Изучаем Arduino: инструметы и методы технического волшебства - [56]
Глава 11. Беспроводная связь с помощью радиомодулей ХВее
Для повторения примеров главы вам понадобятся следующие детали:
• 2 платы Arduino (рекомендуется Uno или Leonardo);
• USB-кабели для программирования плат Arduino;
• источники питания для каждой платы Arduino;
• адаптер SparkFun USB ХВее Explorer;
• 2 радиомодуля ХВее Series 1;
• 2 платы расширения ХВее shield;
• кнопка;
• пьезозуммер;
• RGB-светодиод с общим катодом;
• 1 резистор номиналом 10 кОм;
• потенциометр 10 кОм;
• 1 резистор номиналом 150 Ом;
• 3 резистора номиналом 220 Ом;
• набор перемычек;
• 2 макетные платы.
На странице http://www.exploringarduino.com/content/ch11 можно загрузить программный код, видеоуроки и другие материалы для данной главы. Кроме того, листинги примеров можно скачать со страницы www.wiley.com/go/exploringarduino в разделе Downloads.
Настала пора отказаться от соединительных кабелей! При создании устройств на базе микроконтроллеров несложно реализовать беспроводную связь. Есть много
- 223 -
способов для организации беспроводной связи, для плат Arduino проще всего применить радиомодули ХВее, которые производит компания Digi. Модули ХВее работают как беспроводной последовательный порт, что позволяет для связи с ними использовать чтение и отправку последовательных данных, а это мы уже изучили.
В этой главе описана беспроводная связь только модулей ХВее, но мы рассмотрим некоторые важные сведения, которые касаются беспроводной связи в целом.
Радиомодули ХВее позволяют осуществить связь между Arduino и компьютером или между несколькими платами Arduino. Далее мы расскажем об этом подробно.
ПРИМЕЧАНИЕ
Видеоурок по работе с радиомодулями ХВее находится по адресу http://www.jeremyblum.com/2011/02/27/arduino-tutorial-9-wireless-communication/[13]. Этот видеофайл доступен также на сайте издательства Wiley.
11.1. Общие сведения о беспроводной связи ХВее
Название говорит само за себя. Беспроводная связь позволяет связывать и общаться двум и более устройствам без проводов. Беспроводные передатчики передают данные через свободное пространство, излучая электромагнитные волны на определенной частоте. Существуют различные технологии передачи для разных диапазонов, чтобы предотвратить взаимные помехи. Правительственные учреждения, например Федеральная комиссия по связи (FCC) в США, регулируют эти вопросы, публикуя правила распределения частот. Модуль ХВее передает данные на частоте 2,4 ГГц, на которой работают и многие другие устройства, например WiFi-маршрутизаторы. Это диапазон частот ISM (выделенный промышленным, научным и медицинским учреждениям), отведенный для нелицензионного использования беспроводной связи. Модули ХВее соответствуют стандарту IEEE 802.15.4, который содержит перечень правил эксплуатации беспроводных персональных сетей (PAN).
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 -
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.