初学者
10 分钟

使用MICRF230和STM32L073RZ实现更快、更高效的数据传输

保持控制,保持连接

OOK RX Click with Nucleo-64 with STM32L073RZ MCU

已发布 6月 24, 2024

点击板

OOK RX Click

开发板

Nucleo-64 with STM32L073RZ MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32L073RZ

我们的433MHz无线接收器通过确保设备之间的稳固、不间断的链接,让您掌控一切,无论距离有多远,都能保持连接。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

OOK RX Click基于Microchip的MICRF230,这是一款400MHz到450MHz的ASK/OOK接收器,具有RSSI和静噪功能。这款设备的工作原理是基于解码嵌入在无线电信号中的信息。ASK/OOK调制是一种将信息编码并组装成无线电信号的方法,可以进行无线传输和接收。一般来说,ASK是幅度键移调制的缩写,通过改变信号的幅度来实现,具体取决于要传输的数字。例如,如果传输的数字是1,传输信号的幅度将等于载波信号的幅度;如果传输的数字是2,则传输信号的幅度是载波信号幅度的两倍,依此类推。ASK调制方法不仅允许二进制通信,因为接收器可以检测到两个以上的信号幅度。然而,这种方法对噪声和干扰非常敏感。为了克服这个问题,引入了OOK调制方法。OOK调制与ASK非常相似,但它是一种二进制类型。OOK是Off-On Key的缩写,完美地描述了这种调制类型。载波信号的存在被识别为逻辑1,而没有载波信号被识别为逻辑0。这种方法比ASK调制更能抵抗噪声和干扰,并且允许实现更大的通信距离。信号解调始于通过射频输入接收并放大的RF信号。该信号还经过内部混频器、滤波器和频率合成器的进一步处理,

生成约330kHz的处理后中频(IF)信号。该信号传递到解码部分。解码器从IF中移除载波信号,并过滤剩余的基带信号。这是通过一个带有用户可选择带宽的低通滤波器完成的。带宽选择非常重要,因为它提供了特定数据速率的最佳误码率(BER)。根据传输的信息数据速率,用户可以通过移动标记为BW SEL的板载SMD跳线来选择低通滤波器的带宽。这些跳线用于将IC的SEL0和SEL1引脚设置为正确的逻辑电平,如下表所示。在尝试通信之前,应首先接收到前导脉冲。前导脉冲允许校准接收信号。从待机模式恢复时,前导码应足够长,以使接收器完全唤醒并准备好接收数据。集成的静噪功能用于限制DO(数据输出)引脚上的活动。如果DO用于生成中断,则此静噪功能特别有用,因为静噪功能将抑制除非检测到有效的通信位,否则将抑制任何活动。当SQ引脚设置为逻辑低电平时,将启用静噪功能,在没有RF输入信号时,减少DO引脚上的随机活动(噪声)。SQ引脚内部拉到逻辑高电平,因此如果该引脚漂浮,则禁用它。此引脚路由到mikroBUS™的CS引脚。如果将设备置于关机模式,则可以减少功耗。当EN引脚拉高时,

MICRF230 IC的内部逻辑被激活。EN引脚内部拉低,因此当该引脚漂浮时,设备将以关机模式启动。板载电容器确保适当的上电周期,因为它会在EN引脚被拉到逻辑高电平之前产生一个小延迟,给电源电压稳定的时间。EN引脚路由到mikroBUS™的RST引脚。OOK RX Click有一个RSSI(接收信号强度指示器)输出引脚,用于直接测量AGC(自动增益补偿)部分的电压水平。AGC是提供低通滤波的基带信号的恒定幅度的集成电路部分。此引脚上的电压水平确定AGC部分的放大。由于这个水平不能直接读取,所以RSSI引脚上存在一个反转的、缓冲的版本,可以直接用来确定信号强度,这与信号的放大成反比。RSSI输出引脚的阻抗为200Ω,路由到mikroBUS™的AN引脚。OOK RX Click可以同时使用集成PCB追踪天线或433MHz外置天线工作,外置天线可以连接到click板的板载SMA连接器,以提高范围和接收信号强度。这个click board™支持3.3V和5V操作。通过移动标记为VCC SEL的SMD跳线,可以选择操作电压,使得3.3V和5V兼容的MCU都可以与OOK RX click board一起工作。

OOK RX 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

直角433MHz橡胶天线拥有433MHz的频率范围,确保在这个频谱内的最佳性能。50欧姆的阻抗有助于高效的信号传输。天线的垂直极化增强了特定方向的信号接收。具有1.5dB的增益,可以在一定程度上提高信号强度。天线最大输入功率为50W,适用于各种应用。其紧凑的50mm长度减小了空间要求。配备SMA公头连接器,可轻松与兼容设备连接。该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。

OOK RX Click accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

RSS Indication
PC0
AN
Device Enable
PC12
RST
Squelching
PB12
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
Data Output
PC14
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

OOK RX 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
Nucleo-64 with STM32XXX MCU Access MB 1 Mini B Conn - upright/background 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

这个库包含 OOK RX Click 驱动程序的 API。

关键函数:

  • ookrx_receive_data - 接收 OOK 通信中的数据。

  • ookrx_read_do_pin - 读取 od 引脚的数字输入。

  • ookrx_read_rsi_pin - 读取 rsi 引脚的数字输入。

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 OOK RX Click Example.
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of OOK RX 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 and squelch mode. 
 *
 * ## 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 OOK RX 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 OOKRX_MAN_BIT_LEN_US
 * value accordingly.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "ookrx.h"

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

static ookrx_t ookrx;       /**< OOK RX Click driver object. */
static log_t logger;        /**< Logger object. */
static uint8_t packet_buf[ OOKRX_MAX_DATA_LEN + 5 ] = { 0 };  /**< Packet buffer. */

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

/** 
 * @brief OOK RX read packet function.
 * @details This function reads data packet and stores it in a packet_buf only if
 * the OOKRX_PREAMBLE bytes are received successfully.
 * @param[in] ctx : Click context object.
 * See #ookrx_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 ookrx_wait_ready.
 */
static uint8_t ookrx_read_packet ( ookrx_t *ctx );

/** 
 * @brief Reflect bits.
 * @details This function reflects a desired number of bits in data.
 * @return Reflected data.
 * @note None.
 */
static uint16_t ookrx_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 ookrx_calculate_crc16 ( uint8_t *data_buf, uint16_t len );

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;      /**< Logger config object. */
    ookrx_cfg_t ookrx_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.
    ookrx_cfg_setup( &ookrx_cfg );
    OOKRX_MAP_MIKROBUS( ookrx_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( DIGITAL_OUT_UNSUPPORTED_PIN == ookrx_init( &ookrx, &ookrx_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    ookrx_enable_squelch ( &ookrx );
    ookrx_enable_device ( &ookrx );

    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" );
    ookrx_wait_ready ( &ookrx );
    packet_len = ookrx_read_packet ( &ookrx );
    if ( packet_len )
    {
        ookrx_read_rssi_voltage ( &ookrx, &rssi_v );
        crc = ( ( uint16_t ) packet_buf[ packet_len - 2 ] << 8 ) | packet_buf[ packet_len - 1 ];
        if ( crc == ookrx_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", OOKRX_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 ookrx_wait_ready ( ookrx_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 OOKRX_MAN_BIT_LEN_US / 40 for high signal
        for ( time_cnt = 0; ookrx_get_data_pin ( ctx ); time_cnt++ )
        {
            Delay_us ( OOKRX_MAN_BIT_LEN_US / 40 );
        }
        if ( time_cnt > 30 )
        {
            // Increment training_high_cnt if signal width is at least 75% of OOKRX_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 OOKRX_MAN_BIT_LEN_US / 40 for low signal
        for ( time_cnt = 0; ( training_high_cnt > 0 ) && !ookrx_get_data_pin ( ctx ); time_cnt++ )
        {
            Delay_us ( OOKRX_MAN_BIT_LEN_US / 40 );
        }
        if ( time_cnt > 30 )
        {
            // Increment training_low_cnt if signal width is at least 75% of OOKRX_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 OOKRX_MAN_BIT_LEN_US as an offset for packet reading.
            Delay_us ( OOKRX_MAN_BIT_LEN_US / 8 );
            break;
        }
    }
}

static uint8_t ookrx_read_packet ( ookrx_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 ( !ookrx_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 ( OOKRX_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 OOKRX_MAN_BIT_LEN_US
        Delay_us ( OOKRX_MAN_BIT_LEN_US );
    }
    return byte_cnt;
}

static uint16_t ookrx_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 ookrx_calculate_crc16( uint8_t *data_buf, uint16_t len )
{
    uint16_t crc16 = 0x0000;
    for ( uint16_t cnt = 0; cnt < len; cnt++ )
    {
        crc16 ^= ( ookrx_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 ookrx_reflect_bits( crc16, 16 ) ^ 0xFFFF;
}

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

额外支持

资源

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