indikační zelenou LED (síťový napáječ je součástí balení kitu)
  • Resetovací tlačítko
  • Ovládací tlačítka pro řízení programu
  • Indikační LEDky pro indikaci navázání komunikace mezi moduly a indikaci správné funkce programu
  • Regulační potenciometr pro nastavení MAC adresy modulu
  • ISP a JTAG konektory
  • RS-232 modul - tvořený převodníkem RS-232/TTL a 9pinovým D-SUB konektorem (RS-232 kabel je součástí kitu)

Obr. 2. Rozložení bloků na vývojové desce

Bohužel vývojová deska je hardwarově navržena a připravená pro více verzí vývojových kitů s různými programy a funkcemi, takže některé bloky nejsou daným softwarem nahraným v ZigBee modulu podporovány. Zde je to například blok RS-232, který je zde při přímém používání, tj. bez programování, prakticky na nic.

Součástí dodávky každé desky je síťový napáječ a RS-232 kabel. Bohužel není již přiloženo žádný CD-ROM, protože v ceně kitu je licence pouze na software a ZigBee stack obsažený v modulu a již nezahrnuje knihovny či zdrojový kód pro budoucí programování vlastní aplikace. To je nutné zakoupit zvlášť od firmy Radiocrafts spolu s sortimentem vývojového softwaru za dost vysokou cenu 5000 USD (cena v době psaní článku).

Pro provoz a vyzkoušení dané aplikace je nutné mít alespoň dva moduly označené :

  • SLC/C - zastává funkci koordinátora vytvořené sítě
  • SRC/C - pracuje jako koncové zařízení, které se do sítě připojuje přihlášením se koordinátoru. Do sítě spravované jedním koordinátorem s může tedy připojit jedno nebo více SRC koncových zařízení

Funkce instalovaného programu aplikace

Základní funkce aplikace, nahrané v ZigBee modulu RC2200AT, lze rozdělit na blok navázání koncových zařízení do sítě tvořené koordinátorem sítě a blok samotné praktické aplikace, tj. ovládání (zapínání a vypínání) světel.

Postup navázání komunikace je následující:

  1. Připojení napájení do vývojové desky označení jako SLC/C (zelená LED indikuje funkční napájení desky).
  2. Provedení resetu tlačítkem vedle napájecích konektorů. Po chvíli dojde k rozsvícení oranžové LED na znamenající vytvoření ZigBee sítě.
  3. Připojení napájení do první vývojové desky označené jako SCR/C.
  4. Provedení resetu.
  5. Stlačení spínače 4, v řadě spínačů 6 spínačů, dojde k navázání komunikace této jednotky s koordinátorem sítě (deska SLC). Dojde k rozsvícení zelené LED vedle svítící oranžové.

Pak již postupnými stisky tlačítka číslo 6 dochází k simulovanému rozsvícení a zhasínání zelené LED na desce označené SLC. Deska SCR pracuje jako vzdálený spínač a deska SLC pak jako zdroj osvětlení (lampa).

Testování komunikačních vzdáleností mezi moduly

Praktickou komunikací mezi dvěma moduly jsem úspěšně zkoušel různé vzájemné vzdálenosti v budově:

  1. Komunikace v rámci jedné místnosti tvaru L v přímé i nepřímé (za rohem) viditelnosti v rozsahu 1 až 8 m.
  2. Komunikace přes jednu sádrokartonovou příčku - max. 13 m.
  3. Komunikace přes dvě sádrokartonové příčky - max. 10 m
  4. Komunikace přes cihlovou zeď (tloušťka 30 cm) na vzdálenost 4 m (pravděpodobně i více).
  5. Komunikace z nižšího patra do vyššího vzdálenost cca 4 m (pravděpodobně i více).
  6. Komunikace přes cihlovou zeď (tloušťka 15cm) na vzdálenost 7m (pravděpodobně i více).

Obecně však vždy platilo pravidlo, že náročnější na vzdálenost a překážky v komunikaci je okamžik navazování spojení SRC modulu se statickým SLC. Po navázání komunikace již bylo možné komunikovat až o několik metrů dál než uvedené maximální vzdálenosti v přehledu.

Programování přes ISP rozhraní

ISP rozhraní, jehož konektor je umístěn na vývojové desce (viz. obrázek 2.), slouží k propojení ZigBee modulu s PC a k naprogramování, resp. uložení nového programu do modulu. Přes ISP lze provést přečtění stávajícího programu nebo verifikaci / uložení programu nového. Rozmístění pinů ISP konektoru na desce odpovídá ISP konektoru firemních programátorů mikrokontrolérů ATMEL AVR ATmega. Použít lze i ISP programátory pro MCU AVR ATmega jiných firem, kde je však někdy nutné prohodit pořadí jednotlivých pinů, aby to odpovídalo rozložení pinů ISP konektoru dle následujícího schéma (obrázek 3.). V tomto případě je nejlepší si vyrobit redukci (můj případ). Doporučuji tedy před připojení vždy porovnat rozložení pinů ISP konektoru Vašeho programátoru s uvedeným schéma konektoru na desce a vyvarovat se tak problémům.

Prakticky jsem funkci zmíněného rozhraní vyzkoušel na úspěšném přečtení kódu programu uloženého v modulu od výrobce (firma Radiocrafts). K tomu jsem použil volný program PonyProg2000 (volně k stažení například na stránkách HW serveru), který podporuje širokou škálu obvodů s ISP rozhraním, tedy i MCU AVR ATmega 128L, který je v modulech RC2200AT obsažen. Jak jsem již zmínil výše, součástí koupi vývojové desky již není licence na volné použití knihovny nebo zdrojového kódu programové části ZigBee komunikace (ZigBee stack - Chipcon/Figure 8 Wireless ), který by byl nutný pro vývoj vlastní plné ZigBee aplikace nezávisle na firmě Radiocrafts. V ceně je jen licence na ZigBee stack již nahraný v modulu. Pro vlastní aplikace lze tak hned přímo použít jen hardwarovou část ZigBee komunikace, tj. tranceiver pracující dle standardu IEEE 802.15.4 (viz. více o ZigBee v dalším článku na HW serveru ), který prakticky implementuje radiovou část a umožňuje pak použít i jiné protokoly pracující s daným IEEE 802.15.4 standardem než je ZigBee.

Konkrétně firma Radiocrafts pro neomezený návrh/programování aplikací doporučuje:

  • Radiocrafts RC2200DK Demonstration Kit
  • Chipcon CC2420ZDK ZigBee Development Kit (včetně MAC and Z-Stack licence). Stojí USD 5000, a je k dostání od Chipcon (www.chipcon.com).
  • Programmers Notepad (součástí WinAVR paketu) (volně k stáhnutí na stránkách firmy Atmel)
  • WinAVR GCC C-compiler (volně k stáhnutí na stránkách firmy Atmel)
  • Atmel AVR Studio pro programování obvodů a debugging (volně k stáhnutí na stránkách firmy Atmel)
  • Atmel JTAGICE mk II pro USB (je součástí Chipcon kitu)

Novinka - RC2200DK-SPPIO ZigBee™ - převodník RS-232/ZigBee

V nejbližší době (v průběhu srpna) se v nabídce firmy Radiocrafts i českého distributora, firmy MacroWeil, objeví nové naprogramované moduly a vývojové kity označené jako SPPIO. Ty budou přímo pracovat jako převodníky RS-232 / ZigBee, bez nutnosti cokoliv programovat. Prostě se na RS-232 rozhraní bude přivádět datový sériový signál, který bude okamžitě, v reálném čase, převáděn na ZigBee komunikaci a bezdrátově vysílán. Schéma zapojení SPPIO kitu je na obrázku 3.

Obr. 3. Schéma zapojení kitů SPPIO - převodník RS-232 / ZigBee (detail)

Závěr

Z testování vyplynulo, že vývojový kit označený jako RC2200DK-HCL ZigBee™ je spíše určený pro demonstrační účely ZigBee komunikace pro účely spínání (zapínání a vypínání) zařízení (osvětlení). Pro účely programování lze samotný kit využít jako univerzální kit obsahující periferie a modul s MCU AVR Atmega 128L a RF IEEE 802.15.4 tranceiver 2.4GHz Chipcon CC2420. K programování jsou na desce plně funkční JTAG a ISP (In-System Programming) rozhraní kompatibilní s programátory MCU AVR ATmega. Programové knihovny ZigBee síťové a vyšší vrstvy OSI modelu bohužel nejsou součástí kitu. Pro bližší informace o ZigBee modulech a vývojových kitech lze získat na stránkách firmy Radiocrafts (http://www.radiocrafts.com) nebo zakoupit prostřednictvím českého distributora, firmy Macro Weil (http://www.macroweil.cz/).

Antonín Vojáček
vojacek@ hwg.cz

DOWNLOAD & Odkazy

Hodnocení článku: