Радиомодули MBee-868: доступ в мир интернета вещей

10 февраля

телекоммуникациисистемы безопасностиучёт ресурсовинтернет вещейСМКстатьяинтегральные микросхемыбеспроводные технологиисредства разработки и материалы

Виктор Чистяков (г. Малоярославец)

Российский производитель СМК предлагает своим клиентам четыре модели беспроводных модулей MBee, работающих в нелицензируемых частотных диапазонах 433, 868 МГц и 2,4 ГГц. Модули разработаны на базе системы-на-кристалле CC430 производства компании Texas Instruments и имеют на борту ПО SerialStar разработки компании СМК.

Технология беспроводной передачи данных всегда была удобным способом обмена оперативной информацией. Создание цифровых стандартов и совершенствование беспроводных технологий сегодня достигли такого уровня, что позволяют эффективно решать некогда сложные задачи.

Особую роль во внедрении инновационных технологий сегодня играют небольшие технологические компании. Они способны наиболее оперативно распознавать возникающие потребности рынка и быстро реагируют на них выпуском перспективных изделий.

Одной из таких компаний является отечественный разработчик и производитель ООО «Системы, модули и компоненты» (ООО СМК). В товарном ассортименте СМК радиомодули представлены под торговой маркой «MBee».

Радиомодули MBee-868

Первый серийно выпускаемый беспроводной модуль этой компании назывался MBee-S1G-2.0 и был разработан еще в 2013 году. В настоящее время СМК предлагает своим клиентам четыре модели MBee. Они используют разные частотные диапазоны, имеют различные конструктивные исполнения и модификации.

MBee работают в нелицензируемых частотных диапазонах 433, 868 МГц и 2,4 ГГц и разработаны для использования в составе беспроводных одноранговых (с равноправными узлами) сетей с топологиями «точка-точка» и «звезда». При использовании ретрансляторов связи возможно создание сетей с еще более сложной и разветвленной конфигурацией.

Работающий в диапазонах 433 и 868 МГц радиомодуль MBee-3.0 (рисунок 1) позиционируется компанией как энергоэкономичный и обеспечивающий в зоне прямой радиовидимости надежное беспроводное соединение на расстоянии до нескольких километров. При использовании внутри помещений MBee-868-3.0 обеспечивает цифровую радиосвязь без использования дополнительных ретрансляторов сигнала на расстоянии в несколько сотен метров. Программируемая выходная мощность передатчика достигает 10 дБм, а чувствительность приемника – до -110 дБм. По утверждению разработчиков, один элемент питания типа АА может обеспечить до 10 лет непрерывной работы.

Рис. 1. Внешний вид радиомодуля MBee-868-3.0

Рис. 1. Внешний вид радиомодуля MBee-868-3.0

Радиомодули MBee-868-2.0 работают только в диапазоне 863 МГц и отличаются мощностью передатчика до 24 дБм. Напряжение питания для всех модулей MBee должно находиться в пределах 1,8…3,6 В.

Основой всех модулей MBee-868 являются системы-на-кристалле CC430 (рисунок 2) производства компании Texas Instruments (TI). На едином кристалле CC430 размещены и тесно интегрированы между собой энергоэкономичный микроконтроллер MSP430, потребляющий 1 мкА в спящем режиме и до 16 мА в рабочем, и цифроаналоговый трансивер СС1101 с РЧ-приемопередатчиком.

Рис. 2. СС430 – микроконтроллер со встроенным радиопередатчиком малой мощности

Рис. 2. СС430 – микроконтроллер со встроенным радиопередатчиком малой мощности

О разноплановых возможностях СС430 позволяет судить его функциональная схема, представленная на рисунке 3 и включающая в себя микроконтроллер MSP430, дополненный РЧ-блоком.

Рис. 3. Блок-схема системы-на-кристалле СС430

Рис. 3. Блок-схема системы-на-кристалле СС430

Основные характеристики микроконтроллера MSP430:

  • Flash-память 32 кбайт;
  • SRAM (ОЗУ) 4 кбайт;
  • аппаратный сопроцессор AES-128;
  • мощный контроллер DMA;
  • 6-канальный 12-разрядный АЦП с дифференциальными и однополярными входами, а также с широким выбором возможных конфигураций источников опорного напряжения;
  • два модуля USART с поддержкой SPI и UART;
  • сторожевой таймер;
  • до 30 линий ввода/вывода;
  • возможность подключения к линиям, настроенным на ввод подтягивающих резисторов как к GND, так и к Vdd;
  • индивидуальное назначение прерываний на каждую линию ввода/вывода;
  • аппаратный отладчик.

Каждому цифровому выводу (порты Р1…Р5) с помощью специальной АТ команды может быть программно назначена любая из функций, используемых MBee-868. В командный режим программирования модуль переводится с помощью системной кнопки или после приема специальной кодовой последовательности (+++). Алгоритмы и режимы работы MBee-868 в составе сети задаются и поддерживаются с использованием протоколов 6LoWPAN и SimpliciTI.

На рисунке 4 представлена схема соединения MBee-868-3.0 с дополнительными компонентами, которых требуется минимальное количество.

Рис. 4. Схема подключения модуля MBee-868-3.0

Рис. 4. Схема подключения модуля MBee-868-3.0

На рисунке 5 представлен типовой вариант назначения внешних выводов по умолчанию. С одной стороны платы модуля MBee-868 размещен РЧ-блок с антенным разъемом типа SMA или UFL. С трех других сторон по периметру распределены 36 выводов, которые оканчиваются штыревыми разъемами PLS2-10 для упрощенной установки MBee на системную плату. В отдельных модификациях модулей (с суффиксом «SOLDER» в обозначении) предусмотрена непосредственная распайка MBee-868 на основную плату.

Рис. 5. Назначение контактов MBee-868-3.0

Рис. 5. Назначение контактов MBee-868-3.0

Программное обеспечение для MBee-868

Для управления действиями MBee-868 в настоящее время разработано второе поколение встроенного ПО под названием SerialStar, а также используются команды формата АТ. Все действия MBee-868 в составе сети основаны на протоколах 6LoWPAN и SimpliciTI. SerialStar предоставляет расширенные возможности для передачи данных от цифровых и аналоговых датчиков. Как правило, это встраиваемое программное обеспечение позволяет отказаться от использования на удаленном узле дополнительного микроконтроллера. Таким образом удается снизить стоимость оборудования, энергопотребление и габариты проектируемых устройств. Вместо этого потребуется лишь выполнить необходимые настройки с помощью команд АТ.

MBee-868 имеет аналоговые и цифровые входы и может находиться в разных рабочих режимах. В режим приема команд MBee переводится с помощью системной кнопки или после приема по радиоканалу кодовой последовательности «+++». ПО SerialStar позволяет удаленно установить режимы работы и состояние по умолчанию для отдельных линий ввода/вывода. Настройка выполняется командами АТ или фреймами API. 

ПО SerialStar

Рассмотрим более подробно основные возможности встроенного ПО MBee-868.

Принятая система адресации отдельных узлов одноранговой сети в программном обеспечении SerialStar включает в себя идентификаторы (ID) сети, системы и узла (модема). Вся команда занимает 5 байт.

В зоне общего РЧ-охвата могут организовываться независимые сети. В них могут создаваться отдельные логические сегменты.

Рис. 6. Рабочий экран ПО SerialStar

Рис. 6. Рабочий экран ПО SerialStar

С помощью SerialStar (рисунок 6) решается целый ряд задач, включая связанные с технологией интернета вещей. Для клиентов CMK впервые появляется возможность самостоятельного (без какой-либо доработки встроенного ПО) проектирования и создания сетей для решения целого ряда задач. К ним относятся:

  • Автоматизированный сбор данных с различных счетчиков, например, для контроля расхода воды, газа, электричества и так далее. Подобная сеть учета данных может включать до 65535 приборов. Общая беспроводная сеть расширяется при разделении ее на отдельные подсети, а также становится еще больше, если использовать разные несущие частоты.
  • Беспроводное управление освещением с повышенной точностью. Для решения подобной задачи в составе СС430 имеются 4 канала ШИМ с высокой разрешающей способностью 1/13000. ПО для MBee-868 может назначить до 4 независимых каналов с ШИМ практически на любые выводы модуля. Данная функция позволяет организовать беспроводное управление яркостью светодиодных светильников.
  • Пожарная и охранная сигнализации с подключением разнообразных цифровых и аналоговых датчиков, контроль температуры и освещенности на удаленных объектах.
  • Замена проводного канала связи в системах промышленной автоматизации и многое-многое другое.

Подобранные разработчиками рабочие режимы для линий ввода/вывода стали результатом обобщения многолетнего опыта, полученного при проектировании оборудования для IoT. Эффективное программируемое использование в MBee-868 встроенной периферии, не требующей отдельного микроконтроллера для управления, позволяет значительно снизить конечную стоимость отдельных узлов и всего комплекта оборудования. Разные линии ввода/вывода в результате программирования СС430 могут становиться цифровыми и аналоговыми, способными выполнять функции аналогового и цифрового ввода/вывода, приемопередатчиков UART и RS-485, счетного входа и выхода с ШИМ. Они способны регистрировать поступающие на вход импульсы для перехода в режим сна или для выхода из него.

Подводя итоги, можно утверждать, что разработчики вложили немало сил, полученных ранее знаний и умений, чтобы обеспечить для клиентов простую и удобную эксплуатацию оборудования, выпускаемого компанией «СМК».

В качестве еще одного достоинства радиомодулей MBee-868 хотелось бы отметить размещенный на сайте в свободном доступе комплект технических описаний. Теоретический и практический курсы достаточно детально и доступным языком описывают практически все особенности аппаратной и программной основы проекта, основные варианты его практического применения с пошаговым разбором действий в отдельных вариантах построения беспроводных сетей различного назначения, начиная с программной прошивки отдельных модулей.

Отсутствие языкового барьера и возможность задать любые вопросы непосредственно разработчикам обеспечивают максимально эффективную сервисную поддержку для всех клиентов компании «Системы, модули и компоненты».

Заключение

Радиомодули MBee успешно обеспечивают беспроводной прием и передачу цифровых данных. Они уже применяются в системах охраны и безопасности, учета и контроля энергоресурсов. Надежная элементная база от Texas Instruments, удобное конструктивное исполнение и развитое многоуровневое ПО позволяют успешно решать как стандартные, так и дополнительные задачи заказчика.

ПО SerialStar, используемое в модулях последнего Поколения, стало результатом многолетних исследований и эксплуатации оборудования и ПО. SerialStar открывает пользователю двери в мир разнообразных функциональных возможностей MBee-868, которые при необходимости можно расширять под специфические требования благодаря настройке и доработке управляющей программы под нужды заказчика. Структура, заложенная в ПО SerialStar, позволяет оперативно и многократно вносить необходимые изменения для создания персонально ориентированной версии, способной выполнять контроль, управление и учет, а также реализовать функции умного дома.

Литература

 Дополнительные материалы

Вебинар

Новости

Статьи

•••

Наши информационные каналы

О компании Системы, модули и компоненты

Российская компания-разработчик ООО «Системы, модули и компоненты» (CMK) начала свою деятельность в 2007 году и специализируется на разработке маломощных беспроводных модулей для всех нелицензируемых диапазонов. Компания CMK имеет свой собственный штат инженеров, готовых оптимизировать свою продукцию под любое применение конечного изделия, при этом срок разработки не превышает двух – трех недель. Также на сайте производителя загружены и находятся в свободном доступе ряд стандартных прошивок п ...читать далее

Товары
Наименование
MBee-868-2.0-WIRE-SOLDER (СМК)
MBee-868-2.0-SMA-PLS12 (СМК)
MBee-868-3.0-WIRE-SOLDER (СМК)
MBee-868-2.0-WIRE-PLS10 (СМК)
MBee-868-3.0-WIRE-PLS10 (СМК)
MBee-868-3.0-RPSMA-SOLDER (СМК)
MBee-868-3.0-UFL-PLS10 (СМК)
MBee-868-3.0-SMA-PLS10 (СМК)
MBee-868-3.0-UFL-PLS12 (СМК)
MBee-868-3.0-RPSMA-PLS10 (СМК)
BOOSTXL-MBEE868-1.1 (СМК)