初学者
10 分钟

使用Metis-II (2607021183000)和PIC32MZ2048EFH100在工业环境中确保可靠的数据传输

符合无线M-BUS EN13757-4:2013和开放计量系统(OMS)标准的低功耗868MHz无线电解决方案

M-BUS RF 3 Click with Flip&Click PIC32MZ

已发布 10月 07, 2024

点击板

M-BUS RF 3 Click

开发板

Flip&Click PIC32MZ

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

PIC32MZ2048EFH100

在智能计量、家居自动化和工业控制应用中表现出色

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

M-BUS RF 3 Click基于Würth Elektronik的Metis-II(2607021183000)高功率无线电模块,工作频率为868MHz。该模块集成了MSP430微控制器和CC1125 RF芯片组,提供高效且具成本效益的通信解决方案。Metis-II模块符合无线M-BUS EN13757-4:2013标准,并支持开放计量系统(OMS),确保在公用事业计量应用中的广泛兼容性。其+14dBm的RF输出功率和高达-106dBm的接收灵敏度,能够在视距条件下实现长达1000米的可靠无线通信。该模块设计时考虑了能效,集成了低功耗功能,如无线唤醒(Wake-On-Radio)和可调RF数据速率,非常适合远程低功耗无

线应用。此外,它还具有AES-128加密功能,确保计量系统中数据传输的安全性。Metis-II与主MCU之间的通信通过UART接口进行,使用标准的UART RX和TX引脚以及硬件流控制引脚(CTS/RTS)。默认通信速率为115200bps,确保高效的数据交换。该板还包括一个复位引脚(RST)和一个复位按钮用于复位模块,并配有两个LED指示灯用于用户交互:橙色TX LED用于信号传输活动,黄色RX LED指示接收状态。除了UART接口外,该Click板™还配备了USB Type-C连接器,可通过PC进行供电和配置。通过集成的CP2102N USB到UART桥接芯片和NCP1117 LDO稳

压器,该板将USB电源转换为模块所需的3.3V,使其能够独立运行。该板设计用于与868MHz天线连接,如MIKROE提供的橡胶868MHz天线,并包含一个u.Fl连接器,需要IPEX-SMA电缆适配器(也可由MIKROE提供)以确保正确的天线连接。此Click板™只能在3.3V逻辑电平下运行。在使用不同逻辑电平的MCU之前,必须进行适当的逻辑电平转换。此外,该Click板™还配备了包含易于使用的函数和示例代码的库,供进一步开发参考。

M-BUS RF 3 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Flip&Click PIC32MZ 是一款紧凑型开发板,设计为一套完整的解决方案,它将 Click 板™的灵活性带给您喜爱的微控制器,使其成为实现您想法的完美入门套件。它配备了一款板载 32 位 PIC32MZ 微控制器,Microchip 的 PIC32MZ2048EFH100,四个 mikroBUS™ 插槽用于 Click 板™连接,两个 USB 连接器,LED 指示灯,按钮,调试器/程序员连接器,以及两个与 Arduino-UNO 引脚兼容的头部。得益于创

新的制造技术,它允许您快速构建具有独特功能和特性的小工具。Flip&Click PIC32MZ 开发套件的每个部分都包含了使同一板块运行最高效的必要组件。此外,还可以选择 Flip&Click PIC32MZ 的编程方式,使用 chipKIT 引导程序(Arduino 风格的开发环境)或我们的 USB HID 引导程序,使用 mikroC、mikroBasic 和 mikroPascal for PIC32。该套件包括一个通过 USB 类型-C(USB-C)连接器的干净且调

节过的电源供应模块。所有 mikroBUS™ 本身支持的 通信方法都在这块板上,包括已经建立良好的 mikroBUS™ 插槽、用户可配置的按钮和 LED 指示灯。Flip&Click PIC32MZ 开发套件允许您在几分钟内创建新的应用程序。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,它涵盖了原型制作的许多方面。

Flip&Click PIC32MZ double image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

PIC32

MCU 内存 (KB)

2048

硅供应商

Microchip

引脚数

100

RAM (字节)

524288

你完善了我!

配件

868MHz 直角橡胶天线是一款紧凑且多功能的无线通信解决方案。它在 868-915MHz 的频率范围内运行,确保最佳的信号接收和传输。天线具有 50 欧姆的阻抗,兼容多种设备和系统。其 2dB 的增益增强了信号强度并扩展了通信范围。垂直极化进一步提高了信号的清晰度。设计能够处理高达 50W 的输入功率,使其成为各种应用的坚固选择。这款天线长度仅为 48mm,既低调又实用。其 SMA 公头连接器确保与您的设备建立安全可靠的连接。无论您是在处理物联网设备、远程传感器,还是其他无线技术,868MHz 直角天线都能为您提供无缝通信所需的性能和灵活性。

M-BUS RF 3 Click accessories 1 image

IPEX-SMA 电缆是一种射频 (RF) 电缆组件。"IPEX" 指的是 IPEX 连接器,这是一种常用于小型电子设备的微型同轴连接器。"SMA" 代表 SubMiniature Version A,是另一种常用于射频应用的同轴连接器。IPEX-SMA 电缆组件的一端是 IPEX 连接器,另一端是 SMA 连接器,使其能够连接使用这些特定连接器的设备或组件。这些电缆常用于 WiFi 或蜂窝天线、GPS 模块以及其他需要可靠且低损耗连接的射频通信系统。

M-BUS RF 3 Click accessories 2 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
Reset
RE2
RST
UART CTS / ID COMM
RA0
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
UART RTS
RD9
INT
UART TX
RE3
TX
UART RX
RG9
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

M-BUS RF 3 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Flip&Click PIC32MZ front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Flip&Click PIC32MZ作为您的开发板开始。

Flip&Click PIC32MZ front image hardware assembly
GNSS2 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
GNSS2 Click complete accessories setup image hardware assembly
Board mapper by product7 hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
Necto image step 5 hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Flip&Click PIC32MZ MCU step hardware assembly
Necto No Display image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Debug Image Necto Step 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 M-BUS RF 3 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • mbusrf3_set_rst_pin - 此函数用于设置复位引脚状态。

  • mbusrf3_send_command - 此函数用于发送所需的命令。

  • mbusrf3_send_data - 此函数用于在发射模式下发送数据。

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 M-BUS RF 3 Click Example.
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of M-BUS RF 3 Click board by processing
 * the incoming data and displaying them on the USB UART.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the driver and performs the Click configuration depending on selected DEMO_EXAMPLE macro.
 *
 * ## Application Task
 * This example contains two examples depending on selected DEMO_EXAMPLE macro:
 * EXAMPLE_TRANSMIT - Device is sending MESSAGE data to be read by receiver.
 * EXAMPLE_RECEIVER - Device is reading transmitted message, and display it on USB UART terminal.
 *
 * ## Additional Function
 * - static void mbusrf3_clear_app_buf ( void )
 * - static void mbusrf3_log_app_buf ( void )
 * - static err_t mbusrf3_process ( mbusrf3_t *ctx )
 * - static err_t mbusrf3_rsp_check ( uint8_t cmd )
 * - static void mbusrf3_error_check ( err_t error_flag )
 * - static void mbusrf3_configure_for_example ( void )
 * - static void mbusrf3_example ( void )
 *
 * @author Stefan Ilic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "mbusrf3.h"

// Example selection macros
#define EXAMPLE_TRANSMIT                    0                // Transmit example
#define EXAMPLE_RECEIVER                    1                // Reciver example
#define DEMO_EXAMPLE                        EXAMPLE_TRANSMIT // Example selection macro

// Mode selection macros
#define WM_BUS_MODE_S                       0
#define WM_BUS_MODE_T                       1
#define WM_BUS_MODE                         WM_BUS_MODE_S

// Message to be sent
#define MESSAGE                             "M-BUS RF 3 Click"

// Application buffer size
#define APP_BUFFER_SIZE                     500
#define PROCESS_BUFFER_SIZE                 200

static mbusrf3_t mbusrf3;
static log_t logger;

static uint8_t app_buf[ APP_BUFFER_SIZE ] = { 0 };
static int32_t app_buf_len = 0;
static err_t error_flag;

/**
 * @brief M-BUS RF 3 clearing application buffer.
 * @details This function clears memory of application buffer and reset its length.
 * @note None.
 */
static void mbusrf3_clear_app_buf ( void );

/**
 * @brief M-BUS RF 3 log application buffer.
 * @details This function logs data from application buffer to USB UART.
 * @note None.
 */
static void mbusrf3_log_app_buf ( void );

/**
 * @brief M-BUS RF 3 data reading function.
 * @details This function reads data from device and concatenates data to application buffer. 
 * @param[in] ctx : Click context object.
 * See #mbusrf3_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 mbusrf3_process ( void );

/**
 * @brief Response check.
 * @details This function checks for response and
 * returns the status of response.
 * @param[in] rsp  Expected response.
 * @return @li @c  0 - OK response.
 *         @li @c -1 - Error response.
 *         @li @c -2 - Timeout error.
  * See #err_t definition for detailed explanation.
 */
static err_t mbusrf3_rsp_check ( uint8_t cmd );

/**
 * @brief Check for errors.
 * @details This function checks for different types of
 * errors and logs them on UART or logs the response if no errors occured.
 * @param[in] error_flag  Error flag to check.
 */
static void mbusrf3_error_check ( err_t error_flag );

/**
 * @brief M-BUS RF 3 configure for example function.
 * @details This function is used to configure device for example.
 */
static void mbusrf3_configure_for_example ( void );

/**
 * @brief M-BUS RF 3 execute example function.
 * @details This function executes transmitter or receiver example depending on the DEMO_EXAMPLE macro.
 */
static void mbusrf3_example ( void );

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    mbusrf3_cfg_t mbusrf3_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.
    mbusrf3_cfg_setup( &mbusrf3_cfg );
    MBUSRF3_MAP_MIKROBUS( mbusrf3_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( UART_ERROR == mbusrf3_init( &mbusrf3, &mbusrf3_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    mbusrf3_process( );
    mbusrf3_clear_app_buf( );
    Delay_ms ( 500 );
   
    mbusrf3_configure_for_example( );
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    mbusrf3_example( );
}

int main ( void ) 
{
    /* Do not remove this line or clock might not be set correctly. */
    #ifdef PREINIT_SUPPORTED
    preinit();
    #endif
    
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

static void mbusrf3_clear_app_buf ( void ) 
{
    memset( app_buf, 0, app_buf_len );
    app_buf_len = 0;
}

static void mbusrf3_log_app_buf ( void )
{
    for ( int32_t buf_cnt = 0; buf_cnt < app_buf_len; buf_cnt++ )
    {
        log_printf( &logger, "%c", app_buf[ buf_cnt ] );
    }
}

static err_t mbusrf3_process ( void ) 
{
    uint8_t rx_buf[ PROCESS_BUFFER_SIZE ] = { 0 };
    int32_t overflow_bytes = 0;
    int32_t rx_cnt = 0;
    int32_t rx_size = mbusrf3_generic_read( &mbusrf3, rx_buf, PROCESS_BUFFER_SIZE );
    if ( ( rx_size > 0 ) && ( rx_size <= APP_BUFFER_SIZE ) ) 
    {
        if ( ( app_buf_len + rx_size ) > APP_BUFFER_SIZE ) 
        {
            overflow_bytes = ( app_buf_len + rx_size ) - APP_BUFFER_SIZE;
            app_buf_len = APP_BUFFER_SIZE - rx_size;
            memmove ( app_buf, &app_buf[ overflow_bytes ], app_buf_len );
            memset ( &app_buf[ app_buf_len ], 0, overflow_bytes );
        }
        for ( rx_cnt = 0; rx_cnt < rx_size; rx_cnt++ ) 
        {
            if ( rx_buf[ rx_cnt ] ) 
            {
                app_buf[ app_buf_len++ ] = rx_buf[ rx_cnt ];
            }
        }
        return MBUSRF3_OK;
    }
    return MBUSRF3_ERROR;
}

static err_t mbusrf3_rsp_check ( uint8_t cmd )
{
    err_t error_flag = MBUSRF3_OK;
    uint32_t timeout_cnt = 0;
    uint32_t timeout = 120000;
    Delay_ms ( 100 );
    mbusrf3_clear_app_buf( );
    error_flag |= mbusrf3_process( );
    while ( MBUSRF3_OK != error_flag )
    {
        error_flag |= mbusrf3_process( );
        if ( timeout_cnt++ > timeout )
        {
            mbusrf3_clear_app_buf( );
            return MBUSRF3_ERROR_TIMEOUT;
        }
        Delay_ms ( 1 );
    }
    mbusrf3_process( );
    Delay_ms ( 100 );
    if ( ( cmd | MBUSRF3_CMD_RESPONSE ) == app_buf[ 1 ] )
    {
        return MBUSRF3_OK;
    }
    else
    {
        return MBUSRF3_ERROR;
    }
}

static void mbusrf3_error_check ( err_t error_flag )
{
    switch ( error_flag )
    {
        case MBUSRF3_OK:
        {
            log_printf( &logger, " OK \r\n" );

            break;
        }
        case MBUSRF3_ERROR:
        {
            log_error( &logger, " ERROR!" );
            break;
        }
        case MBUSRF3_ERROR_TIMEOUT:
        {
            log_error( &logger, " Timeout!" );
            break;
        }
    }
    log_printf( &logger, " = = = = = = = = = = = = = = = = = \r\n" );
    Delay_ms ( 500 );
}

static void mbusrf3_configure_for_example ( void )
{
    uint8_t tx_data[ 3 ] = { 0 };

#if ( EXAMPLE_TRANSMIT == DEMO_EXAMPLE )
    log_printf( &logger, "Factory reset \r\n" );
    mbusrf3_send_command( &mbusrf3, MBUSRF3_CMD_FACTORYRESET_REQ, 0, 0 );
    error_flag = mbusrf3_rsp_check( MBUSRF3_CMD_FACTORYRESET_REQ );
    mbusrf3_error_check( error_flag );

    log_printf( &logger, "Reset device \r\n" );
    mbusrf3_send_command( &mbusrf3, MBUSRF3_CMD_RESET_REQ, 0, 0 );
    error_flag = mbusrf3_rsp_check( MBUSRF3_CMD_RESET_REQ );
    mbusrf3_error_check( error_flag );

    #define MODE_MEMORY_INDEX       0x46
    #define SET_MODE_LENGTH         0x01
#if ( WM_BUS_MODE_S == WM_BUS_MODE )
    log_printf( &logger, "Set mode S1-m \r\n" );
    #define S1_METER_ROLE           0x02
    tx_data[ 0 ] = MODE_MEMORY_INDEX;
    tx_data[ 1 ] = SET_MODE_LENGTH;
    tx_data[ 2 ] = S1_METER_ROLE;
    mbusrf3_send_command( &mbusrf3, MBUSRF3_CMD_SET_REQ, tx_data, 3 );
    error_flag = mbusrf3_rsp_check( MBUSRF3_CMD_SET_REQ );
    mbusrf3_error_check( error_flag );

#elif ( WM_BUS_MODE_T == WM_BUS_MODE )
    log_printf( &logger, "Set mode T1-meter \r\n" );
    #define T1_METER_ROLE           0x05
    tx_data[ 0 ] = MODE_MEMORY_INDEX;
    tx_data[ 1 ] = SET_MODE_LENGTH;
    tx_data[ 2 ] = T1_METER_ROLE;
    mbusrf3_send_command( &mbusrf3, MBUSRF3_CMD_SET_REQ, tx_data, 3 );
    error_flag = mbusrf3_rsp_check( MBUSRF3_CMD_SET_REQ );
    mbusrf3_error_check( error_flag );

#endif
    log_printf( &logger, "Reset device \r\n" );
    mbusrf3_send_command( &mbusrf3, MBUSRF3_CMD_RESET_REQ, 0, 0 );
    error_flag = mbusrf3_rsp_check( MBUSRF3_CMD_RESET_REQ );
    mbusrf3_error_check( error_flag );

#elif ( EXAMPLE_RECEIVER == DEMO_EXAMPLE ) 
    log_printf( &logger, "Factory reset \r\n" );
    mbusrf3_send_command( &mbusrf3, MBUSRF3_CMD_FACTORYRESET_REQ, 0, 0 );
    error_flag = mbusrf3_rsp_check( MBUSRF3_CMD_FACTORYRESET_REQ );
    mbusrf3_error_check( error_flag );

    log_printf( &logger, "Reset device \r\n" );
    mbusrf3_send_command( &mbusrf3, MBUSRF3_CMD_RESET_REQ, 0, 0 );
    error_flag = mbusrf3_rsp_check( MBUSRF3_CMD_RESET_REQ );
    mbusrf3_error_check( error_flag );

    #define EN_CMD_OUT_MEM_INDEX    0x05
    #define EN_CMD_OUT_LENGTH       0x01
    #define EN_CMD_OUT              0x01

    tx_data[ 0 ] = EN_CMD_OUT_MEM_INDEX;
    tx_data[ 1 ] = EN_CMD_OUT_LENGTH;
    tx_data[ 2 ] = EN_CMD_OUT;
    log_printf( &logger, "Enable command output \r\n" );
    mbusrf3_send_command( &mbusrf3, MBUSRF3_CMD_SET_REQ, tx_data, 3 );
    error_flag = mbusrf3_rsp_check( MBUSRF3_CMD_SET_REQ );
    mbusrf3_error_check( error_flag );

    #define MODE_MEMORY_INDEX       0x46
    #define SET_MODE_LENGTH         0x01

#if ( WM_BUS_MODE_S == WM_BUS_MODE )
    log_printf( &logger, "Set mode S2 \r\n" );
    #define S2_ROLE                 0x03
    tx_data[ 0 ] = MODE_MEMORY_INDEX;
    tx_data[ 1 ] = SET_MODE_LENGTH;
    tx_data[ 2 ] = S2_ROLE;
    mbusrf3_send_command( &mbusrf3, MBUSRF3_CMD_SET_REQ, tx_data, 3 );
    error_flag = mbusrf3_rsp_check( MBUSRF3_CMD_SET_REQ );
    mbusrf3_error_check( error_flag );

#elif ( ( WM_BUS_MODE_C == WM_BUS_MODE ) || ( WM_BUS_MODE_T == WM_BUS_MODE ) )
    log_printf( &logger, "Set mode C2 T2 mode \r\n" );
    #define C2_T2_MODE              0x09
    tx_data[ 0 ] = MODE_MEMORY_INDEX;
    tx_data[ 1 ] = SET_MODE_LENGTH;
    tx_data[ 2 ] = C2_T2_MODE;
    mbusrf3_send_command( &mbusrf3, MBUSRF3_CMD_SET_REQ, tx_data, 3 );
    error_flag = mbusrf3_rsp_check( MBUSRF3_CMD_SET_REQ );
    mbusrf3_error_check( error_flag );

#endif
    log_printf( &logger, "Reset device \r\n" );
    mbusrf3_send_command( &mbusrf3, MBUSRF3_CMD_RESET_REQ, 0, 0 );
    error_flag = mbusrf3_rsp_check( MBUSRF3_CMD_RESET_REQ );

#else
    #error "No demo example selected"
#endif
}

static void mbusrf3_example ( void )
{
#if ( ( EXAMPLE_TRANSMIT == DEMO_EXAMPLE ) )
    log_printf( &logger, "Send message \r\n" );
    mbusrf3_send_data( &mbusrf3, MESSAGE, strlen( MESSAGE ) );
    error_flag = mbusrf3_rsp_check( MBUSRF3_CMD_DATA_REQ );
    mbusrf3_error_check( error_flag );
    Delay_ms ( 1000 );

#elif ( EXAMPLE_RECEIVER == DEMO_EXAMPLE ) 
    if ( MBUSRF3_OK == mbusrf3_process( ) ) 
    {
        Delay_ms ( 100 );
        for ( uint8_t buf_cnt = 0; buf_cnt < app_buf[ 2 ]; buf_cnt++ )
        {
            log_printf( &logger, "%c", app_buf[ buf_cnt + 2 ] );
        }
        log_printf( &logger, "\r\n" );
        mbusrf3_clear_app_buf( );
    }
    
#else
    #error "No demo example selected"
#endif
}

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

额外支持

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