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Application Note FBEE
Comunicação Serial Wireless
REV01
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1. INTRODUÇÃO
Aplicações com redes sem fio vêm se tornando bastante comuns. De aplicações industriais a projetos específicos, criou-se enorme expectativa quanto à capacidade dos dispositivos se comunicarem wireless, ou seja, sem fio. O maior desafio é conseguir atender a estas expectativas e apresentar um baixo custo para o desenvolvimento e implementação dos projetos. Com o FBee Kit e os protocolos de comunicação sem fio disponíveis pela Microchip, é possível alcançar estes objetivos de uma forma simples e rápida.
Os protocolos MiWi™ Wireless Networking Protocol e MiWi™ P2P Wireless Protocol são uma variação do padrão IEEE 802.15.4™ e utilizam o transceptor MRF24J40 da Microchip, para qualquer microcontrolador da Microchip de 8, 16 ou 32 bits com SPI (Serial Peripheral Interface). Os protocolos são gratuitos e foram desenvolvidos para promover comunicação com baixa taxa de dados, pequena distância, e redes de baixo custo. Baseada no IEEE 802.15.4™ para redes sem fio pessoal (WPANs), a pilha MiWi fornece um modo alternativo de comunicação sem fio de fácil uso. É possível realizar aplicações de redes de pequeno porte com transferência de informações entre os dispositivos da rede com alguns hops (pulos).
Esta aplicação consiste em demonstrar um sistema de comunicação serial sem fio em tempo real focado no protocolo de comunicação MiWi P2P da Microchip juntamente com o FBee Kit. Neste exemplo haverá dois dispositivos formando uma rede P2P. Eles se comunicarão através do programa HyperTerminal utilizando o módulo serial RS232. O funcionamento é parecido com o do programa Messenger, onde cada usuário digita uma mensagem e a envia à outra pessoa que está comunicando.
Este documento tem o objetivo de demonstrar a eficiência do FBee Kit trabalhando com protocolos de comunicação wireless e mostrar um exemplo de aplicação wireless através de um simples protocolo P2P.
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2. FBEE KIT
O FBee Kit permite que sejam desenvolvidas aplicações para soluções sem fio (wireless). O kit contém duas placas de aplicação e dois módulos FBee com o transceptor MRF24J40 de 2.4GHz que podem ser usados para formar uma simples rede wireless com dois nós. É possível ter uma rede com maior número de dispositivos adquirindo outros FBee kit ou outros módulos FBee.
Figura 1: FBee Kit
3. PROTOCOLO MiWi P2P™
O protocolo MiWi™ P2P Wireless Protocol permite que sejam feitas aplicações sem fio para redes PAN (Personal Area Network) com topologias estrela (star) ou ponto a ponto (Peer-to-peer). Além das capacidades básicas de comunicação, o protocolo MiWi™ P2P dispõem funcionalidades como Active Scan, Energy Scan, Frequency Agility e Sleeping Device. A versão em que esta aplicação se baseia é a primeira pilha que suporta as interfaces MiMAC e MiApp da Microchip.
A interface MiMAC permite a troca de transceptores RF da Microchip com simples definições na camada de aplicação. Para esta versão, tanto o transceptor MRF24J40 de 2.4GHz padrão IEE 802.15.4 da Microchip, e o MRF49XA que trabalha abaixo de faixas de GHz, também fornecido pela Microchip, são aceitos pela pilha. Nesta aplicação, trabalharemos com o MRF24J40, que é o transceptor do módulo FBee.
A interface MiApp permite a troca de protocolos de comunicação wireless da Microchip com simples definições na camada de aplicação. Para esta versão, o protocolo MiWi™ P2P Wireless Protocol é aceito. O protocolo MiWi™ mesh networking protocol também poderá ser
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MiWi Wireless Networking Protocol Stack P2P é necessário que o usuário instale uma versão do MPLAB da Microchip (www.microchip.com), o compilador C18 (www.microchip.com), o arquivo do protocolo MiWi e os arquivos de definições no computador.
4. PROGRAMA
Para esta aplicação, serão necessários dois dispositivos de rede wireless (nós). Como o FBee Kit já está configurado para esta aplicação, não será necessário qualquer alteração no hardware. É necessário instalar a pilha MiWi™ P2P em seu computador. O arquivo executável chama-se MiWi P2P-v2.1.1 e pode ser baixado gratuitamente no site da Microchip (www.microchip.com). Após executar o arquivo, será criado todo o diretório necessário para a pilha, que estará dentro da pasta Microchip Solutions\P2P. Será preciso, também, que o compilador C18 seja da versão 3.31 ou outra que suporte o extended mode. O arquivo executável para este compilador também se encontra no cd de documentação.
A configuração peer-to-peer é a forma de comunicação mais simples, com apenas um dispositivo conversando diretamente com outro dispositivo. Para esta aplicação, utilizaremos o código Simple Example que foca na simplicidade da pilha MiWi™ P2P. Com menos de 30 linhas de código em linguagem C para rodar a camada de aplicação, é possível criar uma conexão wireless estável entre dois dispositivos.
Abra o firmware Simple Example que se encontra no diretório criado na instalação e que se encontra na pasta Microchip Solutions\P2P\P2P Node (1 ou 2).
Figura 2: Programa Simple Example Node 1
Abra o arquivo SimpleExampleNode1. A primeira alteração necessária é configurar o programa para trabalhar com o PIC18F4620. No workspace do programa se encontra a pasta Linker Script contendo o arquivo linker para o PIC18F87J11. Remova este arquivo e adicione o arquivo 18f4620_e.lkr assim como a figura abaixo:
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Figura 3: Adicionando o arquivo linker para o PIC18F4620
Além disso, será necessário selecionar o microcontrolador PIC 18F4620. Na janela Configure>Select Device selecione o PIC para a aplicação.
Figura 4: Selecionando o PIC18F4620
Outra configuração necessária é a definição do hardware. Como a placa de aplicação FBee Kit é compatível com o módulo PICDEMZ da Microchip, faremos a referencia de
hardware como PICDEMZ. No arquivo HardwareProfile.h, faça a definição do PICDEMZ e não mais o EXPLORER16, como mostra a figura abaixo:
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Figura 5: Definição do Hardware para o FBEE KIT
Seguindo com o programa, temos todas as configurações iniciais feitas, declaração de variáveis e constantes, inclusão de arquivos, assim como qualquer outro programa.
Na função void main (void) temos a iniciação do sistema e do protocolo e em seguida um loop infinito (while(1){...}). Esta parte do programa é a que nos interessa. É onde faremos o processamento das informações recebidas e onde faremos a transferência de mensagens.
Primeiramente temos o processamento das informações recebidas. É feito um o teste if( MiApp_MessageAvailable( ) ) para saber se houve alguma nova mensagem disponível. Os dados recebidos são guardados no Buffer de recepção MesageRcvd[ ] até que o buffer atinja o máximo de 100 Bytes ou que seja recebida a tecla ENTER. Após ter recebido todos os bytes da mensagem, podemos então imprimi-la na tela do Hyper Terminal.
Para a recepção, faremos:
if(MiApp_MessageAvailable()) {
//sim, dados recebidos LED_2 ^= 1;
//se recebeu um ENTER ou a mensagem contém 100 Bytes, habilita escrita da mensagem na tela
if((rxMessage.Payload[0]=='\r')||(j==100))skpMsg=1;
//se não, apenas guarda a informação no vetor de recepção else {
MesageRcvd[j]=rxMessage.Payload[0]; //incrementa ponteiro do vetor de recepção j++;
}
//descarta mensagem do buffer de recepção MiApp_DiscardMessage();
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Na transmissão, as teclas recebidas do HyperTerminal são simplesmente transmitidas ao outro módulo. Para a transmissão faremos:
//mensagem a transmitir?! else if(DataRdyUSART())
{
//SIM, TxMsg recebe dígito teclado TxMsg=getcUSART();
//se primeiro dígito, imprime Dispositivo 1 diz... if(printOK==1){
Printf("\r\x1b[34m\Dispositivo 1 diz:\x1b[36m\n\r");
//desabilita impressao de "Dispositivo 1 diz" da proxima vez printOK=0;
}
//escreve na tela dígito do teclado WriteUSART(TxMsg);
//transmite informação ao outro dispositivo MiApp_FlushTx();
MiApp_WriteData(TxMsg); MiApp_BroadcastPacket(FALSE);
//se apertei ENTER, habilita impressao de "Dispositivo 1 diz" if(TxMsg=='\r'){ printOK=1; //nova linha Printf("\r\n"); } }
A impressão na tela das mensagens recebidas é feito d seguinte forma: //imprime mensagem vinda do dispositivo 2
else if(skpMsg==1) {
//habilita impressão Dispositivo 1 diz... printOK=1;
skpMsg=0;
Printf("\r\x1b[33m\Dispositivo 2 diz:\x1b[36m\n\r"); //imprime dados
for(i=0;i<j;i++){
for(x=0;x<200;x++)for(y=0;y<5;y++); //delay 1000 ciclos WriteUSART(MesageRcvd[i]);
}
Printf("\r\n"); j=0;
}
Neste exemplo, deve ser configurado um endereço MAC para cada um dos dispositivos. Este endereço é configurado no arquivo ConfigApp.h:
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Figura 6: Configuração do Endereço MAC
5. DEMONSTRAÇÃO DA APLICAÇÃO
O monitoramento das mensagens de cada módulo é visto através do módulo serial RS-232. Conecte um cabo serial (DB9) no FBEE kit e no PC (lembrando que serão necessários dois computadores com porta serial). Abra o programa HyperTerminal (Iniciar>Acessórios>Comunicação>HyperTerminal). Conecte utilizando a porta COM1 e o configure para taxa de comunicação de 19200bps, 8bits de dados, sem paridade, 1 bit de parada e sem controle de fluxo, assim como mostra a figura abaixo.
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Ligue os módulos. Eles mostrarão uma mensagem inicial. Para enviar uma mensagem basta digitá-la e apertar a tecla ENTER. O mesmo acontece para o outro módulo e quando recebida uma mensagem, aparecerá na tela o que foi escrito. Um exemplo da aplicação pode ser visto na imagem abaixo:
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