DXL335 con Arduino FIO

Un semplice progettino per un accelerometro accoppiato a XBee.
Per questa configurazione e' stata scelta una Arduino Fio, purtroppo oramai fuori produzione, una scheda che monta il microcontrollore di Arduino Leonardo accoppiato ad un socket Xbee con un connettore JST per una batteria LiPo e la predisposizione per il pannello solare

Il modulo Xbee non e' presente nella foto per far vedere il socket. il cavo blu in origine era tra DTS di Xbee e D10 per mandare il sleep mode il modulo di trasmissione)

La Arduino FIO si programma tramite FTDI Breakout (i pin devono essere saldati a mano).
L'ADXL e' stato brutalmente saldato ai pin A5, A6 ed A7 per i canali rispettivamente Z,Y ed X mentre per l'alimentazione ho fatto un paio di patch

Come si deve dal confronto con la moneta da due euro la dimesione totale del progetto e' estremamente ridotta (la batteria LiPo e' da 1400 mAh)


Lo sketch e' molto semplice e si limita ad effettuare una lettura analogica su ogni asse (per la conversione in accelerazione si veda questo precedente post) e mandare la lettura sulla porta seriale che e' direttamente collegata, senza modificare niente al modulo XBEE
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void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  Serial.print(analogRead(A7));
  Serial.print("\t");
  Serial.print(analogRead(A6));
  Serial.print("\t");
  Serial.print(analogRead(A5));
  Serial.println();
  delay(100);
}

Intel Edison e Xbee

Connettere una Intel Edison ha una rete Xbee e' piuttosto semplice ed automatico
Dopo aver montato uno shield Arduino Xbee con il relativo modulo radio (gia' programmato) si invieranno e riceveranno i dati sulla connessione seriale /dev/ttyMFD1 (che di fatto cortocircuita i pin Rx/Tx 0 ed 1 di Arduino verso Yocto)

Xbee Stick

Oggi ho provato lo XBee Stick. In estrema sintesi e' un dongle USB con all'interno un trasmettitore XBee

Di fatto non c'e'  differenza tra uno XBee Stick e un Xbee Explorer con montata sopra una trasmittente Xbee (a parte il fatto che lo Stick e' piu' solido)
Dal punto di vista dei costi uno Xbee Stick ZB costa circa 66 euro mentre l'accopiata Xbee Explorer (circa 30 euro) piu' trasmittente Xbee (circa 40 euro) costa poco piu' di 70 euro

La programmazione e' identica a quella di un modulo Xbee standard e funziona anche sotto Linux come seriale virtuale sotto /dev/ttyUSBx

In conclusione lo Stick e' utile se deve essere installato su un PC di acquisizione mentre l'Explorer e' da usare per la programmazione dei moduli Xbee che poi saranno montati su altri dispositivi

Arduino Xbee/GPS Solar Powered con ibernazione

Questo e' uno dei progetti piu' completo a cui lavoro da un po' di tempo a questa parte

Si tratta di un sistema GPS con microcontrollore Arduino e trasmissione dati via Xbee con alimentazione da batteria Lipo e ricarica solare

Penna per riferimento di scala sulla sinistra

I componenti utilizzati sono 

- Arduino Uno

- Adafruit GPS Breakeout (gia' visto in questo post)

- Shield Xbee e Xbee (gia' visto in questo post)

- Solar Charger Shield v2.2. (gia' visto in questo post con le modifiche apportate)

- Pannello solare da 1W (8x10 cm)

- Batteria Lipo da 3000 mAh

- Scatola per esterni 10x6.8x5.0 mm

- Accelerometro ADXL335 (attualmente non in uso)

Il sistema in completo funzionamento (trasmissione dati + acquisizione GPS) consuma circa da 50 a 70 mA. Con ibernazione del sistema GPS ed dello XBee scende intorno a 20 mA

La batteria completamente carica misura 4.1-4.12 V; il limite inferiore a cui il sistema continua ad essere operativo e stabile e' circa 3.65 V
In uso continuativo con la tramissione dati ed il Gps accesi si ha un consumo di 0.03V/ora di esercizio
E' piu' difficile sitmare la ricarica derivante dal pannello solare. A sistema spento, quindi solo in ricarica, in un paio di giornate soleggiate di novembre la ricarica e' stata compresa tra 0.1 e 0.2 V per giorno

Nello sketch seguente l'Arduino acquisisce e trasmette per circa 10 minuti i dati GPS (la trasmissione si attiva solo dopo il fix GPS) ed iberna sia il GPS che la trasmissione per circa un minuto. In queste condizioni, senza ricarica solare, si ha un consumo sulla batteria di circa 0.3 V/h.
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#include <Adafruit_GPS.h>
#include <SoftwareSerial.h>

#define XBEE_SLEEP 9

const int analogInPin = A0; 
int BatteryValue = 0;     
float outputValue = 0;

unsigned long delaytime=250;


//GESTIONE DEL RISPAMIO ENERGETICO
// in max_misure c'e' il valore di quante misure consecutive vengono effettuate
// in sleep_time il numero di millisecondi in cui il GPS deve risultare spento
const int max_misure = 600;
int conta_misure = 0;
unsigned long sleep_time = 60000; //in millesimi di secondo

SoftwareSerial mySerial(3, 2);
Adafruit_GPS GPS(&mySerial);
#define GPSECHO  true
boolean usingInterrupt = false;
void useInterrupt(boolean); 



void setup() {
  Serial.begin(9600);
  GPS.begin(9600);
  GPS.sendCommand(PMTK_SET_NMEA_OUTPUT_RMCGGA);
  GPS.sendCommand(PMTK_SET_NMEA_UPDATE_1HZ);   // 1 Hz update rate
  GPS.sendCommand(PGCMD_ANTENNA);
  //enable DPGS
  GPS.sendCommand(PMTK_ENABLE_SBAS);
  GPS.sendCommand(PMTK_ENABLE_WAAS);

  useInterrupt(true);
  delay(1000);
  mySerial.println(PMTK_Q_RELEASE);

  //setta il pin 9 come controllo dello sleep di XBEE
  pinMode(XBEE_SLEEP,OUTPUT);
  //mette a ground il pin ovvero sveglia la trasmissione
  analogWrite(XBEE_SLEEP,0);
  //digitalWrite(XBEE_SLEEP,LOW);
}

SIGNAL(TIMER0_COMPA_vect) {
  char c = GPS.read();
#ifdef UDR0
  //if (GPSECHO)
    //if (c) UDR0 = c;  
#endif
}

void useInterrupt(boolean v) {
  if (v) {
    OCR0A = 0xAF;
    TIMSK0 |= _BV(OCIE0A);
    usingInterrupt = true;
  } else {
    TIMSK0 &= ~_BV(OCIE0A);
    usingInterrupt = false;
  }
}

uint32_t timer = millis();



void loop() { 
  if (! usingInterrupt) {
    char c = GPS.read();
    //if (GPSECHO)
      //if (c) Serial.print(c);
  }
  if (GPS.newNMEAreceived()) {
    if (!GPS.parse(GPS.lastNMEA()))  
      return;  
  }

  if (timer > millis())  timer = millis();

  if (millis() - timer > 1000) { 
    timer = millis(); // reset the timer

if (GPS.fix)
    {
     //NOME DELLA STAZIONE
    Serial.print("ST01-");
    
    //carica della batteria
    BatteryValue = analogRead(analogInPin);            
    // Calculate the battery voltage value
    outputValue = (float(BatteryValue)*5)/1023*2;
    Serial.print(outputValue);
    Serial.print("-");
    
    //GPS
    if (GPS.hour < 10) Serial.print("0");
    Serial.print(GPS.hour,DEC);
    Serial.print(":");
    if (GPS.minute < 10) Serial.print("0");    
    Serial.print(GPS.minute,DEC);
    Serial.print(":");
    if (GPS.seconds < 10) Serial.print("0");    
    Serial.print(GPS.seconds,DEC);
    //Serial.print(".");
    //Serial.print(GPS.milliseconds,DEC);
    Serial.print(" ");
    if (GPS.day < 10) Serial.print("0");    
    Serial.print(GPS.day, DEC); Serial.print('/');
    if (GPS.month < 10) Serial.print("0");    
    Serial.print(GPS.month, DEC); Serial.print("/20");
    Serial.print(GPS.year, DEC);

    Serial.print("-");
    /*Serial.print(GPS.latitude,4);
    Serial.print("-");
    Serial.print(GPS.lat);
    Serial.print("-");
    Serial.print(GPS.longitude,4);
    Serial.print("-");
    Serial.print(GPS.lon);
    
    Serial.print("-");*/
    Serial.print(GPS.latitude_fixed);
    Serial.print("-");
    Serial.print(GPS.longitude_fixed);

    Serial.print("-");
    Serial.print(GPS.altitude,1); 

    Serial.print("-");
    Serial.print(GPS.HDOP,1); 
    Serial.print("-");
    Serial.print((int)GPS.fixquality); 

    Serial.print("-");
    if (GPS.satellites < 10) Serial.print("0");    
    Serial.print((int)GPS.satellites);
    Serial.println("-LU");

    //conta_misure++;

    }
    conta_misure++;
     //GESTIONE RISPARMIO ENERGETICO    
    //controlla se e' stato raggiunto il numero limite di misure
    if (conta_misure >= max_misure)
             {
               //se e' stato raggiunto spenge il GPS, attende lo sleep_time e lo riaccende
               conta_misure = 0;
               GPS.standby(); //spenge il GPS
               analogWrite(XBEE_SLEEP,168); //spenge XBEE, 3.3V PWM  
               //digitalWrite(XBEE_SLEEP,HIGH);

               delay(sleep_time); //tempo di standby
               GPS.wakeup(); //risveglia il GPS
               analogWrite(XBEE_SLEEP,0); //risveglia XBEE
               //digitalWrite(XBEE_SLEEP,LOW);

             } 
  }
}
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La ricevente e' un sistema Xbee in modalita' coordinator montato su Xbee Explorer e collegato ad un PC

Lo script per ricevere i dati in Python e' il seguente
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import serial

import sys
s = serial.Serial('/dev/ttyUSB1',9600)

while 1:
try:
if s.inWaiting():
    val = s.readline(s.inWaiting())
sys.stdout.write(val)
    except serial.serialutil.SerialException:
       pass
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Ibernazione Xbee

In questo esempio viene mostrato come impostare la modalita' di ibernazione di un modulo Xbee utilizzando un pin comandato da Arduino

Per prima cosa si deve procedere ad una modifica hardware sullo shield Xbee saldando un connettore da piedino 9 dello Xbee e portandolo dentro la porta D9 di Arduino
Se il pin 9 di Xbee si trova nello stato low (ground) viene abilitata la trasmissione/ricezione del modulo, se il pin 9 si trova nello stato high (che per Xbee vuol dire 3.3 V !!) la radio viene spenta

Visto che su Arduino le uscite digitali sono a 5 V (e contrariamente a quello che viene citato qui che non ci sono problemi ad alimentare un piedino a 3.3V con un tensione da 5V) lo sketch Arduino utilizza la modalita' PWM del pin D9 di Arduino per impostare un corrente di 3.3 V

Dal punto di vista software bisogna configurare XBee con XCTU a funzionare come End Device (si puo' fare questa modificando solo modificando il firmware mediante Update Firmware) e modificando i valori di Serial Interfacing/D7 DIO7 Configuration su 0 Disable ed impostando SM ad 1 (Pin Wake Mode)

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#define XBEE_SLEEP 9

void setup() {

  //setta il pin 9 come controllo dello sleep di XBEE

  pinMode(XBEE_SLEEP,OUTPUT);

  analogWrite(XBEE_SLEEP,0);

}

void loop() { 

analogWrite(XBEE_SLEEP,168); //spenge XBEE, 3.3V PWM  

delay(sleep_time); //tempo di standby

analogWrite(XBEE_SLEEP,0); //risveglia XBEE

}
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In trasmissione l'assorbimento di corrente arriva fino a 50 mA (compreso il microcontrollore Arduino) mentre a radio spenta si hanno valori intorno ai 10 mA

Configurazione moduli XBee

Per impostare un modulo Xbee si possono utilizzare vari dispositivi.
Il primo passo e' pero' trovare un socket che permetta di connettere il modulo Xbee. A causa della distanza dei piedini non e' possibile inserire Xbee su una breadboard standard

Utilizzo di Arduino
Si puo' utilizzare una Arduino come programmatore di XBee ponticellando i pin RST e GND (cio' esclude il collegamento del processore a bordo dell'Arduino) e collegando i pin TX-TX ed RX-RX tra Arduino e Xbee (di solito si usa collegare incrociando TX ed RX ma in questo caso e' giusto cosi')

FOCA Board
Una soluzione a basso costo (meno di 10 euro) e' quello di utilizzare una FOCA Board . Da notare l'orientamento del modulo con l'antenna in direzione della USB (sulla schedina non sono riportate indicazioni molto chiari su quale sia la numerazione dei pin). Importante: prima di connettere la corrente sincerarsi che l'interruttore/selettore bianco sulla Foca Board sia impostato su 3.3 V

XBee Explorer Usb
Simile alla FOCA Board ma decisamente piu' costosa (circa 30 euro) c'e' la XBee Explorer. Le indicazioni dei pin sono molto chiare

Funduino Xbee
Per terminare c'e' il modulo Xbee di Funduino (che sul mercato cinese si trova anche a 5 euro)
Per orientare la Xbee basta seguire il disegno stampato sulla piastra (l'antenna e' dalla parte opposta alla porta USB)

XBee Shield e WiFly su Arduino Uno

Per dotare di connessione WiFi una scheda Arduino, in attesa dell'uscita di Arduino Yum,  ho preso su una schedina WiFly RN-VX

La scheda WiFly necessita di sole 4 connessioni : Vcc 3.3 V(Pin 1) , GND (Pin 10), Rx (Pin 3) ,Tx (pin 2)

Attenzione: la scheda non tollera le tensioni superiori a 3.3. V per cui il collegamento diretto dei Pin 2 e 3 ai pin digitali di una Arduino Uno brucia la scheda (esperienza diretta) per cui deve essere presente un regolatore di tensione. Sullo shield sono presenti delle resistenze di protezione

La WiFly e' stata connessa su uno shield XBee. Studiando lo shield si vede chiaramente che i Pin 2 e 3 della WiFly vengono connessi con i Pin D0 e D1 dell'Arduino. Cio' crea problemi perche' questi pin sono deputati alla trasmissione della seriale via USB. Per questo motivo i piedini del Pin D0 e D1 sono stati piegati verso l'esterno e tramite una patch sono stati connessi ai pin D2 e D3 dell'Arduino

D0 => D3
D1 => D2

Si notino i cavi arancioni che escono lateralmente dai Pin D0 e D1

Da notare che sulla scheda vi sono anche due Jumper in Blu. La posizione corretta e' quella sulla scritta USB

A questo punto per far funzionare la modalita' WiFi dell'Arduino e' sufficiente scaricare la libreria WiFlyHQ  e caricare l'esempio httpclient modificando la riga come segue la riga sulla SoftwareSerial oltre alle proprie impostazioni della rete WiFi

SoftwareSerial wifiSerial(2,3);

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#include <WiFlyHQ.h>

#include <SoftwareSerial.h>
SoftwareSerial wifiSerial(2,3);

//#include <AltSoftSerial.h>
//AltSoftSerial wifiSerial(8,9);

WiFly wifly;

/* Change these to match your WiFi network */
const char mySSID[] = "TIM_PN51T_C0D1"; // Wifi network name
const char myPassword[] = "50276337"; // Wifi network password

//const char site[] = "arduino.cc";
//const char site[] = "www.google.co.nz";
const char site[] = "hunt.net.nz";

void terminal();

void setup()
{
    char buf[32];

    Serial.begin(115200);
    Serial.println("Starting");
    Serial.print("Free memory: ");
    Serial.println(wifly.getFreeMemory(),DEC);

    wifiSerial.begin(9600);
    if (!wifly.begin(&wifiSerial, &Serial)) {
        Serial.println("Failed to start wifly");
terminal();
    }

    /* Join wifi network if not already associated */
    if (!wifly.isAssociated()) {
/* Setup the WiFly to connect to a wifi network */
Serial.println("Joining network");
wifly.setSSID(mySSID);
wifly.setPassphrase(myPassword);
wifly.enableDHCP();

if (wifly.join()) {
   Serial.println("Joined wifi network");
} else {
   Serial.println("Failed to join wifi network");
   terminal();
}
    } else {
        Serial.println("Already joined network");
    }

    //terminal();

    Serial.print("MAC: ");
    Serial.println(wifly.getMAC(buf, sizeof(buf)));
    Serial.print("IP: ");
    Serial.println(wifly.getIP(buf, sizeof(buf)));
    Serial.print("Netmask: ");
    Serial.println(wifly.getNetmask(buf, sizeof(buf)));
    Serial.print("Gateway: ");
    Serial.println(wifly.getGateway(buf, sizeof(buf)));

    wifly.setDeviceID("Wifly-WebClient");
    Serial.print("DeviceID: ");
    Serial.println(wifly.getDeviceID(buf, sizeof(buf)));

    if (wifly.isConnected()) {
        Serial.println("Old connection active. Closing");
wifly.close();
    }

    if (wifly.open(site, 80)) {
        Serial.print("Connected to ");
Serial.println(site);

/* Send the request */
wifly.println("GET / HTTP/1.0");
wifly.println();
    } else {
        Serial.println("Failed to connect");
    }
}

void loop()
{
    if (wifly.available() > 0) {
char ch = wifly.read();
Serial.write(ch);
if (ch == '\n') {
   /* add a carriage return */ 
   Serial.write('\r');
}
    }

    if (Serial.available() > 0) {
wifly.write(Serial.read());
    }
}

/* Connect the WiFly serial to the serial monitor. */
void terminal()
{
    while (1) {
if (wifly.available() > 0) {
   Serial.write(wifly.read());
}


if (Serial.available() > 0) {
   wifly.write(Serial.read());
}
    }

}