microgeek.eu

Po dłuższej przerwie postanowiłem napisać parę artykułów odnośnie ESP8266. Zaznaczam że będą to raczej projekty niż jakieś tutoriale, jednak idealnie zobrazują chociaż kawałek możliwości jakie daje nam ten skromny procek.
Dziś spróbujemy stworzyć wirtualny most pomiędzy 2 urządzeniami, działający jako UART.

UART czyli Universal Asynchronous Receiver and Transmitter jest jednym z protokołów używanych do komunikacji. Jest prosty i bardzo popularny interfejs szeregowy, szczególnie w wypadku komunikacji układu z komputerem. Do podstawowego działania wymagane jest użycie 3 lini: Rx, Tx oraz Masa, ileż prościej by było gdyby można było zastosować taki interfejs bez używania żadnych kabli. To pozwoliło by na bezproblemową komunikację komputera z systemem wbudowanym bez konieczności ciągnięcia czasem długiej wiązki kabli, lub układów komunikujących się w trybie UART. W tym artykule zaprezentowane będzie rozwiązanie, bazujące na module ESP-12, realizujące bezprzewodową wersję interfejsu szeregowego UART.

1. Zasada działania transmisji szeregowej – szczypta teorii

Jak sama nazwa mówi jest to transmisja szeregowa, polegająca na wysyłaniu ciągu bitów, które są następnie składane w paczkę danych. Pojedyncza paczka danych składa się z bitu start, danych, oraz bitu stopu i ewentualnie bitu parzystości jeżeli transmisja jest tak skonfigurowana. Słówko Asynchronous w nazwie informuje że jest to transmisja asynchroniczna, co oznacza że zegar taktujący rytm wysyłania danych nie jest przesyłany do odbiornika, tak jak ma to miejsce np. w SPI czy I2C. Dlatego każdorazowo należy ustawić odpowiednią prędkość w nadajniku i odbiorniku, oczywiście musi być taka sama. Efektem ustawienia różnych prędkości będzie odczytanie złych danych z interfejsu, czyli odbiornik otrzyma tzw. „śmieci” zamiast paczki danych wysłanej przez nadajnik. Transmisja może odbywać się jedno kierunkowo, co oznacza stosowanie tylko jednej linii, Half-Duplex oraz Full-Duplex.

1. ESP-12 i wirtualny UART

Moduł ESP-12 ma sprzętowy interfejs portu szeregowego, co oznacza że na wyjściu będą same dane wysłane przez nadajnik, nie trzeba zawracać sobie głowy bitami startu stopu itd. Jedyne co należy zrobić to skonfigurować ten port.
Kod przedstawiony w listingu nr 1 jest rozwiązaniem problemu przewodowego UART’a, zasada działania jest przedstawiona na schemacie blokowym:



Jak widać, wszystkie dane które przyjdą w pakiecie UDP od razu są pchane na port szeregowy, analogicznie wszystkie dane które nie posiadają w sobie znaku + są pakowane do pakietu UDP i wysyłane do odbiorcy. Komunikacja UDP została zastosowana z powodu prostoty oraz szybkości wysyłania danych. Testy wykazały że przy większej ilości danych wysyłanych pakietami TCP, w pewnym momencie następowało przepełnienie, gdyż czas potrzebny do nawiązania połączenia TCP, wysłania pakietu, oczekiwania na potwierdzenie, ew. retransmisji pakietu oraz zamknięcia połączenia, powodował zbyt dużą ilość danych oczekujących w buforze. Przy wykorzystaniu transmisji UDP każdy znak odczytany z interfejsu wysyłany jest pakietem natychmiastowo, w wypadku UDP nie nawiązuje się połączenia oraz nie trzeba go zamykać. Wadą tego rozwiązania jest możliwość zagubienia pakietu danych. Kontrolę błędów transmisji należało by wykonać programowo, wysyłając na koniec ciągu znaków CRC.
Kod oferuje 9 komend AT, każda komenda rozpoczyna się członem +AT po niej następuje komenda. Każda komenda musi być zakończona znakiem końca linii, dopiero wtedy moduł zaakceptuje komendę i będzie próbować ją przetworzyć. Wysyłanie danych po UDP nie wymaga końca linii, jeżeli przed danymi nie pojawił się znak + to dane będą pchane każdorazowo paczkami UDP do odbiornika.

Sam program jest dosyć obszerny, jedynym ograniczeniem jest brak możliwości stosowania znaku „+” w wiadomościach. Komentarze są przy każdej ważniej części.

1. Komendy

1. Wykorzystanie w praktyce – bezprzewodowy czujnik

Do testu wykorzystamy moduł ESP-12 z kodem przedstawionym powyżej, Arduino Uno R3, oraz potencjometr. Odbiornikiem będzie komputer ustawiony jako serwer UDP na porcie 8080. Odbiornikiem może być każde urządzenie mogące obsłużyć protokół UDP, jednak najlepiej sprawował by się tutaj bliźniaczy moduł ESP-12 z wgranym programem wirtualnego portu szeregowego.
Arduino będzie mierzyć napięcie na wejściu ADC i wysyłać je na interfejs szeregowy, a więc zmiany będzie można zaobserwować
w programie ustawionym na nasłuchiwanie portu 8080.
Najpierw jednak należy skonfigurować wirtualny UART, do tego celu trzeba wysłać 2 komendy, komendę ustawiającą połączenie z siecią WiFi, bez tego żadne połączenie nie zostanie nawiązane, następnie ustawiamy adres odbiornika i możemy zacząć wysyłać dane, w tym przykładzie dane będą tylko wysyłane, nic nie będzie odbierane przez UART.




Przed wgraniem wsadu nie należy podłączać modułu ESP-12 do Arduino, gdyż podłączając moduł do pinów Rx i Tx wgrywanie wsadu nie przebiegnie pomyślnie, najlepiej zrobić to zaraz po wgraniu i zresetować całe arduino. Efektem działania programu będą dane odebrane przez program który nasłuchuje na odpowiednim porcie.


Program sprawuje się bardzo dobrze, wysyła każdy znak jako pakiet. Teraz wystarczy złożyć te dane w jedną zmienną i pomiar ze zdalnego czujnika ADC jest zrealizowany w prosty sposób. Należy w tym wypadku zwrócić szczególną uwagę na to że sam kod czujnika był bardzo krótki, polegał właściwie tylko na konfiguracji interfejsu oraz pomiarach i wysłaniu tego na interfejs szeregowy. Całą komunikacją zajmuje się moduł ESP-12, napisany kod jest na tyle uniwersalny że możemy podłączyć każdy mikroprocesor i/lub czujnik z interfejsem szeregowym. Program ma też swoje wady, jest nim brak możliwości wstawiania znaków „+” w paczki danych, jeżeli to nie jest komenda AT, można też ustawić wysyłanie danych dopiero po otrzymaniu znaku potwierdzenia, może to być znak ‘\0’ albo ‘\n’ ewentualnie ‘\r\n’. Jest wiele możliwości rozwinięcia tego kodu, każdy może przygotować odpowiedni wsad dla systemu, który jest przygotowywany.

Jakub Kisiel

KOPIOWANIE JEDYNIE W CAŁOŚCI I Z PODANIEM LINKU DO ORYGINAŁU