初学者
10 分钟

使用Metis-II (2607021183000)和STM32F031K6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 Nucleo 32 with STM32F031K6 MCU

已发布 10月 07, 2024

点击板

M-BUS RF 3 Click

开发板

Nucleo 32 with STM32F031K6 MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F031K6

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

Nucleo 32开发板搭载STM32F031K6 MCU,提供了一种经济且灵活的平台,适用于使用32引脚封装的STM32微控制器进行实验。该开发板具有Arduino™ Nano连接性,便于通过专用扩展板进行功能扩展,并且支持mbed,使其能够无缝集成在线资源。板载集成

ST-LINK/V2-1调试器/编程器,支持通过USB重新枚举,提供三种接口:虚拟串口(Virtual Com port)、大容量存储和调试端口。该开发板的电源供应灵活,可通过USB VBUS或外部电源供电。此外,还配备了三个LED指示灯(LD1用于USB通信,LD2用于电源

指示,LD3为用户可控LED)和一个复位按钮。STM32 Nucleo-32开发板支持多种集成开发环境(IDEs),如IAR™、Keil®和基于GCC的IDE(如AC6 SW4STM32),使其成为开发人员的多功能工具。

Nucleo 32 with STM32F031K6 MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M0

MCU 内存 (KB)

32

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

32

RAM (字节)

4096

你完善了我!

配件

Click Shield for Nucleo-32是扩展您的开发板功能的理想选择,专为STM32 Nucleo-32引脚布局设计。Click Shield for Nucleo-32提供了两个mikroBUS™插座,可以添加来自我们不断增长的Click板™系列中的任何功能。从传感器和WiFi收发器到电机控制和音频放大器,我们应有尽有。Click Shield for Nucleo-32与STM32 Nucleo-32开发板兼容,为用户提供了一种经济且灵活的方式,使用任何STM32微控制器快速创建原型,并尝试各种性能、功耗和功能的组合。STM32 Nucleo-32开发板无需任何独立的探针,因为它集成了ST-LINK/V2-1调试器/编程器,并随附STM32全面的软件HAL库和各种打包的软件示例。这个开发平台为用户提供了一种简便且通用的方式,将STM32 Nucleo-32兼容开发板与他们喜欢的Click板™结合,应用于即将开展的项目中。

Click Shield for Nucleo-32 accessories 1 image

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
PA11
RST
UART CTS / ID COMM
PA4
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
UART RTS
PA12
INT
UART TX
PA10
TX
UART RX
PA9
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

Click Shield for Nucleo-144 front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo 32 with STM32F031K6 MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-144 front image hardware assembly
Nucleo 144 with STM32L4A6ZG MCU front image hardware assembly
Stepper 22 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Stepper 22 Click complete accessories setup image hardware assembly
Nucleo-32 with STM32 MCU 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 image step 5 hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
STM32 M4 Clicker HA MCU/Select 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

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