راه‌اندازی ماژول ارتباط بی‌سیم زیگبی ProBee ZE10

مقدمه

استاندارد زیگبی (ZigBee) یا همان IEEE 802.15.4 یک استاندارد ارتباط بی‌سیم است که هدف آن ایجاد شبکه‌های ارتباطی مبتنی بر حسگر، با نرخ ارسال پایین، توان مصرفی پایین، امنیت و اطمینان بالا و هزینه‌ی پایین است. چندین ماژول ارتباط بی‌سیم‌ بر اساس این استاندارد ساخته شده‌اند که در ادامه به معرفی یکی از آن‌ها خواهیم پرداخت.

با ZE10 آشنا شوید!

ماژول ProBee ZE10 یکی از همین ماژول‌های ارتباط بی‌سیم است که از تکنولوژی زیگبی (ZigBee) بهره می‌برد و می‌تواند به شما این امکان را بدهد که یک شبکه‌ی ارتباطی گسترده و امن ایجاد کنید.

بدیهی است که برای برقراری یک ارتباط بی‌سیم حداقل به دو ماژول نیاز خواهید داشت. برای راه‌اندازی ماژول ZE10 شما باید از قبل با مفاهیم ارتباط سریال و UART آشنایی داشته باشید پس اگر نخستین بار است که با این واژه‌ها مواجه می‌شوید باید در اولین دوربرگردان بپیچید و در مسیر بازگشت به دنبال تابلوی UART بگردید!

حالا فرض می‌کنیم که شما با مفاهیم فوق آشنا هستید و از طرفی چون آه نداشته‌اید که با ناله سودا کنید یا اینکه صرفاً قصد بررسی اولیّه‌ی این ماژول را داشته‌اید، تنها یک عدد ماژول ZE10 تهیه کرده‌اید؛ آن هم مدل ZE10C که آنتن آن به صورت یک چیپ [قطعه‌ی سیاه‌رنگ] بر روی آن تعبیه شده است و برای مصارف با برد کوتاه مناسب است و نیازی به صرف هزینه‌ی اضافی برای خرید آنتن ندارد. البته مدل‌های مختلف این ماژول تفاوتی از لحاظ نحوه‌ی راه‌اندازی ندارند.

دست به کار شوید!

خوب، حالا وقت آن است که آستین‌های خود را بالا بزنید و تکانی به خودتان بدهید.

قبل از این که به ماژول دست (یا حتی پا) بزنید باید الکتریسیته‌ی ساکن نهفته در وجود مبارک خویش را از طریق برقراری تماس با یک جسم فلزی نسبتا بزرگ (مثل یک میز یا صندلی فلزی) تخلیه کنید تا بتوانید با خلوص نیت با این ماژول دوست داشتنی و نسبتاً معصوم کار کنید. همچنین بد نیست بدانید که تمام پایه‌های این ماژول با سطح ولتاژ 3.3 ولت کار می‌کند پس حواستان را خوب جمع کنید که با وارد کردن ولتاژهای بالاتر موجب سوختن و از بین رفتن این موجود باارزش نشوید.

بهتر است قبل از هر اقدام عجولانه نگاهی به آرایش پایه‌های ZE10 بیندازیم:

برخلاف آن چیزی که در نگاه اول به نظر می‌رسد، اکثر پایه‌های این ماژول در کارهای مورد نظر ما به هیچ دردی نمی‌خورند و تنها پایه‌های مورد علاقه‌ی ما همان پایه‌های تغذیه یعنی +3v3 و GND و پایه‌های مربوط به ارتباط سریال غیرهمزمان یا همان UART یعنی پایه‌های UART_RXD و UART_TXD است. لازم به ذکر است که تمام پایه‌هایی که نامشان GND است به هم متصل هستند و فرقی نمی‌کند که از کدامشان استفاده‌ می‌کنید.

از آنجا که تشریح عملکرد سایر پایه‌ها از حوصله‌ی این مقاله خارج است، به شما اکیداً توصیه می‌کنم که به دیتاشیت (Datasheet) و دفترچه‌ی راهنمای (User Manual) این ماژول که در سایت شرکت سازنده‌ی آن به صورت PDF برای دانلود قرار داده شده است مراجعه کنید. (البته خودتان به زودی متوجه خواهید شد که مجبورید این کار را بکنید!)

http://www.senanetworks.com/ze10c-00.html?sc=14&category=3978

شما برای کار با این ماژول علاوه بر خلوص نیت به یک پورت سریال نیاز دارید. اگر کامپیوتر (یا همان رایانه‌ی) شما ذاتاً مجهز به پورت سریال است باید خروجی RX و TX آن را به تراشه‌ی SP3232 یا MAX3232 تحویل بدهید تا خروجی 3.3 ولت به شما تحویل دهد همچنین می‌توانید از آی‌سی MAX232 با سطح ولتاژ 5 ولت استفاده کنید.

حواستان باشد که هرگز پورت‏های سریال روی خود کامپیوتر یا لپ‏تاپ را مستقیماً به میکروکنترلرها و ماژول‏ها وصل نکنید چون سطح ولتاژ پورت سریال کامپیوتر که دارای سوکت DB9 است کاملاً با سطح ولتاژ میکروکنترلرها و ماژول‏ها متفاوت است.

در مورد لپ‌تاپ‌ها و کامپیوترهایی که فاقد پورت سریال هستند راه حل آسان‌تری وجود دارد و آن مبدل‌های USB به سریال است که معمولاً سطح ولتاژ آن‌ها 5 ولت یا 3.3 ولت است که به کمک ولت‌متر قابل تشخیص است؛ کافی است سیم سیاه ولت‌متر را به GND و سیم قرمز را به یکی از پایه‌های RX یا TX متصل کنید.

مبدل USB  به سریال ما (همان بورد کوچک نارنجی‌رنگ!) که فقط با یک آی‌سی CP2102 ساخته شده است، اساساً با 3.3 ولت کار می‌کند اما می‌تواند بدون هیچ مشکلی با پورت‌های سریال 5 ولتی هم کار کند.

همچنین میکروکنترلرهایی که دارای قابلیت UART یا USART هستند نیز می‌توانند با رعایت نکات مربوط به سطوح ولتاژ با این ماژول ارتباط برقرار کنند.

اگر مبدل USB به سریال ما تنها از 5 ولت پشتیبانی کند یا بخواهیم یک میکروکنترلر 5 ولتی یا بورد آردوینو را به ماژول ZE10 متصل کنیم طبق شکل زیر عمل می‌کنیم:

مشکل بعدی که با آن مواجه می‌شویم این است که فاصله‌ی پایه‌های ZE10 برابر با 2 میلی‌متر است در حالی که فاصله‌ی سوراخ‌های بردبورد 2.54 میلی‌متر است و نمی‌توان ماژول را روی بردبورد جا زد پس سعی می‌کنیم راه‌حل دیگری برای اتصال آن به بردبورد پیدا کنیم و آن هم ساخت کانکتور به وسیله‌ی سیم و وارنیش است!

در صورت استفاده از وارنیش مواظب باشید که حرارت مستقیم به پایه‌های ZE10 منتقل نشود چون ممکن است باعث ذوب شدن قسمت پلاستیکی آن‏ها شود.

پس از اینکه به تعداد کافی کانکتور ساختید می‌توانید ZE10 را از طریق بردبورد به پورت سریال وصل کنید.

البته چون من مجبور بودم تا به طور مداوم با این ماژول کار کنم تصمیم گرفتم تا ضمن خرید پین هدر 2 میلی‌متری با فیبر مسی و اسید، یک بُرد تبدیل کوچک برای ZE10 بسازم.

توجه داشته باشید که RXها و TXها به صورت ضربدری به هم وصل می‌شوند یعنی UART_TXD مربوط به ZE10 به RX مربوط به مبدل USB به سریال و UART_RXD مربوط به ZE10 به TX مربوط به مبدل USB به سریال وصل می‌شود.  همچنین باید GND مربوط به ماژول به GND مربوط به پورت سریال وصل باشد.

مبدل USB به سریال ما دارای خروجی تغذیه‌ی 3.3 ولت است پس نیازی به تغذیه‌ی خارجی نداریم ولی اگر مبدل USB به سریال شما فاقد خروجی تغذیه‌ی 3.3 ولتی بود می‌توانید از قطعه‌ی LF33CV که یک رگولاتور ولتاژ 3.3 ولتی است استفاده کنید.

شما برای راه‌اندازی ZE10 باید ابتدا آن را پیکربندی کنید مثلاً یک ID برای آن تعریف کنید تا توسط سایر اعضای شبکه شناسایی شود. می‌توانید اطلاعات تکمیلی در مورد پیکربندی ZE10 را در دفترچه‌ی راهنمای ماژول (User Manual) که در سایت شرکت سازنده‌ی این ماژول یعنی www.senaindustrial.com قابل دریافت است پیدا کنید. راه‌اندازی ZE10 از طریق ارتباط سریال و با ارسال دستورات AT Commands است که چون در قسمت اوّل این مقاله قصد تشریح چگونگی پیکربندی ZE10 برای ایجاد شبکه را نداریم شما را به قسمت بعدی این مقاله ارجاع می‌دهم.

آشنایی با نرم‌افزار ProBee Manager

حالا به معرفی برنامه‌ی ProBee Manager می‌پردازیم که به منظور پیکربندی، برقراری ارتباط و ارتقای سفت‌افزار (firmware) این ماژول‌ها طراحی شده است و در سایت شرکت سازنده‌ی ماژول قابل دریافت است:

http://www.senanetworks.com/ze10c-00.html?sc=14&category=3978

فرض می‌کنیم که شما این نرم افزار را دانلود و نصب کرده‌اید. حالا اگر از مبدل USB به سریال استفاده می‌کنید باید ابتدا درایور آن را نصب کنید. برای این کار از طریق Device Manager اقدام کنید:

اگر درایور مبدل USB به سریال را درست نصب کرده باشید، در Device Manager و در زیرشاخه‌ی Ports می‌توانید نام مبدل و در مقابل آن و در داخل پرانتر، نام پورت سریال (در اینجا COM10) را مشاهده کنید.

وقت آن است که وارد نرم‌افزار ProBee Manager شوید و با امکانات مختلف آن آشنا شوید.

پس از ورود به نرم افزار در قسمت Serial Port در بخش Serial line نام پورت سریال را انتخاب کنید و در بخش Flow Control گزینه‌ی None را انتخاب کنید. (بدیهی است قبل از انجام این کارها باید مبدل USB  به سریال به کامپیوتر وصل باشد و ماژول ZE10 هم باید به تغذیه‌ی 3.3 ولت و پایه‌های UART_RXD و UART_TXD به ترتیب به TX و RX پورت سریال وصل باشند.)

پس از اطمینان از صحّت اتصالات، در برنامه‌ی ProBee Manager روی Open کلیک کنید. در صورت برقراری ارتباط موفقیت‌آمیز با ZE10 پیغام زیر ظاهر خواهد شد. (البته محتوای این پیغام چیز دیگری است که درک آن نیاز به این دارد که شما اطلاعات دقیقی در مورد UART داشته باشید ولی به طور کلّی مشاهده‌ی این پیغام با اینکه یک پیغام اخطار است، اتفاق خوبی است!)

پس از برقراری ارتباط، اطلاعات ماژول شما در پنجره‌ی ProBee Manager به شکل زیر ظاهر خواهد شد:

پس از تغییر هر یک از مشخصات ماژول باید روی گزینه‌ی Save کلیک کنید و در نهایت گزینه‌ی Reboot را بزنید تا ماژول پیکربندی شود؛ در غیر این صورت تنظیمات شما در ماژول اعمال نخواهد شد.

نرم افزار ProBee Manager بخش دیگری با عنوان Terminal دارد که می‌توانید دستورات AT Commands را در آن وارد کنید و پاسخ ماژول را مشاهده نمایید. ساده‌ترین دستور همان AT است که در صورت تایپ کردن آن و زدن کلید Enter باید پاسخ OK را از طرف ماژول دریافت کنید.

در صورتی که از میکروکنترلر برای برقراری ارتباط و پیکربندی ماژول استفاده می‌کنید می‌توانید یک رشته شامل دستورات AT Commands را به ماژول ارسال کنید.

مثلاً در برنامه‌نویسی بوردهای آردوینو (Arduino) به کمک کلاس Serial می‌توانید با نوشتن خط زیر دستور AT را به ماژول ارسال کنید:

Serial.print("AT\r\n");

تابع زیر نیز دقیقا همین کار را انجام می‌دهد با این تفاوت که نیازی نیست شما عبارت \r\n را بنویسید بلکه خود تابع این کار را انجام می‌دهد:

Serial.println("AT");

برای تهیه‌ی این مقاله زمان، انرژی و هزینه‌ی قابل توجهی صرف شده است؛ لطفاً در صورت استفاده از این مقاله، برای حمایت از نویسنده و جهت فراهم آوردن امکان ادامه فعالیت پایگاه فناوری تابین، لینک زیر را در رسانه یا مقاله‌ی خود قرار دهید: