中级
20 分钟

使用MICRF219A和STM32L073RZ在433MHz频段接收和处理信号

具有自动轮询和RSSI功能的ASK/OOK 433MHz RF接收器

MICRF RX 2 Click with Nucleo-64 with STM32L073RZ MCU

已发布 6月 24, 2024

点击板

MICRF RX 2 Click

开发板

Nucleo-64 with STM32L073RZ MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32L073RZ

感谢您的反馈!如果您有任何其他问题或需要进一步的帮助,请随时告诉我。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

MICRF RX 2 Click基于Microchip的MICRF219A,这是一款带有Auto-Poll和RSSI的ASK/OOK接收器。这款超外差、抗镜像RF接收器经过设计,只需一个晶体即可运行,在本例中是板载的13.52313MHz,并且只需要一组最少的外部元件。如前所述,通过寄存器配置,MICRF219A可以编程为自动轮询模式。在此模式下,它监视是否有有效的入射射频信号,同时将数据输出(DO引脚)保持在低逻辑状态。在此模式下,MICRF219A还在睡眠和轮询状态之间切换。其适用性涵盖了各种应用,例如低功耗远程无钥匙进入(RKE)、轮胎压力监测系统(TPMS)和远程操作系统。在性能方面,

MICRF219A以-110dBm的灵敏度、1kbps和0.1%的比特错误率(BER)脱颖而出,并配备了四种可选择的解调器滤波器带宽,范围从1625Hz到13kHz。通过将BW SEL跳线放置在相应的位置(0或1),可以选择滤波器带宽,根据附带的MICRF219A数据表(Table 1.)中的真值表选择相应的频率。此功能允许设备容纳高达20kbps的比特率(从2.5kbps到20kbps)。在来自mikroBUS™电源轨的3.3V供电下运行,经过优化以进行433MHz操作,典型供电电流为6mA。MICRF219A还具有通过SH引脚可控制的低功耗关机模式,将供电电流降低到令人印象深刻的0.1µA,以及一个用于指示接收信号强度的

RSI引脚。除了这些引脚之外,它还使用了前面提到的DO引脚作为其解调数据输出引脚,以及CLK引脚作为编程设备的程序时钟输入引脚,与DO引脚组合使用。对于天线配置,该板允许使用专门调谐到433MHz的板载PCB天线或通过SMA连接器使用外部天线,如橡胶角度433MHz天线。通过调节位于SMA连接器附近位置A到位置B的电容器C4,可以实现选择。此 Click board™ 只能使用3.3V逻辑电压级别。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级别转换。此外,它配备了一个包含函数和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

MICRF RX 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

右角433MHz橡胶天线具有433MHz的频率范围,确保在这个频谱内实现最佳性能。它的50欧姆阻抗有助于实现高效的信号传输。天线的垂直极化增强了特定方向的信号接收。具有1.5dB增益,可以在一定程度上提高信号强度。该天线可承受最大50W的输入功率,适用于各种应用。其紧凑的50mm长度使其空间要求最小化。配备SMA公头连接器,可轻松与兼容设备连接。这款天线是无线通信需求的灵活解决方案,尤其是在垂直极化至关重要时。

MICRF RX 2 Click accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Received Signal Strength Monitor
PC0
AN
Shutdown
PC12
RST
ID COMM
PB12
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Programmable Clock
PC8
PWM
Receiver Data Output
PC14
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

MICRF RX 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

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 MICRF RX 2 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • micrfrx2_enable_device - 此函数通过将SHD引脚设置为低逻辑状态来启用设备。

  • micrfrx2_wait_ready - 此函数等待所有训练字节到达,表示数据已准备好。

  • micrfrx2_read_packet - 此函数仅在成功接收MICRFRX2_PREAMBLE字节时读取数据包并将其存储在packet_buf中。

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 MICRF RX 2 Click Example.
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of MICRF RX 2 Click board by reading and parsing
 * packet messages received from the transmitter.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the driver and enables the device. 
 *
 * ## Application Task
 * Waits for a data ready indication, then reads all packet data, verifies the CRC
 * bytes in a packet, and displays its data as well as the RSSI value on the USB UART.
 *
 * @note
 * The OOK TX Click board is a compatible transmitter for the MICRF RX 2 Click.
 * Here are a few steps for troubleshooting if you are experiencing issues running
 * this example:
 *  - Check the MCU clock configuration, use an external oscillator instead of the MCU's
 * internal one for better accuracy on manchester data rate delay.
 *  - Measure the actual data rate on the data line and adjust the MICRFRX2_MAN_BIT_LEN_US
 * value accordingly.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "micrfrx2.h"

#define MICRFRX2_PREAMBLE       0x5AA5  /**< Packet preamble word. */

static micrfrx2_t micrfrx2;     /**< MICRF RX 2 Click driver object. */
static log_t logger;            /**< Logger object. */
static uint8_t packet_buf[ MICRFRX2_MAX_DATA_LEN + 5 ] = { 0 };  /**< Packet buffer. */

/** 
 * @brief MICRF RX 2 wait ready function.
 * @details This function waits for all training bytes to arrive which indicates data ready.
 * @param[in] ctx : Click context object.
 * See #micrfrx2_t object definition for detailed explanation.
 * @return None.
 * @note None.
 */
static void micrfrx2_wait_ready ( micrfrx2_t *ctx );

/** 
 * @brief MICRF RX 2 read packet function.
 * @details This function reads data packet and stores it in a packet_buf only if
 * the MICRFRX2_PREAMBLE bytes are received successfully.
 * @param[in] ctx : Click context object.
 * See #micrfrx2_t object definition for detailed explanation.
 * @return Number of data bytes stored in a packet_buf.
 * @note The expected packet format is as follows (MSB first, manchester IEEE 802.3):
 * TRAINING_BYTES (at least two bytes of 0xAA), PREABMLE, LEN, DATA_IN, CRC16 (calculated
 * from whole packet excluding training bytes). Training bytes are excluded from packet_buf.
 * This function must be called immediately after calling micrfrx2_wait_ready.
 */
static uint8_t micrfrx2_read_packet ( micrfrx2_t *ctx );

/** 
 * @brief Reflect bits.
 * @details This function reflects a desired number of bits in data.
 * @return Reflected data.
 * @note None.
 */
static uint16_t micrfrx2_reflect_bits( uint16_t data_in, uint8_t len );

/** 
 * @brief CRC-16/MAXIM calculation for CRC16 function.
 * @details This function calculates CRC16 with parameteres: 
 * @li @c  Width 16 bit
 * @li @c  Polynomial 0x8005 ( x16 + x15 + x2 + x0 )
 * @li @c  Initialization 0x0000
 * @li @c  Reflect input True
 * @li @c  Reflect output True
 * @li @c  Final Xor 0xFFFF
 * @li @c  Example { 69, 00 } - 0xAFD1
 * @param[in] data_buf : Array of bytes to calculate crc from.
 * @param[in] len : Number of bytes to calculate crc from.
 * @return Calculated CRC.
 * @note None.
 */
static uint16_t micrfrx2_calculate_crc16 ( uint8_t *data_buf, uint16_t len );

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    micrfrx2_cfg_t micrfrx2_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.
    micrfrx2_cfg_setup( &micrfrx2_cfg );
    MICRFRX2_MAP_MIKROBUS( micrfrx2_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( DIGITAL_OUT_UNSUPPORTED_PIN == micrfrx2_init( &micrfrx2, &micrfrx2_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    micrfrx2_enable_device ( &micrfrx2 );

    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    static float rssi_v = 0;
    static uint8_t packet_len = 0;
    static uint8_t msg_cnt = 0;
    static uint16_t crc = 0;

    log_printf( &logger, "\r\n Waiting for data ready...\r\n" );
    micrfrx2_wait_ready ( &micrfrx2 );
    packet_len = micrfrx2_read_packet ( &micrfrx2 );
    if ( packet_len )
    {
        micrfrx2_read_rssi_voltage ( &micrfrx2, &rssi_v );
        crc = ( ( uint16_t ) packet_buf[ packet_len - 2 ] << 8 ) | packet_buf[ packet_len - 1 ];
        if ( crc == micrfrx2_calculate_crc16 ( packet_buf, packet_len - 2 ) )
        {
            log_printf( &logger, " Received message: " );
            for ( msg_cnt = 0; msg_cnt < packet_buf[ 2 ]; msg_cnt++ )
            {
                log_printf( &logger, "%c", ( uint16_t ) packet_buf[ msg_cnt + 3 ] );
            }
            log_printf( &logger, "\r\n RSSI: %.1f dBm\r\n", MICRFRX2_RSSI_V_TO_DBM ( rssi_v ) );
        }
    }
    Delay_ms ( 100 );
}

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 micrfrx2_wait_ready ( micrfrx2_t *ctx )
{
    uint16_t time_cnt = 0;
    uint16_t training_high_cnt = 0;
    uint16_t training_low_cnt = 0;
    // Loop until at least two 0xAA bytes of training data is detected
    for ( ; ; )
    {
        // Measure time in steps of MICRFRX2_MAN_BIT_LEN_US / 40 for high signal
        for ( time_cnt = 0; micrfrx2_get_data_pin ( ctx ); time_cnt++ )
        {
            Delay_us ( MICRFRX2_MAN_BIT_LEN_US / 40 );
        }
        if ( time_cnt > 30 )
        {
            // Increment training_high_cnt if signal width is at least 75% of MICRFRX2_MAN_BIT_LEN_US
            training_high_cnt++;
        }
        else
        {
            // Reset counters if any invalid signal is detected
            training_high_cnt = 0;
            training_low_cnt = 0;
        }

        // Measure time in steps of MICRFRX2_MAN_BIT_LEN_US / 40 for low signal
        for ( time_cnt = 0; ( training_high_cnt > 0 ) && !micrfrx2_get_data_pin ( ctx ); time_cnt++ )
        {
            Delay_us ( MICRFRX2_MAN_BIT_LEN_US / 40 );
        }
        if ( time_cnt > 30 )
        {
            // Increment training_low_cnt if signal width is at least 75% of MICRFRX2_MAN_BIT_LEN_US
            training_low_cnt++;
        }
        else if ( ( training_high_cnt >= 8 ) && ( training_high_cnt == ( training_low_cnt + 1 ) ) )
        {
            // At least two 0xAA bytes are detected ending with shorter low signal, so break the loop here.
            // Waiting for 12.5% of MICRFRX2_MAN_BIT_LEN_US as an offset for packet reading.
            Delay_us ( MICRFRX2_MAN_BIT_LEN_US / 8 );
            break;
        }
    }
}

static uint8_t micrfrx2_read_packet ( micrfrx2_t *ctx )
{
    uint8_t byte_cnt = 0;
    uint8_t bit_cnt = 0;
    // Loop until all data bytes are received or a bad PREAMBLE word is detected
    for ( ; ; )
    {
        if ( !micrfrx2_get_data_pin ( ctx ) )
        {
            // Store data in packet_buf in manchester IEEE 802.3 format, MSB first
            packet_buf[ byte_cnt ] |= ( 0x80 >> bit_cnt );
        }
        
        if ( 8 == ++bit_cnt )
        {
            // Reset bit counter and increment byte counter if 8 bits are received
            bit_cnt = 0;
            byte_cnt++;
        }

        if ( 2 == byte_cnt )
        {
            // Two bytes are received, check PREAMBLE word
            if ( MICRFRX2_PREAMBLE != ( ( ( uint16_t ) packet_buf[ 0 ] << 8 ) | packet_buf[ 1 ] ) )
            {
                byte_cnt = 0;
                break;
            }
        }
        else if ( ( packet_buf[ 2 ] + 5 ) == byte_cnt )
        {
            // Break the loop if all packet data are received (PREAMBLE + DATA_LEN + DATA + CRC)
            break;
        }

        // Move to the next manchester clock high state by delaying for MICRFRX2_MAN_BIT_LEN_US
        Delay_us ( MICRFRX2_MAN_BIT_LEN_US );
    }
    return byte_cnt;
}

static uint16_t micrfrx2_reflect_bits( uint16_t data_in, uint8_t len )
{
    uint16_t data_out = 0;
    for ( uint16_t cnt = 0; cnt < len; cnt++ )
    {
        data_out |= ( ( data_in >> cnt ) & 1 ) << ( len - cnt - 1 );
    }
    return data_out;
}

static uint16_t micrfrx2_calculate_crc16( uint8_t *data_buf, uint16_t len )
{
    uint16_t crc16 = 0x0000;
    for ( uint16_t cnt = 0; cnt < len; cnt++ )
    {
        crc16 ^= ( micrfrx2_reflect_bits( data_buf[ cnt ], 8 ) << 8 );
        for ( uint8_t bit_cnt = 0; bit_cnt < 8; bit_cnt++ )
        {
            if ( crc16 & 0x8000 )
            {
                crc16 = ( crc16 << 1 ) ^ 0x8005;
            }
            else
            {
                crc16 <<= 1;
            }
        }
    }
    return micrfrx2_reflect_bits( crc16, 16 ) ^ 0xFFFF;
}

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

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