初学者
10 分钟

使用ESP32-C3-MINI-1-N4-A和TM4C129LNCZAD简化安全设备到云端的连接

物联网ExpressLink:将普通项目变为非凡的物联网解决方案

IoT ExpressLink Click with Fusion for Tiva v8

已发布 6月 27, 2024

点击板

IoT ExpressLink Click

开发板

Fusion for Tiva v8

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

TM4C129LNCZAD

出于对简单性和安全性的承诺,我们的目标是让用户轻松将他们的设备安全地连接到云端,并无缝集成AWS服务的丰富功能。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

IoT ExpressLink Click 基于 Espressif Systems 的 ESP32-C3-MINI-1-N4-A,这是一个 2.4GHz WiFi(802.11 b/g/n)和 Bluetooth® 5 LE 组合模块,配备板载 PCB 天线和 AWS IoT ExpressLink 固件(锁定到 AWS)。该模块的核心是 ESP32C3 系列 SoC RISCV 单核 32 位微处理器(ESP32-C3FN4),该芯片嵌入了 4MB 的闪存,时钟速度高达 160MHz。由于闪存在 ESP32-C3FN4 芯片中封装而不是集成在模块中,因此 ESP32-C3-MINI-1-N4-A 具有较小的封装尺寸。凭借其丰富的功能集,能够实现 IoT ExpressLink 服务,该 Click board™ 非常适合智能家

居、工业自动化、医疗保健、消费电子和通用 IoT 传感器集线器及数据记录应用。IoT ExpressLink Click 通过 UART 通信与主机 MCU 进行接口通信,涉及使用 RX 和 TX 引脚发送 AT 命令,操作速率为 115200bps。除了 UART 引脚外,此 Click board™ 还利用了 mikroBUS™ 插座的其他引脚来增强其功能。例如,WK 引脚用作模块唤醒引脚,EVT 引脚用于检测操作期间的重大事件,设备使能引脚 RST 提供一个用于打开/关闭模块的开关操作。在板子的左侧,可以找到一个额外的未填充接头,该接头提供对调试功能的全面支持。通过此接头,用户可以使用 JTAG

 接口进行调试,通过 JTAG 接口引脚(TDO、TCK、TDI 和 TMS)提供支持。在板子的右侧,还有一组未填充的接头,例如用于调试的额外 UART 引脚和具有用户可配置通用输入输出引脚的接头。此 Click board™ 只能在 3.3V 逻辑电压水平下操作。在使用具有不同逻辑电平的 MCU 之前,必须执行适当的逻辑电压电平转换。此外,这款 Click board™ 配备了包含易用功能的库和示例代码,可作为进一步开发的参考。

IoT ExpressLink Click hardware overview image

功能概述

开发板

Fusion for TIVA v8 是一款专为快速开发嵌入式应用的需求而特别设计的开发板。它支持广泛的微控制器,如不同的32位ARM® Cortex®-M基础MCUs,来自Texas Instruments,无论它们的引脚数量如何,并且具有一系列独特功能,例如首次通过WiFi网络实现的嵌入式调试器/程序员。开发板布局合理,设计周到,使得最终用户可以在一个地方找到所有必要的元素,如开关、按钮、指示灯、连接器等。得益于创新的制造技术,Fusion for TIVA v8 提供了流畅而沉浸式的工作体验,允许在任何情况下、任何地方、任何

时候都能访问。Fusion for TIVA v8开发板的每个部分都包含了使同一板块运行最高效的必要组件。一个先进的集成CODEGRIP程序/调试模块提供许多有价值的编程/调试选项,包括对JTAG、SWD和SWO Trace(单线输出)的支持,并与Mikroe软件环境无缝集成。此外,它还包括一个干净且调节过的开发板电源供应模块。它可以使用广泛的外部电源,包括电池、外部12V电源供应和通过USB Type-C(USB-C)连接器的电源。通信选项如USB-UART、USB HOST/DEVICE、CAN(如果MCU卡支持的话)和以

太网也包括在内。此外,它还拥有广受好评的 mikroBUS™标准,为MCU卡提供了标准化插座(SiBRAIN标准),以及两种显示选项,用于TFT板线产品和基于字符的LCD。Fusion for TIVA v8 是Mikroe快速开发生态系统的一个组成部分。它由Mikroe软件工具原生支持,得益于大量不同的Click板™(超过一千块板),其数量每天都在增长,它涵盖了原型制作和开发的许多方面。

Fusion for Tiva v8 horizontal image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

类型

8th Generation

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

1024

硅供应商

Texas Instruments

引脚数

212

RAM (字节)

262144

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
Reset
PB6
RST
NC
NC
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Module Wake-Up
PD0
PWM
Event Detection
PB4
INT
UART TX
PA1
TX
UART RX
PA0
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

IoT ExpressLink Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Fusion for PIC v8 front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Fusion for Tiva v8作为您的开发板开始

Fusion for PIC v8 front image hardware assembly
GNSS2 Click front image hardware assembly
SiBRAIN for PIC32MZ1024EFK144 front image hardware assembly
v8 SiBRAIN Access MB 1 - upright/background hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
NECTO Compiler Selection Step Image hardware assembly
NECTO Output Selection Step Image hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Necto image step 7 hardware assembly
Necto image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Necto PreFlash Image hardware assembly

实时跟踪您的结果

应用程序输出

1. 应用程序输出 - 在调试模式下,“应用程序输出”窗口支持实时数据监控,直接提供执行结果的可视化。请按照提供的教程正确配置环境,以确保数据正确显示。

2. UART 终端 - 使用UART Terminal通过USB to UART converter监视数据传输,实现Click board™与开发系统之间的直接通信。请根据项目需求配置波特率和其他串行设置,以确保正常运行。有关分步设置说明,请参考提供的教程

3. Plot 输出 - Plot功能提供了一种强大的方式来可视化实时传感器数据,使趋势分析、调试和多个数据点的对比变得更加直观。要正确设置,请按照提供的教程,其中包含使用Plot功能显示Click board™读数的分步示例。在代码中使用Plot功能时,请使用以下函数:plot(insert_graph_name, variable_name);。这是一个通用格式,用户需要将“insert_graph_name”替换为实际图表名称,并将“variable_name”替换为要显示的参数。

软件支持

库描述

该库包含 IoT ExpressLink Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • iotexpresslink_reset_device - 该函数通过切换RST引脚状态来重置设备。

  • iotexpresslink_send_cmd - 该函数通过使用UART串行接口发送命令字符串。

开源

代码示例

完整的应用程序代码和一个现成的项目可以通过NECTO Studio包管理器直接安装到NECTO Studio 应用程序代码也可以在MIKROE的GitHub账户中找到。

/*!
 * @file main.c
 * @brief IoT ExpressLink Click Example.
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of IoT ExpressLink click board by bridging the USB UART
 * to mikroBUS UART which allows the click board to establish a connection with
 * the IoT ExpressLink over the Quick Connect demo application without an AWS account.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the driver, resets the click board to factory default settings, reads
 * and displays the vendor model and thing name on the USB UART, sets the WiFi credentials,
 * and attempts to connect to the AWS Cloud. If the initial attempt fails and the error
 * message "Failed to access network" or "Failed to login AWS (MQTT) broker" appears,
 * check the WiFi credentials and try running the example again.
 *
 * ## Application Task
 * All data received from the USB UART will be forwarded to mikroBUS UART, and vice versa.
 * At this point you should disconnect from the UART terminal and run the Quick Connect
 * demo application.
 *
 * ## Additional Function
 * - static void iotexpresslink_clear_app_buf ( void )
 * - static err_t iotexpresslink_process ( uart_t *uart )
 * - static err_t iotexpresslink_read_response ( iotexpresslink_t *ctx )
 *
 * @note
 * To run the demo, follow the below steps:
 * 1. If you opened a terminal application in the previous step, be sure to disconnect that
 *    application from the serial port. 
 * 2. Download the Quick Connect executable: 
 *    Mac: https://quickconnectexpresslinkutility.s3.us-west-2.amazonaws.com/QuickConnect_v1.9_macos.x64.tar.gz
 *    Windows: https://quickconnectexpresslinkutility.s3.us-west-2.amazonaws.com/QuickConnect_v1.9_windows.x64.zip
 *    Linux: https://quickconnectexpresslinkutility.s3.us-west-2.amazonaws.com/QuickConnect_v1.9_linux.x64.tar.gz
 * 3. Unzip the package, and follow the steps from the README file.
 * 
 * The demo will connect to IoT ExpressLink and give you an URL that you can use to visualize data
 * flowing from the device to the cloud using AT+SEND commands. The demo will run for up
 * to two minutes, and afterwards, you will be able to type AT+SEND commands yourself and
 * see the data coming in on the visualizer.
 * 
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "iotexpresslink.h"

#define PROCESS_BUFFER_SIZE 500

// Enter valid WiFi credentials below
#define WIFI_SSID   "MikroE Public"     // WiFi SSID
#define WIFI_PASS   "mikroe.guest"      // WiFi Password

static iotexpresslink_t iotexpresslink;
static log_t logger;

static uint8_t app_buf[ PROCESS_BUFFER_SIZE ] = { 0 };
static int32_t app_buf_len = 0;

/**
 * @brief IoT ExpressLink clearing application buffer.
 * @details This function clears memory of application buffer and reset its length.
 * @note None.
 */
static void iotexpresslink_clear_app_buf ( void );

/**
 * @brief IoT ExpressLink data reading function.
 * @details This function reads data from device and concatenates data to application buffer. 
 * @param[in] ctx : Click context object.
 * See #iotexpresslink_t object definition for detailed explanation.
 * @return @li @c  0 - Read some data.
 *         @li @c -1 - Nothing is read.
 * See #err_t definition for detailed explanation.
 * @note None.
 */
static err_t iotexpresslink_process ( iotexpresslink_t *ctx ) ;

/**
 * @brief IoT ExpressLink read response function.
 * @details This function waits for a response message, reads and displays it on the USB UART.
 * @param[in] ctx : Click context object.
 * See #iotexpresslink_t object definition for detailed explanation.
 * @return @li @c  0 - OK response.
 *         @li @c -2 - Timeout error.
 *         @li @c -3 - Command error.
 *         @li @c -4 - Unknown error.
 * See #err_t definition for detailed explanation.
 * @note None.
 */
static err_t iotexpresslink_read_response ( iotexpresslink_t *ctx );

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    iotexpresslink_cfg_t iotexpresslink_cfg;  /**< Click config object. */

    /** 
     * Logger initialization.
     * Default baud rate: 115200
     * Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
     * @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX 
     * are defined as HAL_PIN_NC, you will 
     * need to define them manually for log to work. 
     * See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
     */
    LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
    log_init( &logger, &log_cfg );
    log_info( &logger, " Application Init " );

    // Click initialization.
    iotexpresslink_cfg_setup( &iotexpresslink_cfg );
    IOTEXPRESSLINK_MAP_MIKROBUS( iotexpresslink_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( UART_ERROR == iotexpresslink_init( &iotexpresslink, &iotexpresslink_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_printf( &logger, "Reset device\r\n\n" );
    iotexpresslink_reset_device ( &iotexpresslink );
    Delay_ms ( 2000 );
    log_printf( &logger, "Factory reset\r\n" );
    strcpy ( app_buf, IOTEXPRESSLINK_CMD_FACTORY_RESET );
    iotexpresslink_send_cmd ( &iotexpresslink, app_buf );
    iotexpresslink_read_response ( &iotexpresslink );
    Delay_ms ( 2000 );
    
    log_printf( &logger, "Vendor model\r\n" );
    strcpy ( app_buf, IOTEXPRESSLINK_CMD_CONF_CHECK );
    strcat ( app_buf, IOTEXPRESSLINK_CMD_SEPARATOR );
    strcat ( app_buf, IOTEXPRESSLINK_CONF_KEY_ABOUT );
    iotexpresslink_send_cmd ( &iotexpresslink, app_buf );
    iotexpresslink_read_response ( &iotexpresslink );
    
    log_printf( &logger, "Thing name\r\n" );
    strcpy ( app_buf, IOTEXPRESSLINK_CMD_CONF_CHECK );
    strcat ( app_buf, IOTEXPRESSLINK_CMD_SEPARATOR );
    strcat ( app_buf, IOTEXPRESSLINK_CONF_KEY_THING_NAME );
    iotexpresslink_send_cmd ( &iotexpresslink, app_buf );
    iotexpresslink_read_response ( &iotexpresslink );
    
    log_printf( &logger, "WiFi SSID\r\n" );
    strcpy ( app_buf, IOTEXPRESSLINK_CMD_CONF );
    strcat ( app_buf, IOTEXPRESSLINK_CMD_SEPARATOR );
    strcat ( app_buf, IOTEXPRESSLINK_CONF_KEY_SSID );
    strcat ( app_buf, IOTEXPRESSLINK_CMD_SIGN_EQUAL );
    strcat ( app_buf, WIFI_SSID );
    iotexpresslink_send_cmd ( &iotexpresslink, app_buf );
    iotexpresslink_read_response ( &iotexpresslink );
    
    log_printf( &logger, "WiFi Password\r\n" );
    strcpy ( app_buf, IOTEXPRESSLINK_CMD_CONF );
    strcat ( app_buf, IOTEXPRESSLINK_CMD_SEPARATOR );
    strcat ( app_buf, IOTEXPRESSLINK_CONF_KEY_PASSPHRASE );
    strcat ( app_buf, IOTEXPRESSLINK_CMD_SIGN_EQUAL );
    strcat ( app_buf, WIFI_PASS );
    iotexpresslink_send_cmd ( &iotexpresslink, app_buf );
    iotexpresslink_read_response ( &iotexpresslink );
    
    log_printf( &logger, "Try to connect\r\n" );
    strcpy ( app_buf, IOTEXPRESSLINK_CMD_CONNECT );
    iotexpresslink_send_cmd ( &iotexpresslink, app_buf );
    iotexpresslink_read_response ( &iotexpresslink );
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
    
    log_printf( &logger, "Now close the UART terminal and switch to the QuickConnect app\r\n" );
    Delay_ms ( 1000 );
    
    uart_set_blocking( &logger.uart, false );
}

void application_task ( void ) 
{
    app_buf_len = uart_read( &logger.uart, app_buf, PROCESS_BUFFER_SIZE );
    if ( app_buf_len > 0 ) 
    {
        uart_write ( &iotexpresslink.uart, app_buf, app_buf_len );
        iotexpresslink_clear_app_buf( );
    }
    app_buf_len = uart_read( &iotexpresslink.uart, app_buf, PROCESS_BUFFER_SIZE );
    if ( app_buf_len > 0 ) 
    {
        uart_write ( &logger.uart, app_buf, app_buf_len );
        iotexpresslink_clear_app_buf( );
    }
}

void main ( void ) 
{
    application_init( );

    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }
}

static void iotexpresslink_clear_app_buf ( void ) 
{
    memset( app_buf, 0, app_buf_len );
    app_buf_len = 0;
}

static err_t iotexpresslink_process ( iotexpresslink_t *ctx ) 
{
    uint8_t rx_buf[ PROCESS_BUFFER_SIZE ] = { 0 };
    int32_t rx_size = 0;
    rx_size = iotexpresslink_generic_read( ctx, rx_buf, PROCESS_BUFFER_SIZE );
    if ( rx_size > 0 ) 
    {
        int32_t buf_cnt = app_buf_len;
        if ( ( ( app_buf_len + rx_size ) > PROCESS_BUFFER_SIZE ) && ( app_buf_len > 0 ) ) 
        {
            buf_cnt = PROCESS_BUFFER_SIZE - ( ( app_buf_len + rx_size ) - PROCESS_BUFFER_SIZE );
            memmove ( app_buf, &app_buf[ PROCESS_BUFFER_SIZE - buf_cnt ], buf_cnt );
        }
        for ( int32_t rx_cnt = 0; rx_cnt < rx_size; rx_cnt++ ) 
        {
            if ( rx_buf[ rx_cnt ] ) 
            {
                app_buf[ buf_cnt++ ] = rx_buf[ rx_cnt ];
                if ( app_buf_len < PROCESS_BUFFER_SIZE )
                {
                    app_buf_len++;
                }
            }
        }
        return IOTEXPRESSLINK_OK;
    }
    return IOTEXPRESSLINK_ERROR;
}

static err_t iotexpresslink_read_response ( iotexpresslink_t *ctx ) 
{
    uint32_t timeout_cnt = 0;
    uint32_t timeout = 30000;
    memset( app_buf, 0, PROCESS_BUFFER_SIZE );
    app_buf_len = 0;
    iotexpresslink_process( ctx );
    while ( ( 0 == strstr( app_buf, IOTEXPRESSLINK_RSP_OK ) ) &&
            ( 0 == strstr( app_buf, IOTEXPRESSLINK_RSP_ERR ) ) )
    {
        iotexpresslink_process( ctx );
        if ( timeout_cnt++ > timeout )
        {
            iotexpresslink_clear_app_buf( );
            return IOTEXPRESSLINK_ERROR_TIMEOUT;
        }
        Delay_ms( 1 );
    }
    Delay_ms ( 100 );
    iotexpresslink_process( ctx );
    if ( app_buf_len > 0 ) 
    {
        log_printf( &logger, "%s\r\n", app_buf );
    }
    if ( strstr( app_buf, IOTEXPRESSLINK_RSP_OK ) )
    {
        iotexpresslink_clear_app_buf( );
        return IOTEXPRESSLINK_OK;
    }
    else if ( strstr( app_buf, IOTEXPRESSLINK_RSP_ERR ) )
    {
        iotexpresslink_clear_app_buf( );
        return IOTEXPRESSLINK_ERROR_CMD;
    }
    iotexpresslink_clear_app_buf( );
    return IOTEXPRESSLINK_ERROR_UNKNOWN;
}

// ------------------------------------------------------------------------ END

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