برقراری ارتباط بین ماژول 433 مگاهرتزی RF با برد STM32F103C8

ساختن پروژه‌های بی‌سیم در لوازم الکترونیکی تعبیه شده بسیار مهم و مفید است زیرا هیچ سیم پیچ‌خورده‌ای وجود ندارد و به همین دلیل باعث می‌شود تا دستگاه به راحتی حمل شود. فناوری‌های بی‌سیم زیادی وجود دارد که از جمله آنها می‌توان به بلوتوث، وای‌فای و 433MHz RF (فرکانس رادیویی) اشاره کرد. هرکدام از این فناوری‌ها مزایا و معایب خاص خود را دارند مانند هزینه، انتقال فاصله یا دامنه، سرعت یا توان عملیاتی و … .

امروز می‌خواهیم از ماژول RF همراه با برد STM32 برای ارسال و دریافت داده‌ها به صورت بی‌سیم استفاده کنیم.

همانطور که گفتیم قصد داریم یک ماژول بی‌سیم 433 MHz RF را به یک میکروکنترلر STM32F103C8 متصل ‌کنیم. این پروژه به دو بخش تقسیم شده است، فرستنده به برد STM32 و گیرنده به برد آردوینو Uno متصل می‌شود. برای قسمت‌های انتقال و دریافت مدارهای مختلفی وجود دارد.

در این آموزش، فرستنده RF دو مقدار را به سمت گیرنده می‌فرستد: فاصله با استفاده از سنسور اولتراسونیک و مقدار ADC پتانسیومتر (0 تا 4096) که به صورت عدد (0 تا 100) نگاشت می‌شود اندازه‌گیری می‌شوند. گیرنده‌ی RF برد آردوینو هردو مقدار را دریافت می‌کند و مقادیر فاصله و تعداد را در صفحه نمایش 16×2 LCD به صورت بی‌سیم چاپ می‌کند.

تجهیزات موردنیاز

میکروکنترلر STM32F103C8
برد آردوینو UNO
گیرنده و فرستنده 433Mhz RF
سنسور اولتراسونیک
نمایشگر LCD 16×2
پتانسیومتر 10k
تخته مدار
سیم‌های اتصال

ماژول فرستنده و گیرنده 433Mhz RF

Pinout فرستنده RF:

Pinout گیرنده‌ی RF:

مشخصات ماژول 433 مگاهرتز:

ولتاژ عملیاتی گیرنده: 3 تا 5 ولت
ولتاژ عملیاتی فرستنده: 3 تا 5 ولت
فرکانس عملیاتی: 433 مگاهرتز
فاصله انتقال: 3 تا 100 متر (بدون آنتن)
تکنیک ماژول‌سازی: ASK (Amplitude Shift Keying)
سرعت انتقال داده: 10Kbps

نمودار مدار فرستنده‌ی RF با برد STM32F103C8

اتصالات مدار بین فرستنده‌ی RF و برد STM32F103C8:

اتصالات مدار بین سنسور اولتراسونیک و برد STM32F103C8:

برای ایجاد مقدار آنالوگ ورودی (0 تا 3.3 ولت) به PA0 پین ADC برد STM32، یک پتانسیومتر 10k به یک برد STM32F103C8 متصل شده است.

نمودار مدار گیرنده‌ی RF با برد آردوینو Uno

اتصالات مدار بین گیرنده‌ی RF و برد آردوینو Uno:

اتصالات مدار بین LCD 16×2 و برد آردوینو Uno:

در ادامه‌ی این آموزش کدنویسی را به طور خلاصه شرح می‌دهیم. این طرح 2 قسمت دارد که قسمت اول فرستنده و قسمت دوم گیرنده است.

برنامه‌نویسی STM32F103C8 برای فرستنده‌ی RF بی‌سیم

با استفاده از IDE می‌توان برروی برد STM32F103C8 برنامه‌نویسی کرد. برای آپلود کردن کد نیازی به پروگرمر FTDI یا ST-Link نیست. به راحتی برد STM32 را با استفاده از یک پورت USB به PC متصل کنید.

در بخش فرستنده، فاصله شی با استفاده از سنسور اولتراسونیک محاسبه می‌شود و تعداد (0 تا 100) با استفاده از پتانسیومتر تعیین می‌شود که از طریق فرستنده‌ی RF به برد STM32 متصل شده است.

در قدم اول، کتابخانه‌ی Radiohead فراخوانی می‌شود. این کتابخانه برای انتقال و دریافت دیتا از ASK (تکنیک تغییر کلید دامنه) استفاده می‌کند که باعث می‌شود تا برنامه‌نویسی بسیار آسان شود.

در ادامه‌ی این آموزش کدنویسی را به طور خلاصه شرح می‌دهیم. این طرح 2 قسمت دارد که قسمت اول فرستنده و قسمت دوم گیرنده است

#include <RH_ASK.h>

در این آموزش در سمت فرستنده برای اندازه‌گیری فاصله از سنسور اولتراسونیک استفاده شده بنابراین پین‌های trigger و echo مشخص می‌شوند.

#delfin trigPin P81
#delfin echoPin P80

سپس اسم اشیا برای کتابخانه‌ی RH_ASK به عنوان rf_driver با پارامترهایی مانند سرعت (2000)، پین RX (PA9) و پین TX (PA10) تعریف می‌شود.

RH_ASK rf_driver(2000, PA9, PA10);

بعد متغیر رشته‌های مورد نیاز در این برنامه تعریف می‌شوند.

string transmit_number;
string transmit_distance;
string transmit;

سپس در ()void setup، شی مربوط به RH_ASK rf_driver مقداردهی اولیه شده است.

rf_drivee.init();

سپس پین trigger به عنوان پین OUTPUT و پین PA0 (متصل به پتانسیومتر) و echo به عنوان پین INPUT تنظیم می‌شوند. ارتباطات سریال با نرخ 9600‌buad شروع می‌شود.

Serial.begin(9600);
pinMode(PA0,INPUT);
pinMode(echoPin,INPUT);
pinMode(trigPin,OUTPUT);

سپس در ()void loop، ابتدا مقدار پتانسیومتر که ولتاژ آنالوگ ورودی است به مقدار دیجیتال تبدیل می‌شود (مقدار ADC یافت می‌شود). از آنجایی که ADC برد STM32 رزولوشن 12 بیتی دارد، بنابراین، مقدار دیجیتال از (0 تا 4096) متفاوت است که در بازه (0 تا 100) نگاشت شده است.

int analohinput = analogRead(PA0);
int pwmvalue = map(analoginput,0,4095,0,100);

بعد فاصله را با استفاده از سنسور اولتراسونیک با تنظیم high و low پین trigger را با تاخیر 2 میکروثانیه اندازه‌گیری می‌کنیم.

digitalWrite(trigPin, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(trigPin, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(trigPin, LOW);

پین echo موج منعکس شده را دریافت می‌کند، یعنی مدت زمانی که موج trigger منعکس می‌شود فاصله‌ی شیء با استفاده از فرمول محاسبه می‌شود.

long duration = pulseIn(echoPin, HIGH);
float distance=duration*0.034/2;

اکنون تعداد دیتا و فاصله‌ی اندازه‌گیری شده به دیتای رشته‌ای تبدیل شده و در متغیرهای رشته‌ی مربوطه ذخیره می‌شوند.

transmit_number= String(pmwvalue);
transmit_daistance = String(distance);

هر دو رشته به عنوان یک خط اضافه می‌شود و در رشته‌ای به نام انتقال ذخیره می‌شود و برای جداسازی بین دو رشته از کاما “,” استفاده می‌شود.

transmit = transmit_pwm + "," + transmit_distance;

رشته انتقال به آرایه‌ی کاراکتر تبدیل می‌شود.

const char *msg = transmit.c_str();

دیتاها منتقل می‌شوند و منتظر می‌مانند تا ارسال شوند.

rf_driver.send((uint8_t *)msg, strlen(msg));
rf_driver.waitpacketsent();

دیتاهای رشته‌ای ارسال شده نیز در مانیتور سریال نمایش داده می‌شوند.

Serial.println(msg);

برنامه‌نویسی برروی برد آردوینو Uno با استفاده از IDE آردوینو انجام می‌شود. در بخش گیرنده، دیتاهایی که از قسمت فرستنده منتقل می‌شوند و توسط ماژول گیرنده RF دریافت می‌شوند و داده‌های رشته‌ای دریافت شده به داده‌های مربوطه (فاصله و تعداد) تقسیم می‌شوند و در صفحه نمایش 2×16 LCD نمایش داده می‌شوند.

در ادامه کدهای گیرنده را به طور خلاصه توضیح می‌دهیم:

همانند بخش فرستنده ابتدا باید کتابخانه‌ی RadiohHead را فراخوانی کنیم. به این دلیل که این کتابخانه از ASK برای انتقال و دریافت دیتا استفاده می‌کند، باعث می‌شود برنامه‌نویسی آن بسیار آسان باشد.

#include <RH_ASK.h>

از آنجاییکه در این پروژه از نمایشگر LCD استفاده شده است، بنابراین کتابخانه‌ی liquidcrystal نیز فراخوانی می‌شود.

#include <LiquidCrystal.h>

و پین‌های نمایشگر 2×16 LCD که به برد آردوینو Uno متصل شده مشخص شده و از lcd به عنوان شیء استفاده می‌کند.

LiquidCrystal lcd(2,3,4,5,6,7);

سپس متغیرهای String data را برای ذخیره‌سازی دیتاهای رشته‌ای تعریف می‌کنیم.

String str_receive;
String srt_number;
String str_distance;

شیء برای کتابخانه‌ی Radiohead تعریف می‌شود.

RH_ASK rf;

حال در ()void setup، نمایشگر LCD برروی حالت 2×16 تنظیم می‌شود و یک پیام خوش آمد گویی نمایش داده شده و پاک می‌شود.

lcd.begin(16,2);
lcd.print("CIRCUIT DIGEST");
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print("RF with STM32");
delay(5000);
lcd.clear();

سپس، شی RF مقداردهی اولیه می‌شود.

rf.init();

حال در ()void loop، آرایه‌ی []buf با سایز 7 تعریف می‌شود.

uint8_t buf[7];
unit8_t buflen =sizeof(buf);

اگر رشته در ماژول گیرنده‌ی RF وجود داشته باشد، تابع if اندازه آن را چک می‌کند و سپس این رشته اجرا می‌شود.

()rf.recv برای دریافت دیتا استفاده می‌شود.

if (rf.recv(buf, &buflen))

buf حاوی رشته‌ی دریافتی است، بنابراین رشته دریافتی را به عنوان یک متغیر رشته‌ای str-receive ذخیره می‌کند.

str_receive = String((char*)buf);

از حلقه‌ی loop برای تقسیم رشته‌ی دریافتی به دو قسمت استفاده می‌شود. در صورتی که “,” بین دو رشته تشخیص داده شود رشته دریافتی به دو قسمت تقسیم می‌شود.

for (int i = 0; i < str_receive.lenght(); i++)
{
    if (str_receive.substring(i, i+1) == ",")
}
str_number = str_receive.substring(0, i);
str_distance = str_receive.substring(i+1);
break;
}

دو آرایه‌ی char با 2 مقدار تعریف می‌شوند و رشته‌ای که به دو رشته تقسیم شده است باتبدیل رشته به آرایه‌ی کاراکتری در این آرایه‌ها ذخیره می‌شود.

char numberstring[4];
char distancestring[3];
str_distance.toCharArray(distancestring,3);
str_number.toCharArray(numberstring,3);

سپس با استفاده از ()atoi آرایه‌ی کاراکتری به عدد (integer) تبدیل می‌شود.

int distance = atoi(distancestring);
int number = atoi (numberstring);

پس از تبدیل به مقادیر به integer، فاصله و تعداد مقادیر در نمایشگر 2×16 LCD نمایش داده می‌شود.

lcd.setCursor(0,0);
lcd.print("Number:");
lcd.print(number);
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print("Distance :");
lcd.print(distance);
lcd.print(" cm");

پس از آپلود کد فرستنده در برد STM32 و گیرنده در برد آردوینو Uno، داده‌هایی مانند تعداد و فاصله شی با اندازه گیری STM32 از طریق فرستنده RF به گیرنده RF منتقل می‌شوند و مقادیر دریافت شده در صفحه LCD به صورت بی‌سیم نمایش داده می‌شوند