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20 分钟

通过使用Metis-I(2605041183000)和STM32L073RZ建立无线通信并实现远程数据采集

用于公用事业计量和遥测的低功耗868MHz无线电模块

M-BUS RF 2 Click with Nucleo-64 with STM32L073RZ MCU

已发布 6月 24, 2024

点击板

M-BUS RF 2 Click

开发板

Nucleo-64 with STM32L073RZ MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32L073RZ

使用无线M-BUS和开放计量系统(OMS)标准进行公用事业计量和遥测,能够在700米范围内无线传输和接收数据。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

M-BUS RF 2 Click基于Würth Elektronik的Metis-I(2605041183000)射频模块,工作在868MHz频率。该模块集成了MSP430微控制器和CC1101射频芯片组,提供了一种强大且低成本的通信解决方案。Metis-I模块具有一系列令人印象深刻的功能。它在868MHz频段运行,配备32768B的Flash存储器和1024B的RAM。它符合无线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。该模块在清晰条件下能够有

效通信距离可达700米,并且设计注重能效,包括Wake-On-Radio功能以减少功耗。此外,它具有+11dBm的输出功率和高达-103dBm的射频灵敏度,以实现稳健的无线传输。Metis-I与主机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)。模块默认以115200bps的速率进行通信,允许高效的数据交换。该板还包括一个复位(RST)引脚,用于重置模块。板上有两个LED指示灯用于用户交互:橙色的TX LED指示

传输活动,黄色的RX LED指示接收。该板设计用于与868MHz天线(如MIKROE提供的Rubber 868MHz Antenna)接口。它包括一个u.Fl连接器,需要使用MIKROE提供的IPEX-SMA电缆适配器,以确保正确的天线连接。此Click板只能使用3.3V逻辑电压电平。在使用具有不同逻辑电平的MCU之前,板必须执行适当的逻辑电压电平转换。此外,此Click板配备了一个包含易于使用的功能和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

M-BUS RF 2 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64搭载STM32L073RZ MCU提供了一个经济实惠且灵活的平台,供开发人员探索新的想法并原型化其设计。该板利用了STM32微控制器的多功能性,使用户能够为其项目选择性能和功耗之间的最佳平衡。它采用LQFP64封装的STM32微控制器,并包括一些必要的组件,例如用户LED,可以同时作为ARDUINO®信号使用,以及用户和复位按钮,以及用于精准定时操作的32.768kHz晶体振荡器。设计时考虑了扩展性和灵活性,Nucleo-64板具有ARDUINO® 

Uno V3扩展连接器和ST morpho扩展引脚标头,为全面项目集成提供了对STM32 I/O的完全访问权限。电源选项具有适应性,支持ST-LINK USB VBUS或外部电源,确保在各种开发环境中的适应性。该板还配备了一个内置的ST-LINK调试器/编程器,具有USB重新枚举功能,简化了编程和调试过程。此外,该板还设计了外部SMPS,以实现有效的Vcore逻辑供电,支持USB设备全速或USB SNK/UFP全速,以及内置的加密功能,增强了项目的功耗效率和安全性。通过专用

连接器提供了额外的连接性,用于外部SMPS实验、ST-LINK的USB连接器和MIPI®调试连接器,扩展了硬件接口和实验的可能性。开发人员将通过STM32Cube MCU软件包中全面的免费软件库和示例得到广泛的支持。这与与各种集成开发环境(IDE)的兼容性相结合,包括IAR Embedded Workbench®、MDK-ARM和STM32CubeIDE,确保了平稳高效的开发体验,使用户能够充分发挥Nucleo-64板在其项目中的功能。

Nucleo 64 with STM32L073RZ MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M0

MCU 内存 (KB)

192

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

20480

你完善了我!

配件

Click Shield for Nucleo-64 配备了两个专有的 mikroBUS™ 插座,使得所有的 Click board™ 设备都可以轻松地与 STM32 Nucleo-64 开发板连接。这样,Mikroe 允许其用户从不断增长的 Click boards™ 范围中添加任何功能,如 WiFi、GSM、GPS、蓝牙、ZigBee、环境传感器、LED、语音识别、电机控制、运动传感器等。您可以使用超过 1537 个 Click boards™,这些 Click boards™ 可以堆叠和集成。STM32 Nucleo-64 开发板基于 64 引脚封装的微控制器,采用 32 位 MCU,配备 ARM Cortex M4 处理器,运行速度为 84MHz,具有 512Kb Flash 和 96KB SRAM,分为两个区域,顶部区域代表 ST-Link/V2 调试器和编程器,而底部区域是一个实际的开发板。通过 USB 连接方便地控制和供电这些板子,以便直接对 Nucleo-64 开发板进行编程和高效调试,其中还需要额外的 USB 线连接到板子上的 USB 迷你接口。大多数 STM32 微控制器引脚都连接到了板子左右边缘的 IO 引脚上,然后连接到两个现有的 mikroBUS™ 插座上。该 Click Shield 还有几个开关,用于选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平和 mikroBUS™ 插座本身的逻辑电压电平。此外,用户还可以通过现有的双向电平转换器,使用任何 Click board™,无论 Click board™ 是否在 3.3V 或 5V 逻辑电压电平下运行。一旦将 STM32 Nucleo-64 开发板与我们的 Click Shield for Nucleo-64 连接,您就可以访问数百个工作于 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的 Click boards™。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image

868MHz 直角橡胶天线是一种紧凑且多功能的无线通信解决方案。在868-915MHz的频率范围内运行,确保了最佳的信号接收和传输。凭借50欧姆的阻抗,它与各种设备和系统兼容。这款天线具有2dB的增益,增强了信号强度并延长了通信范围。其垂直极化进一步提高了信号的清晰度。设计可处理高达50W的输入功率,它是各种应用的可靠选择。这款天线长度仅为48mm,既低调又实用。其SMA公头连接器确保了与设备的安全可靠连接。无论您是使用物联网设备、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 2 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中的微型同轴连接器。"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电缆组件在一端有一个IPEX连接器,另一端有一个SMA连接器,允许它连接使用这些特定连接器的设备或组件。这些电缆通常用于WiFi或蜂窝天线、GPS模块和其他需要可靠且低损耗连接的射频通信系统。

M-BUS RF 2 Click accessories 2 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
Reset
PC12
RST
UART CTS / ID COMM
PB12
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
UART RTS
PC14
INT
UART TX
PA2
TX
UART RX
PA3
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 2 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo-64 with STM32L073RZ MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32F401RE MCU front image hardware assembly
LTE IoT 5 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
LTE IoT 5 Click complete accessories setup image hardware assembly
Board mapper by product8 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
Clicker 4 for STM32F4 HA 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

软件支持

库描述

该库包含 M-BUS RF 2 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • mbusrf2_set_rst_pin - 此函数用于设置复位引脚的状态。

  • mbusrf2_send_command - 此函数用于发送所需的命令。

  • mbusrf2_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 2 Click Example.
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of M-BUS RF 2 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 mbusrf2_clear_app_buf ( void )
 * - static void mbusrf2_log_app_buf ( void )
 * - static err_t mbusrf2_process ( mbusrf2_t *ctx )
 * - static err_t mbusrf2_rsp_check ( uint8_t cmd )
 * - static void mbusrf2_error_check ( err_t error_flag )
 * - static void mbusrf2_configure_for_example ( void )
 * - static void mbusrf2_example ( void )
 *
 * @author Stefan Ilic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "mbusrf2.h"

// Example selection macros
#define EXAMPLE_TRANSMIT                    0                // Transmit example
#define EXAMPLE_RECEIVER                    1                // Reciver example
#define DEMO_EXAMPLE                        EXAMPLE_RECEIVER // 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 2 Click"

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

static mbusrf2_t mbusrf2;
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 2 clearing application buffer.
 * @details This function clears memory of application buffer and reset its length.
 * @note None.
 */
static void mbusrf2_clear_app_buf ( void );

/**
 * @brief M-BUS RF 2 log application buffer.
 * @details This function logs data from application buffer to USB UART.
 * @note None.
 */
static void mbusrf2_log_app_buf ( void );

/**
 * @brief M-BUS RF 2 data reading function.
 * @details This function reads data from device and concatenates data to application buffer. 
 * @param[in] ctx : Click context object.
 * See #mbusrf2_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 mbusrf2_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 mbusrf2_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 mbusrf2_error_check ( err_t error_flag );

/**
 * @brief M-BUS RF 2 configure for example function.
 * @details This function is used to configure device for example.
 */
static void mbusrf2_configure_for_example ( void );

/**
 * @brief M-BUS RF 2 execute example function.
 * @details This function executes transmitter or receiver example depending on the DEMO_EXAMPLE macro.
 */
static void mbusrf2_example ( void );

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    mbusrf2_cfg_t mbusrf2_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.
    mbusrf2_cfg_setup( &mbusrf2_cfg );
    MBUSRF2_MAP_MIKROBUS( mbusrf2_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( UART_ERROR == mbusrf2_init( &mbusrf2, &mbusrf2_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    mbusrf2_process( );
    mbusrf2_clear_app_buf( );
    Delay_ms ( 500 );
   
    mbusrf2_configure_for_example( );
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    mbusrf2_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 mbusrf2_clear_app_buf ( void ) 
{
    memset( app_buf, 0, app_buf_len );
    app_buf_len = 0;
}

static void mbusrf2_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 mbusrf2_process ( void ) 
{
    uint8_t rx_buf[ PROCESS_BUFFER_SIZE ] = { 0 };
    int32_t overflow_bytes = 0;
    int32_t rx_cnt = 0;
    int32_t rx_size = mbusrf2_generic_read( &mbusrf2, 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 MBUSRF2_OK;
    }
    return MBUSRF2_ERROR;
}

static err_t mbusrf2_rsp_check ( uint8_t cmd )
{
    err_t error_flag = MBUSRF2_OK;
    uint32_t timeout_cnt = 0;
    uint32_t timeout = 120000;
    Delay_ms ( 100 );
    mbusrf2_clear_app_buf( );
    error_flag |= mbusrf2_process( );
    while ( MBUSRF2_OK != error_flag )
    {
        error_flag |= mbusrf2_process( );
        if ( timeout_cnt++ > timeout )
        {
            mbusrf2_clear_app_buf( );
            return MBUSRF2_ERROR_TIMEOUT;
        }
        Delay_ms ( 1 );
    }
    mbusrf2_process( );
    Delay_ms ( 100 );
    if ( ( cmd | MBUSRF2_CMD_RESPONSE ) == app_buf[ 1 ] )
    {
        return MBUSRF2_OK;
    }
    else
    {
        return MBUSRF2_ERROR;
    }
}

static void mbusrf2_error_check ( err_t error_flag )
{
    switch ( error_flag )
    {
        case MBUSRF2_OK:
        {
            log_printf( &logger, " OK \r\n" );

            break;
        }
        case MBUSRF2_ERROR:
        {
            log_error( &logger, " ERROR!" );
            break;
        }
        case MBUSRF2_ERROR_TIMEOUT:
        {
            log_error( &logger, " Timeout!" );
            break;
        }
    }
    log_printf( &logger, " = = = = = = = = = = = = = = = = = \r\n" );
    Delay_ms ( 500 );
}

static void mbusrf2_configure_for_example ( void )
{
    uint8_t tx_data[ 3 ] = { 0 };

#if ( EXAMPLE_TRANSMIT == DEMO_EXAMPLE )
    log_printf( &logger, "Factory reset \r\n" );
    mbusrf2_send_command( &mbusrf2, MBUSRF2_CMD_FACTORYRESET_REQ, 0, 0 );
    error_flag = mbusrf2_rsp_check( MBUSRF2_CMD_FACTORYRESET_REQ );
    mbusrf2_error_check( error_flag );

    log_printf( &logger, "Reset device \r\n" );
    mbusrf2_send_command( &mbusrf2, MBUSRF2_CMD_RESET_REQ, 0, 0 );
    error_flag = mbusrf2_rsp_check( MBUSRF2_CMD_RESET_REQ );
    mbusrf2_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;
    mbusrf2_send_command( &mbusrf2, MBUSRF2_CMD_SET_REQ, tx_data, 3 );
    error_flag = mbusrf2_rsp_check( MBUSRF2_CMD_SET_REQ );
    mbusrf2_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;
    mbusrf2_send_command( &mbusrf2, MBUSRF2_CMD_SET_REQ, tx_data, 3 );
    error_flag = mbusrf2_rsp_check( MBUSRF2_CMD_SET_REQ );
    mbusrf2_error_check( error_flag );

#endif
    log_printf( &logger, "Reset device \r\n" );
    mbusrf2_send_command( &mbusrf2, MBUSRF2_CMD_RESET_REQ, 0, 0 );
    error_flag = mbusrf2_rsp_check( MBUSRF2_CMD_RESET_REQ );
    mbusrf2_error_check( error_flag );

#elif ( EXAMPLE_RECEIVER == DEMO_EXAMPLE ) 
    log_printf( &logger, "Factory reset \r\n" );
    mbusrf2_send_command( &mbusrf2, MBUSRF2_CMD_FACTORYRESET_REQ, 0, 0 );
    error_flag = mbusrf2_rsp_check( MBUSRF2_CMD_FACTORYRESET_REQ );
    mbusrf2_error_check( error_flag );

    log_printf( &logger, "Reset device \r\n" );
    mbusrf2_send_command( &mbusrf2, MBUSRF2_CMD_RESET_REQ, 0, 0 );
    error_flag = mbusrf2_rsp_check( MBUSRF2_CMD_RESET_REQ );
    mbusrf2_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" );
    mbusrf2_send_command( &mbusrf2, MBUSRF2_CMD_SET_REQ, tx_data, 3 );
    error_flag = mbusrf2_rsp_check( MBUSRF2_CMD_SET_REQ );
    mbusrf2_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;
    mbusrf2_send_command( &mbusrf2, MBUSRF2_CMD_SET_REQ, tx_data, 3 );
    error_flag = mbusrf2_rsp_check( MBUSRF2_CMD_SET_REQ );
    mbusrf2_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;
    mbusrf2_send_command( &mbusrf2, MBUSRF2_CMD_SET_REQ, tx_data, 3 );
    error_flag = mbusrf2_rsp_check( MBUSRF2_CMD_SET_REQ );
    mbusrf2_error_check( error_flag );

#endif
    log_printf( &logger, "Reset device \r\n" );
    mbusrf2_send_command( &mbusrf2, MBUSRF2_CMD_RESET_REQ, 0, 0 );
    error_flag = mbusrf2_rsp_check( MBUSRF2_CMD_RESET_REQ );

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

static void mbusrf2_example ( void )
{
#if ( ( EXAMPLE_TRANSMIT == DEMO_EXAMPLE ) )
    log_printf( &logger, "Send message \r\n" );
    mbusrf2_send_data( &mbusrf2, MESSAGE, strlen( MESSAGE ) );
    error_flag = mbusrf2_rsp_check( MBUSRF2_CMD_DATA_REQ );
    mbusrf2_error_check( error_flag );
    Delay_ms ( 1000 );

#elif ( EXAMPLE_RECEIVER == DEMO_EXAMPLE ) 
    if ( MBUSRF2_OK == mbusrf2_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" );
        mbusrf2_clear_app_buf( );
    }
    
#else
    #error "No demo example selected"
#endif
}

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

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