Bluetooth łączy mikrokontrolery, część 1.pdf

K U R S

Bluetooth łączy

mikrokontrolery, część 1

Specyi cznym rodzajem danych

jest dźwięk zapisany w postaci cy-

frowej. BT jest więc wykorzystywa-

ny w bezprzewodowych zestawach

głośnomówiących przeznaczonych

do telefonów komórkowych. Upo-

wszechniają się także moduły BT,

których zalety można wykorzystać

już w urządzeniach budowanych

samodzielnie. Dodatkowo są one bar-

dzo odporne na wszelakiego rodzaju

zakłócenia. Mogą być zastosowane

wszędzie tam, gdzie jest potrzebna

bezprzewodowa transmisja danych,

przy czym użycie takich modułów

wyręcza programistę z konieczności

panowania nad protokołem. Przy za-

stosowaniu modułów BT należy jedy-

nie ustanowić połączenie i przesyłać

dane, nie martwiąc się o kontrolę

poprawności przesyłanych informacji.

Zajmie się tym układ sterujący mo-

dułem BT. Moduły BT mają zasięg

zazwyczaj do kilkuset metrów. Można

dla nich znaleźć wiele różnorodnych

zastosowań. Większość modułów BT

służących do przesyłania dźwięku

jest wyposażona w interfejsy USB,

RS232 oraz PCM. W artykule zosta-

ną przedstawione dwa przykłady wy-

korzystania modułów BT do bezprze-

wodowej komunikacji ze sobą mikro-

kontrolerów. Ich oprogramowanie ste-

rujące zostało napisane w Bascomie.

Jeden przykład przedstawi system

bezprzewodowego (zdalnego) odczytu

temperatury, natomiast drugi pokaże,

jak zrealizować bezprzewodowy sys-

tem przesyłania sygnałów z czujek

alarmowych do centrali. W drugim

przykładzie transmisja będzie szy-

frowana. W przykładach zawartych

w tym artykule wykorzystane zostały

moduły BT i rmy ConnectBlue, któ-

re były szczegółowo przedstawione

wraz z listą komend AT w EP9/03.

Moduły te mają jedynie interfejs

RS232, przy czym skoni gurowanie

modułu do nawiązania połączenia

jest niezwykle proste. Koni gurowa-

nie modułów odbywa się za pomocą

komend AT – tak jak w modemach

oraz niektórych modułach GSM lub

GPS. Użycie komend AT niezwykle

upraszcza tę czynność. Dodatkowym

Bluetooth (w skrócie BT) zdobywa coraz większą popularność,

świadczy o tym jego coraz częstsze występowanie

w urządzeniach powszechnego użytku. BT można spotkać nie

tylko w komputerach, mamy go już w komórkach i wielu

innych urządzeniach.

atutem użytych modułów BT jest

to, że po koni guracji i nawiązaniu

połączenia interfejs RS232 modułów

staje się „przezroczysty”. Użytkownik

odnosi wrażenie, jakby moduły były

połączone przewodem. Można więc

powiedzieć, że moduły BT i rmy

ConnectBlue tworzą bezprzewodowy

interfejs RS232.

Jedną z cech modułów, które

wykorzystano w drugim przykładzie,

jest możliwość szyfrowania przesy-

łanych danych. Znajdzie ona zasto-

sowanie wszędzie tam, gdzie będzie

wymagane duże bezpieczeństwo

przesyłanych danych. Moduł BT i r-

my ConnectBlue może komunikować

się jednocześnie nie tylko z jednym

(innym) modułem, ale przy pracy

z włączonym trybem „Multidrop” je-

den moduł może jednocześnie komu-

nikować się z wieloma modułami BT

(maksymalnie z siedmioma). W tym

przypadku jeden moduł BT jest mo-

dułem głównym (wielopunktowym)

– „MultiDrop”. Moduł pracujący jako

„Multidrop” automatycznie koni gu-

ruje bezprzewodową sieć BT i roz-

dziela dane do wszystkich modułów

dołączonych. Nie jest wymagane do-

datkowe oprogramowanie przy pracy

modułów BT w tym trybie. W przy-

kładzie pierwszym główny moduł BT

(np. z włączonym trybem Multidrop)

będzie mógł się komunikować bez-

przewodowo z wieloma oddalonymi

od siebie bezprzewodowymi czujni-

kami temperatury.

W dalszej części artykułu posta-

ram się udowodnić, że ich stosowa-

nie jest niezwykle proste. W dwóch

opisywanych dalej przykładach,

w których połączone będą ze sobą

tylko dwa moduły, tryb „MultiDrop”

będzie oczywiście wyłączony. Modu-

ły będą sterowane tylko za pośred-

nictwem mikrokontrolerów. Artykuł

ten ma pokazać sposób wykorzy-

stania BT w prostych projektach.

Zainteresowani przebiegiem trans-

misji danych przez interfejs RS232

pomiędzy dwoma mikrokontrolerami,

a zwłaszcza sposobem interpretowa-

nia odebranych danych, także znajdą

dla siebie w przedstawionych dwóch

przykładach wiele cennych informa-

cji. Moduły BT można zastosować

nie tylko w urządzeniach działają-

cych w oparciu o RS232, ale także

działających z RS422 lub RS485.

Przedstawione dalej przykłady progra-

mów można sprawdzić w praktyce

(bez potrzeby posiadania modułów

BT), łącząc mikrokontrolery przewo-

dem przystosowanym do RS232.

Praktyczne informacje

o wykorzystaniu modułów BT

i rmy ConnectBlue

Moduły BT i rmy ConnectBlue

mogą pracować w dwóch trybach:

w trybie przesyłania danych ( data

mode ) oraz w trybie koni gurowania

modułu za pomocą komend AT ( AT

mode ). Po włączeniu zasilania moduł

BT zawsze domyślnie pracuje w try-

bie wymiany danych. Aby przejść

do pracy modułu w trybie komend

AT, za pośrednictwem których bę-

dzie można dokonać koni guracji,

należy wysłać do modułu odpowied-

nią sekwencję znaków, które zmienią

tryb pracy na AT. Sekwencja przej-

ścia modułu do trybu AT zostanie

dokładnie przedstawiona w opisie

pierwszego przykładu. Moduł BT

może być skoni gurowany jako ser-

wer ( server ) lub jako klient ( client ).

Połączenie modułów BT odbywa się

zawsze pomiędzy serwerem a klien-

tem lub jednym serwerem i wieloma

klientami. Jeżeli inne moduły mają

się włączyć do danego modułu BT,

to ten moduł musi być skoni guro-

Elektronika Praktyczna 7/2004

Specyi cznym rodzajem danych

K U R S

wany do pracy jako serwer. Jeżeli

moduł BT (lub moduły) ma usta-

nawiać połączenie z serwerem, po-

winien zostać skonigurowany jako

klient (klient zawsze ustanawia połą-

czenie z serwerem). Moduł skonigu-

rowany jako klient musi znać adres

modułu serwera, z którym będzie

się łączył oraz jego nazwę. Moduły

BT mają swoje adresy, tak jak mają

je np. karty sieciowe. Moduły irmy

ConnectBlue mają trzy metody wy-

brania serwera, z którym będą się

łączyć. Pierwszą metodą jest znale-

zienie (wyszukanie) serwera. Drugą,

ręczne wpisanie jego adresu i na-

zwy, natomiast trzecia metoda pole-

ga na wyborze serwera z tzw. „listy

ulubionych”, na którą wcześniej zo-

stał wpisany. Moduł BT irmy Con-

nectBlue ma możliwość włączenia

opcji pozwalającej na odbiór danych

z innego modułu BT. Jeżeli moduł

pracuje jako klient i nadchodzi do

niego połączenie z odległego modu-

łu BT, zmienia automatycznie swoją

konigurację tak, by dla przychodzą-

cego połączenia stał się serwerem.

Wspomniana była tzw. „lista ulubio-

nych”. Jest to lista, na którą można

wpisać co najwyżej 10 modułów BT

pracujących jako serwery, z którymi

moduł ten będzie się łączył. Taka

lista może służyć do szybkiego wy-

boru modułów (serwerów), z którymi

klient będzie nawiązywał połączenie,

przy czym jest pomocna, gdy często

jest zmieniany serwer. Kiedy dany

moduł komunikuje się z poszczegól-

nymi modułami, to jest konigurowa-

ny jako master (układ nadrzędny).

Moduł BT pracujący jako master

ma prawa do ustanawiania połą-

czenia z innym modułem BT, do

wykonywania wyszukiwania oraz do

akceptacji połączeń przychodzących

od innych modułów. W przypadku,

gdy moduł BT pracuje jako układ

podrzędny ( slave ), ma prawa do łą-

czenia się do innych modułów BT,

a także jako master do wykonywa-

nia wyszukiwania oraz do akceptacji

połączeń przychodzących od innych

modułów BT. Wszystkie możliwe

parametry i funkcje modułów BT

można skonigurować za pomocą

komend AT. Dostępnych jest 50 ła-

twych w użyciu komend AT. Oczy-

wiście, jak wcześniej pisałem, przed

użyciem komend AT, moduł BT

powinien zostać przełączony z trybu

transmisji danych do trybu AT. Kon-

igurowane parametry oraz tryby pra-

cy modułu BT za pomocą komend

mogą być zapisane w modułach na

stałe (zapisanie w pamięci nieulotnej

modułu) lub mogą być pamiętane,

aż do wyłączenia zasilania modułu.

W przykładach wybrana została dru-

ga opcja, gdyż mikrokontrolery steru-

jące modułami BT zawsze po włą-

czeniu zasilania zaczynają swoją pra-

cę od konigurowania modułów BT.

Nie było więc potrzeby zapisywania

ustawianej koniguracji w nieulotnej

pamięci modułu BT. Dokładny wy-

kaz oraz opis komend modułów BT

irmy ConnectBlue można znaleźć na

stronie www.connectblue.com, a tak-

że w EP9/03 w artykule poświęco-

nym modułom BT tejże irmy.

skonigurowania modułu BT. Jeżeli

konigurowanie BT zakończy się po-

myślnie, dioda LED będzie świeciła

światłem ciągłym, w przeciwnym ra-

zie będzie migała. Ponieważ moduły

BT irmy ConnectBlue posiadają inter-

fejs RS232 zgodny z poziomami na-

pięć -12 V i +12 V (choć nie tylko,

bo mają one także linie interfejsu

RS232 zgodne z poziomami TTL),

zastosowano w układzie dodatkowy

konwerter poziomów MAX232. Dopa-

sowuje on sygnały interfejsu RS232

modułu BT do poziomów akceptowa-

nych przez mikrokontroler. Układ

MAX232 jest typową przetwornicą po-

jemnościową, która zwiększa napięcie

5 V oraz je neguje. Na list. 1 został

przedstawiony program realizujący

serwer temperatury napisany w Ba-

scomie. W pierwszej kolejności zosta-

ją skonigurowane parametry transmi-

sji RS232. Mikrokontroler sterujący

będzie się komunikował z modułem

z domyślnymi parametrami BT, czyli:

prędkość 57600 bd, dane 8-bitowe,

brak parzystości oraz 1 bit stopu.

Aby uzyskać taką prędkość transmisji

interfejsu szeregowego mikrokontrole-

ra, zastosowany został rezonator

kwarcowy o częstotliwości

7,3728 MHz. Taki rezonator gwarantu-

je uzyskanie wymaganej podstawy

czasu dla UART-u. Przy takim wybo-

rze rezonatora błędy transmisyjnej

podstawy czasu nie wystąpią nawet

dla większych prędkości niż 57600

bd. Oczywiście prędkość interfejsu

RS232 modułu BT można zmienić

odpowiednimi komendami AT. Linia

sterująca diodą LED została skonigu-

rowana jako wyjście, natomiast linia,

do której został dołączony czujnik,

jako linia 1-wire. Dodatkowo w pro-

gramie zastosowano odbiór buforowy

danych (z wykorzystaniem przerwania

od odbiornika RS232 i bufora).

W ten sposób uzyskuje się ochronę

przed przeoczeniem znaku otrzymane-

go z RS232. Bufor odbiorczy został

skonigurowany za pomocą instrukcji

conig serialin na wielkość 10

znaków. W programie zadeklarowano

dwie procedury: procedurę sprawdza-

nia poprawności wykonania komendy

AT oraz procedurę pomiaru tempera-

tury. Zadeklarowano także kilka

zmiennych, z których odczyt , s

i uniw służą do interpretacji otrzy-

manych z RS232 znaków, pozostałe

wykorzystywane są przy pomiarze

i obliczaniu temperatury. W dalszej

części programu, linii sterującej diodą

został przypisany alias, dla instrukcji

System bezprzewodowego odczytu

temperatury

W tej części artykułu zostanie

pokazany przykład bezprzewodowego

systemu odczytu temperatury mie-

rzonej w odległym pomieszczeniu.

Na marginesie warto zaznaczyć, że

pomiar jest wykonywany z dokładno-

ścią do 0,1 stopnia. Wykorzystano tu

tylko jeden czujnik temperatury, ale

nie znaczny to, że nie można za-

stosować ich więcej. Układ mierzący

temperaturę pracuje z modułem BT

skonigurowanym jako serwer. Urzą-

dzenie to można więc nazwać „ser-

werem temperatury”. Natomiast urzą-

dzenie odczytujące (bezprzewodowo)

temperaturę zostało skonigurowane

jako klient. Gdyby „serwer tempe-

ratury” został skonigurowany do

pracy w trybie „MultiDrop”, mogłoby

się z nim łączyć wiele końcówek

typu klient. W ten sposób można

zrealizować wyświetlanie mierzonej

przez serwer temperatury w wielu

pomieszczeniach, w których znajdują

się „klienci temperatury”. W przy-

kładzie występuje tylko jeden klient,

więc nie został wykorzystany tryb

„MultiDrop”. Przykładowy system

działa tak, że na zapytanie klienta

serwer dokonuje pomiaru i odsy-

ła wartość zmierzonej temperatury.

Bezprzewodowy odczyt zmierzonej

temperatury jest także możliwy za

pomocą jedynie modułu BT i kom-

puterowego terminala.

Serwer temperatury

Na rys . 1 przedstawiono schemat

ideowy serwera temperatury, którym

steruje mikrokontroler ATMEGA8.

Czujnikiem temperatury jest znany

układ DS1820 z magistralą 1-wire.

Dioda LED sygnalizuje błąd wykona-

nia komendy AT oraz prawidłowość

Elektronika Praktyczna 7/2004

K U R S

Rys. 1. Schemat ideowy serwera temperatury

input zostało wyłączone echo (in-

strukcja input nie będzie wysyłała

zwrotnie otrzymanych znaków) oraz

włączone zostają globalne przerwania,

by działała transmisja buforowa. Jak

pisałem, aby przejść z trybu przesyła-

nia danych do trybu AT, należy do

modułu BT wysłać odpowiednią se-

kwencję znaków. Domyślną sekwencją

znaków (można ją zmienić komenda-

mi AT), które zmieniają tryb danych

modułu BT na tryb AT, jest wysłanie

trzech znaków „/”. Ale to nie wystar-

czy, by wejść w tryb AT. Należy

spełnić jeszcze odpowiednie kryteria

przed i po wysłaniu tej sekwencji.

Przed i po wysłaniu sekwencji zna-

ków „/” przez jedną sekundę nie

mogą być przesyłane przez RS232

żadne znaki. W programie przed wy-

słaniem znaków „/” odczekiwana jest

1 sekunda, a po wysłaniu, dla bez-

pieczeństwa 2 sekundy. Co najważ-

niejsze, cała sekwencja znaków „/”

(czyli wysłanie) „///” musi odbyć się

w czasie nie większym niż 200 ms.

Tak więc wejście modułu do trybu

AT z poziomu komputerowego termi-

nala nie będzie raczej możliwe. Po-

wrót z trybu AT do trybu danych

jest możliwy poprzez wykonanie od-

powiedniej komendy. W dalszej części

programu wysyłane są komendy, na

przykładzie których krótko opiszę, co

będzie się dziać z modułem BT.

Wcześniej przedstawię pokrótce dane

o formacie instrukcji AT i informa-

cjach zwrotnych po ich przesłaniu.

Komenda AT składa się z trzech czę-

ści: preiksu, ciała i zakończenia. Pre-

iksem są zawsze znaki „AT”. Wiel-

kość liter nie ma znaczenia przy

wysyłaniu komend do modułu BT.

Ciałem jest łańcuch znaków składają-

cych się na rozkaz, a zakończeniem

znak CR. Znak CR odpowiada znako-

wi ASCII o numerze 13 i jest równo-

ważny np. klawiszowi Enter . Do mo-

dułów BT mogą być wysyłane także

komendy rozszerzone, których znaki

„AT” są dodatkowo rozszerzone

o znak „*”. W programie większość

wysyłanych komend to komendy roz-

szerzone. Należy także zwrócić uwagę

na to, że parametry komend AT są

oddzielone przecinkami. Jeżeli wysła-

na komenda ma zwrócić ciąg żąda-

nych z modułu parametrów, otrzymy-

wana informacja jest poprzedzona

znakami CR, LF, gdzie CR to znak

potwierdzenia, a LF (kod ASCII 10)

to znak nowej linii. Poprawne wysła-

nie i wykonanie komendy przez BT

jest sygnalizowane wysłaniem przez

BT znaków: CR, LF, „OK”, CR, LF.

Znaki „OK” świadczą o prawidłowym

wykonaniu przesłanej komendy.

W przypadku jakiegoś błędu i niewy-

konania komendy, moduł BT zwróci

CR, LF, „ERROR”, CR, LF – czyli wy-

śle komunikat „ERROR”. Pierwsza

wysyłana w programie komenda

„ate0” wyłącza echo znaków, które

otrzymuje moduł BT. Domyślnie echo

modułu BT jest włączone, ale przy

współpracy z mikrokontrolerem jest

ono wyłączone, gdyż jest niewykorzy-

stywane. Instrukcja print , jeśli nie

jest zakończona znakiem „;” sama

dba o zakończenie wysyłanych zna-

ków znakiem CR. Po wysłaniu każdej

komendy wywoływana jest procedura

sprawdz_stat , która sprawdza, czy

wysłana komenda została poprawnie

wykonana. W procedurze tej na po-

czątku czyszczona jest zmienna od-

czyt typu string . Następnie w pętli

do-loop odczytywane są za pomocą

instrukcji inkey znaki, aż do otrzy-

mania znaku LF. Ma to na celu po-

zbycie się początkowych znaków CR

i LF, które uniemożliwią proste po-

równanie, czy otrzymano znaki „OK”.

W kolejnej pętli do-loop , także wy-

konywanej aż do otrzymania znaku

LF, odbywa się odczyt znaków i za-

pis ich ze zmiennej s do łańcucha

znaków odczyt . Jeżeli otrzymany

znak to „O” lub „K”, to jest on do-

dawany do zmiennej odczyt . Poje-

dyncze odebrane znaki są zapisywane

do zmiennej s . Jeżeli odczytano znak

LF kończący wysłany przez BT ko-

munikat, następuje sprawdzenie, czy

zmienna odczyt posiada znaki różne

od „OK”. Jeśli tak, to znaczy że

otrzymano inne znaki niż „OK”. Na-

stępuje wtedy wejście do nieskończo-

nej pętli do-loop , w której naprze-

miennie co 250 ms zostaje zmieniony

stan diody LED (LED będzie migała).

Wyjście z tej pętli będzie możliwe po

wyzerowaniu mikrokontrolera. Oczy-

wiście ta procedura nie może być

użyta w tej postaci, jeśli po wykona-

niu komendy moduł BT będzie odsy-

łał żądane dane, gdyż będzie to po-

wodowało zawieszenie programu. Na-

leży wtedy napisać nową lub przero-

bić opisaną procedurę, by dodatkowo

umożliwiała odczyt żądanych danych,

wysłanych przez BT po wykonaniu

danej komendy. Kolejne wysyłane ko-

mendy mają znak „*”, czyli są to

komendy rozszerzone. Komenda

„AGDM...” ma pierwszy parametr

równy „1”, który powoduje, że moduł

nie będzie widoczny dla innych mo-

dułów, tzn. inne moduły nie będą od

niego mogły odczytać informacji

o adresie, nazwie, nie będzie możli-

we skorzystanie z komendy wyszuka-

nia modułu itp. Ostatni parametr tej

komendy, jak i w kolejnych komen-

dach oznacza, czy ustawienia dokona-

ne daną komendą będą pamiętanie

w nieulotnej pamięci modułu, czy

nie. Nie ma potrzeby zapisywania

ustawień w pamięci nieulotnej, ponie-

waż jak pisałem, zawsze po włącze-

niu mikrokontrolera będzie on koni-

gurował moduł BT. Tak więc ostatnie

parametry komend mają wartości „0”.

Komenda „AGCM...” z pierwszym pa-

Elektronika Praktyczna 7/2004

K U R S

List. 1. Program realizujący serwer temperatury

‘Serwer Temperatury z Bluetooth

‘Przyklad programu konigurujacego Bluetooth jako serwer wysylajacy na otrzymane

‘zapytanie zmierzona temperature czujnikiem DS1820

‘przesyłanie dany niekodowane

‘Marcin Wiazania

‘marcin.wiazania@ep.com.pl

$regile = „m8def.dat” ‘rejestry mikrokontrolera atmega8

$crystal = 7372800 ‘czestotliwosc taktowania mikrokontrolera

$baud = 57600 ‘informuje kompilator o predkosci transmisji

Conig Pinb.1 = Output ‘linia pb.1 jako wyjscie

Conig Serialin = Buffered , Size = 10 ‘koniguracja by interfejs rs232 uzywal przy odbiorze transmisji buforowej (bufor o wielkosci 10 znakow)

Conig 1wire = Portb.2

‘koniguracja linii pb2 jako 1wire

Declare Sub Sprawdz_stat ‘procedura sprawdzajaca status wykonania wyslanego polecenia at

Declare Sub Pom_temp ‘procedura pomiaru temperatury z rozdzielczoscia 0,1 st. C

Dim Odczyt As String * 5 ‘zmienna string ktora przechewuje odczytanu status z bluetooth oraz z formatowana wartosc temperatury

Dim S As String * 1 ‘pomocnicza zmienna tekstowa

Dim Uniw As Byte ‘uniwersalna zmienna pomocnicza

Dim Bd(9) As Byte ‘tablica

‘przechowujaca wyniki odczytanych pomiarow temperatury z termometru DS1820

Dim T As Integer ‘zmienna przechowujaca zmierzona temperature

Dim T1 As Integer ‘zmienna pomocnicza do obliczania temperatury

Dim Tmp As Byte ‘zmienna pomocnicza do obliczania temperatury

Led Alias Portb.1 ‘przypisanie aliasu led linii pb.1

Set Led ‘wylaczenie diody led

Echo Off ‘wylaczenie echa instrukcji input

Enable Interrupts ‘globalne odblokowanie przerwan

Wait 1 ‘czekaj 1 sekunde

Print „///”; ‘wyslij 3x”/” bez

‘wysylania dodatkowego kodu 13 (CR – enter) – przelacza modul BT w tryb AT z trybu danych

Wait 2 ‘czekaj 2 sekundy

Print „ate0” ‘wyłączenie echa wysyłanych komend

Call Sprawdz_stat ‘sprawdzenie statusu wykonania wyslanej do BT komendy

Print „at*agdm=1,0” ‘modul BT nie bedzie widoczny dla innych modulow BT

Call Sprawdz_stat ‘sprawdzenie statusu wykonania komendy

Print „at*agcm=2,0” ‘wlaczenie przyjmowania i akceptowania polaczen

Call Sprawdz_stat ‘sprawdzenie statusu wykonania komendy

Print „at*agpm=1,0” ‘wylaczenie trybu parowania modulow

Call Sprawdz_stat ‘sprawdzenie statusu wykonania komendy

Print „at*agsm=1,0” ‘wylaczenie bezpieczenstwa polaczen (autoryzacja i szyfrowanie)

Call Sprawdz_stat ‘sprawdzenie statusu wykonania komendy

Print „at*agmsp=0,0” ‘modul BT w nadchodzacych polaczeniach zawsze bedzie probowal stac sie masterem

Call Sprawdz_stat ‘sprawdzenie statusu wykonania komendy

Print „at*agln={034}Server Temp{034},0” ‘nadaje nazwe „Server Temp” modulowi BT

Call Sprawdz_stat