D. PETROVIĆ

1. februar 2022.

Postoje razna rešenja za scenarija gde je potrebna komunikacija dva mikrokontrolera. Pored samog interfejsa, uglavnom ih delimo na žičana i bežična. Kod bežičnih, opet, postoje razlike u razdaljini dva uređaja. Mi smo više puta pisali o radio-modulima, međutim, Silabsov čip iz naslova do sada nismo imali na stolu.

Si4432 je ISM transiver, to jest, koristi se u industrijske, naučne i medicinske svrhe. Porodica Si443x je inače veća, a čipovi se razlikuju po frekvenciji na kojoj vrše prenos. Si4432 može da radi na frekventnom rasponu od 240 do 930 megaherca. Pri maksimalnoj predajnoj snazi od +20 dBm, u idealnim uslovima, upotrebljiv domet može da se ostvari i na razdaljinama do jednog kilometra. Protok podataka ide do 256 kilobita u sekundi, uz neku od FSK, GFSK i OOK modulacija. Čip je izuzetno mali potrošač gde potrošnja direktno zavisi od predajne snage. Kao prijemnik, naravno, trošiće najmanje. Ipak, govorimo o miliamperima. Dok smo kod napajanja, Si4432 radi sa naponima od 1,8 do 3,6 volta, i nije tolerantan na više. Drugim rečima, ako će se koristiti petovoltni mikrokontroler, neophodan je neki level shifter. Si4432 se sa mikrokontrolerom povezuje putem SPI interfejsa. Od tehnikalija, Si4432 poseduje digitalni RSSI, autokalibraciju frekvencije, POR, pa čak i temperaturni senzor.

Postoje određene smernice prilikom dizajniranja ploče, uglavnom oko antene. Kao i kod sličnih uređaja, treba izbegavati trace oko nje, a ako će se koristiti u zatvorenom metalnom kućištu, SMA konektor i eksterna antena se podrazumevaju.

Mi smo za potrebe testiranja nabavili Si4432 u formi modula dimenzija 17×17 milimetara, sa metalnom spiralnom antenom. Modul je svakako bolje rešenje za razvoj projekta, jer QFN20 pakovanje, bez odgovarajućeg alata, nije tako lako zalemiti. O upoređivanju impendanse antene prilikom dizajna i da ne govorimo. Ipak, i modul se pokazao kao malo nezgodan za razvoj projekta, prevashodno zbog pinouta. Modul dolazi sa čak 12 pinova, razmaka 1,27 milimetara, što je krajnje nepodesno kako za prototipske ploče, tako za headere, ali i kratkospojnike uopšte. Elem, odlično rešenje koje smo našli na mreži, a koje smo i mi koristili, jeste ženski header sa dužim pinovima, gde se dva headera lako daju postaviti na svaki drugi pin modula. Drugo rešenje je lemljenje žica direktno na modul. Od ovih pinova, najčešće se koriste čak osam. S obzirom na naponsku logiku, za potrebe naših testova koristili smo dva Pro Minija na osam megaherca i 3,3 volta. Povezivanje ide ovim redom:

GND - GND

VCC - 3,3V (na Pro Mini to je VCC)

SDO - D12 (MISO)

SDI - D11 (MOSI)

SCLK - D13 (SCK)

nSEL - D10 (CS)

nIRQ - D2

SDN - GND

SDN pin koristimo kada želimo da isključimo modul, sa GND je aktivan. Ovaj pin možemo da vežemo i na mikrokontroler i tako upravljamo modulom. nIRQ je interrupt pin, dok su ostala četiri linije SPI interfejsa. Neki moduli dolaze sa pogrešno obeleženim SDI/SDO pinovima, što nije toliki problem. Ako u startu nije moguće ostvariti komunikaciju sa modulom, potrebno je ove žice zameniti. Pinovi GPIO0 i GPIO1 na modulu mogu da se koriste za kontrolu RX/TX transmisije antene. Mi ih u ovom primeru nećemo koristiti.

Za rad sa ovim modulom koristili smo švajcarski nož u bibliotekama vezanim za radio-module, RadioHead. Biblioteku možete preuzeti sa Airspayce sajta (i.sk.rs/358293) ili preko menadžera biblioteka; ključna reč je Sparkfun RadioHead, a koja je zapravo fork gore pomenute. Za Si4432 koristimo RFM22 primere. Razlog tome je što su RFM22 zapravo nazivi Hope modula zasnovanih baš na ovom čipu; drugim rečima, govorimo o jednoj te istoj stvari. Biblioteka nudi više primera pomoću kojih Si4432 možemo da koristimo kao klijent, sever, zatim u Mesh ili ruter okruženju. Takođe, tu su funkcije kojima može da se upravlja predajnom snagom, dodeli adresa, promeni frekventni opseg i slično.

Mi smo u našim primerima ispod koristeći dva Si4432 napravili jedno „Zdravo, Svete” na elektronički način - blinkanjem LED, i to tako što će jedan Pro Mini slati sekvencu u primeru koji sledi.

#include <SPI.h>

#include <RH_RF22.h>

RH_RF22 rf22;

int blinkLed = 0;

void setup() {

Serial.begin(9600);

rf22.init();

}

void loop() {

blinkLed = 1;

rf22.send((uint8_t*)&blinkLed, sizeof(blinkLed));

delay(1000);

blinkLed = 0;

rf22.send((uint8_t*)&blinkLed, sizeof(blinkLed));

delay(1000);

}

Ovaj primer ne treba posebno objašnjavati. Ipak, može da se vidi da se struktura paketa za slanje sastoji iz samog podatka i dodatnog parametra, veličine podatka u bajtovima. Mi svake sekunde šaljemo logička stanja ka drugom Pro Miniju.

Drugi Si4432 je vezan isto, s tom razlikom što smo direktno na pinove Pro Minija vezali jednu LED sa pratećim otpornikom. LED je vezana na digitalni pin 3, a u nedostatku slobodnih GND smo iskoristili D4. U primeru koji sledi dobijen podatak pretvaramo u nešto što se može koristiti za „blinkanje” LED.

#include <SPI.h>

#include <RH_RF22.h>

RH_RF22 rf22;

int blinkLed = 3;

int gndLed = 4;

void setup() {

Serial.begin(9600);

rf22.init();

pinMode(blinkLed, OUTPUT);

pinMode(gndLed, OUTPUT);

digitalWrite(gndLed, LOW);

}

void loop() {

if(rf22.available()){

uint8_t buf[RH_RF22_MAX_MESSAGE_LEN];

uint8_t len = sizeof(buf);

if (rf22.recv(buf, &len)){

digitalWrite(blinkLed, *buf);

Serial.println(*buf);

}

}

}

Prijemnik koji ima funkciju servera može da pošalje povratnu poruku kako bi predajnik (klijent) znao da je poruka primljena. U primerima za RFM22 i postoji takav scenario. Mi smo radi prostora u časopisu takvo nešto izostavili, ali nije zgoreg implementirati ga, da bismo bili sigurni da je komunikacija uspešna.

Neke od funkcija koje mogu biti od koristi:

setTxPow(); //kontrola predajne snage antene

setFrequency(); //postavljanje frekventnog opsega

temperatureRead(); //očitavanje temperature sa samog čipa

Prijemnik sa LED je poslužio i da vidimo do koje razdaljine u realnoj upotrebi dva Si4432 mogu da ostvare komunikaciju. Naprosto smo se udaljavali od predajnika i gledali kada će LED prestati da trepće. S obzirom da naš setup nije polemljen, niti je na prototipskoj ploči, već je sve na žicama, prilično smo zadovoljni dometom. Komplet koji vidite na slici je ostvario uspešnu komunikaciju na razdaljini od oko trista metara. Pri tom, predajnik je bio u kući sa najmanje tri zida ka prijemniku, a prijemnik smo provozali ulicom, dok LED nije prestala da trepće. Verujemo da bi kvalitetno polemljen projekat na otvorenom ostvario daleko bolje rezultate, možda i svih hiljadu metara. Imajte na umu da smo imali „štok” antenu, te da bi sa boljom antenom i domet verovatno bio još bolji. Po online prodavnicama se uglavnom mogu naći plavi primerci modula kao što su naši. Postoje međutim i zeleni, gde su komponente totalno pogrešno postavljene i pločice su bukvalno neupotrebljive; njih izbeći u najširem luku.