通过利用现有的电力基础设施实现无缝通信,革新您的连接策略并降低费用。
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硬件概览
它是如何工作的?
N-PLC Click基于Semitech的SM2400,这是终极的窄带电力线通信(N-PLC)调制解调器,结合了针对PLC应用优化的成本效益设计和高水平的可编程性,以应对多种通信方案和不断发展的标准。SM2400系统芯片(SoC)具有双核架构,专用于PHY信号处理和MAC层功能,保证卓越的通信性能,同时保持对基于OFDM的标准和完全定制实现的高度灵活性和可编程性。它有一套固件选项,实现了符合IEEE 1901.2的PHY和MAC层、6LoWPAN数据链路层、PRIME、G3-PLC以及其他为工业物联网应用定制的特殊模式。SM2400结合了可编程架构的优势以及通过专门配置的DSP核心实现N-PLC调制和运行协议的专用32位核心,兼具功率和效率。它包含一个高速256位AES-CCM引擎,以确保标准合规性和安全通信,并包含所有必要的混合信号组件,如ADC、DAC、增益控制和两个运算放大器,以提供任何应用的成本效益N-PLC系统设计。除了SM2400外,该Click板还包括PLC线驱动器SGM8423,这是一款高效的A/B类低失真电力线驱动器。它优化接受来自电力线载波调制解
调器(如SM2400)的信号,这在示例代码中有所展示,两个这样的板以发射机/接收机配置相互通信。除了直接执行线驱动器的启用/关闭控制外,SM2400还有一个诊断信号,可以指示线驱动器报告的过流或过热等错误情况。此外,还可以在PLC CONN连接器上输入高电压(110/220VAC),通过N-PLC Wall Adapter转换为适当水平的信号,这是一种简单但非常有用的电力线通信AC耦合电路,确保安全操作。绿色PLC PWR LED信号表明N-PLC Wall Adapter已连接并通电。SM2400通过UART接口与MCU通信,使用常用的UART RX和TX引脚以及可选的硬件流控制引脚UART CTS和RTS(Clear to Send和Ready to Send)。UART接口作为主接口,可以是MCU或转换器,如串行到USB。作为UART接口的替代方案,用户还可以使用SPI串行接口的线路(要使用此接口,需填充适当的0Ω电阻以激活SPI线路)。SM2400从内部存储器执行固件,启动时加载代码。SM2400可以通过外部SPI闪存AT25FF041A或通过UART接口从主机MCU启动,具体取决于mikroBUS™插座的MD1
引脚的逻辑状态(0 - 通过UART接口启动,允许直接固件下载(从主机启动),1 - 从外部SPI闪存启动),主机MCU为主机。此外,SM2400通过mikroBUS™插座的RST引脚提供复位功能(断言此引脚会导致全芯片复位和重启),以及通过红色PHY LED进行通信状态的视觉检测,当检测到来包时,该LED被断言。该Click板的供电非常简单,无需任何额外的硬件配置(取决于供电能力和所需范围)。可以通过两种方式为板供电:内部和外部。默认情况下,板将通过LM5158升压转换器从5V mikroBUS™电源轨获得15V的内部供电。当在VEXT端子上施加15VDC的外部电源时,N-PLC Click将自动通过外部电源供电,这要归功于转换器的保护,它会自动识别外部电源的存在并优先使用。该Click板只能在3.3V逻辑电压水平下操作。在使用不同逻辑电平的MCU之前,必须进行适当的逻辑电压电平转换。此外,它配备了包含功能和示例代码的库,可以作为进一步开发的参考。
功能概述
开发板
Nucleo-64 搭载 STM32G431RB MCU 提供了一种经济高效且灵活的平台,供开发者探索新想法并原型设计他们的项目。该板利用 STM32 微控制器的多功能性,使用户能够为他们的项目选择最佳的性能与功耗平衡。它配备了 LQFP64 封装的 STM32 微控制器,并包含了如用户 LED(同时作为 ARDUINO® 信号)、用户和复位按钮,以及 32.768kHz 晶体振荡器用于精确的计时操作等基本组件。Nucleo-64 板设计考虑到扩展性和灵活性,它特有的 ARDUINO® Uno
V3 扩展连接器和 ST morpho 扩展引脚头,提供了对 STM32 I/O 的完全访问,以实现全面的项目整合。电源供应选项灵活,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。该板还配备了一个具有 USB 重枚举功能的板载 ST-LINK 调试器/编程器,简化了编程和调试过程。此外,该板设计旨在简化高级开发,它的外部 SMPS 为 Vcore 逻辑供电提供高效支持,支持 USB 设备全速或 USB SNK/UFP 全速,并内置加密功能,提升了项目的功效
和安全性。通过外部 SMPS 实验的专用连接器、 用于 ST-LINK 的 USB 连接器以及 MIPI® 调试连接器,提供了更多的硬件接口和实验可能性。开发者将通过 STM32Cube MCU Package 提供的全面免费软件库和示例得到广泛支持。这些,加上与多种集成开发环境(IDE)的兼容性,包括 IAR Embedded Workbench®、MDK-ARM 和 STM32CubeIDE,确保了流畅且高效的开发体验,使用户能够充分利用 Nucleo-64 板在他们的项目中的能力。
微控制器概述
MCU卡片 / MCU
建筑
ARM Cortex-M4
MCU 内存 (KB)
128
硅供应商
STMicroelectronics
引脚数
64
RAM (字节)
32k
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™。
我们还提供适用于全球各地的兼容 AC 插头。对于电源适配器来说,可靠性至关重要,因此我们选择了 Sunny Power Supply 的电源适配器。请注意,电源适配器不附带 AC 插头。根据您所在的位置或计划前往的地区,我们还提供各种兼容的 AC 插头供您选择。
MIKROE提供多种适用于我们的墙壁电源适配器的AC插头,兼容欧洲、美国、英国、印度、中国、巴西、澳大利亚、南非、韩国和阿根廷的标准。
使用的MCU引脚
mikroBUS™映射器
“仔细看看!”
Click board™ 原理图
一步一步来
项目组装
实时跟踪您的结果
应用程序输出
此款Click板可通过两种方式进行接口连接和监控:
Application Output
- 在调试模式下,使用“Application Output”窗口进行实时数据监控。按照本教程正确设置它。
UART Terminal
- 通过UART终端使用USB to UART converter监控数据有关详细说明,请查看本教程。
软件支持
库描述
该库包含 N-PLC Click 驱动程序的 API。
关键功能:
nplc_set_mode
- 此功能将操作模式设置为命令或数据。nplc_generic_write
- 此功能使用UART串行接口写入所需数量的数据字节。nplc_generic_read
- 此功能使用UART串行接口读取所需数量的数据字节。
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 N-PLC Click Example.
*
* # Description
* This example demonstrates the use of an N-PLC click boards by showing
* the communication between the two click boards configured as a receiver and transmitter.
*
* The demo application is composed of two sections :
*
* ## Application Init
* Initializes the driver, resets the click board to default config, displays the firmware version
* and switches to data operation mode. After that displays the selected application mode
* and sends an initial message in case of transmitter mode.
*
* ## Application Task
* Reads all the received data and echoes them back to the transmitter. The received and echoed messages
* will be displayed on the USB UART.
*
* @note
* Once both devices are programmed, one as a receiver and the other as a transmitter, you will need to reset
* the transmitter board in order to start the communication by sending an initial message.
*
* @author Stefan Filipovic
*
*/
#include "board.h"
#include "log.h"
#include "nplc.h"
// Comment out the line below in order to switch the application mode to receiver
// #define DEMO_APP_TRANSMITTER
#define DEMO_TEXT_MESSAGE "MikroE - N-PLC click board"
#define PROCESS_BUFFER_SIZE 200
#define RSP_TIMEOUT_MS 20000
static nplc_t nplc;
static log_t logger;
static char app_buf[ PROCESS_BUFFER_SIZE ] = { 0 };
static int32_t app_buf_len = 0;
/**
* @brief N-PLC clearing application buffer.
* @details This function clears memory of application buffer and reset its length and counter.
* @note None.
*/
static void nplc_clear_app_buf ( void );
/**
* @brief N-PLC data reading function.
* @details This function reads data from device and concatenates data to application buffer.
* @return @li @c 0 - Read some data.
* @li @c -1 - Nothing is read or buffer overflow error.
* See #err_t definition for detailed explanation.
* @note None.
*/
static err_t nplc_process ( void );
/**
* @brief N-PLC display response function.
* @details This function checks if any data is received from device and displays it on the USB UART.
* @return @li @c 0 - Read some data.
* @li @c -1 - Timeout error.
* See #err_t definition for detailed explanation.
* @note None.
*/
static err_t nplc_display_rsp ( void );
void application_init ( void )
{
log_cfg_t log_cfg; /**< Logger config object. */
nplc_cfg_t nplc_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.
nplc_cfg_setup( &nplc_cfg );
NPLC_MAP_MIKROBUS( nplc_cfg, MIKROBUS_1 );
if ( UART_ERROR == nplc_init( &nplc, &nplc_cfg ) )
{
log_error( &logger, " Communication init." );
for ( ; ; );
}
nplc_process( );
nplc_clear_app_buf( );
log_printf( &logger, " - HW reset -\r\n" );
nplc_hw_reset ( &nplc );
nplc_display_rsp ( );
log_printf( &logger, " - Go to command mode -\r\n" );
nplc_set_mode ( &nplc, NPLC_MODE_COMMAND );
nplc_display_rsp ( );
log_printf( &logger, " - Factory reset -\r\n" );
nplc_factory_reset ( &nplc );
nplc_display_rsp ( );
log_printf( &logger, " - Reboot -\r\n" );
nplc_sw_reset ( &nplc );
nplc_display_rsp ( );
log_printf( &logger, " - Go to command mode -\r\n" );
nplc_set_mode ( &nplc, NPLC_MODE_COMMAND );
nplc_display_rsp ( );
log_printf( &logger, " - Show firmware version -\r\n" );
nplc_firmware_version ( &nplc );
nplc_display_rsp ( );
log_printf( &logger, " - Go to data mode -\r\n" );
nplc_set_mode ( &nplc, NPLC_MODE_DATA );
#ifdef DEMO_APP_TRANSMITTER
log_printf( &logger, " Application Mode: Transmitter\r\n" );
log_printf( &logger, " Sending initial message: %s", ( char * ) DEMO_TEXT_MESSAGE );
nplc_generic_write( &nplc, DEMO_TEXT_MESSAGE, strlen ( DEMO_TEXT_MESSAGE ) );
log_printf( &logger, "\r\n--------------------------------\r\n" );
Delay_ms( 1000 );
#else
log_printf( &logger, " Application Mode: Receiver\r\n" );
#endif
log_info( &logger, " Application Task " );
}
void application_task ( void )
{
nplc_process ( );
if ( app_buf_len > 0 )
{
Delay_ms( 500 );
nplc_process( );
log_printf( &logger, " Received message: %s", app_buf );
log_printf( &logger, "\r\n--------------------------------\r\n" );
Delay_ms( 500 );
log_printf( &logger, " Sending echo response: %s", app_buf );
nplc_generic_write( &nplc, app_buf, app_buf_len );
log_printf( &logger, "\r\n--------------------------------\r\n\n" );
nplc_clear_app_buf( );
Delay_ms( 1000 );
}
}
void main ( void )
{
application_init( );
for ( ; ; )
{
application_task( );
}
}
static void nplc_clear_app_buf ( void )
{
memset( app_buf, 0, app_buf_len );
app_buf_len = 0;
}
static err_t nplc_process ( void )
{
int32_t rx_size;
char rx_buff[ PROCESS_BUFFER_SIZE ] = { 0 };
Delay_ms ( 1 );
rx_size = nplc_generic_read( &nplc, rx_buff, PROCESS_BUFFER_SIZE );
Delay_ms ( 1 );
if ( rx_size > 0 )
{
int32_t buf_cnt = 0;
if ( ( app_buf_len + rx_size ) > PROCESS_BUFFER_SIZE )
{
nplc_clear_app_buf( );
return NPLC_ERROR;
}
else
{
buf_cnt = app_buf_len;
app_buf_len += rx_size;
}
for ( int32_t rx_cnt = 0; rx_cnt < rx_size; rx_cnt++ )
{
if ( rx_buff[ rx_cnt ] )
{
app_buf[ ( buf_cnt + rx_cnt ) ] = rx_buff[ rx_cnt ];
}
else
{
app_buf_len--;
buf_cnt--;
}
}
return NPLC_OK;
}
return NPLC_ERROR;
}
static err_t nplc_display_rsp ( void )
{
uint32_t timeout = RSP_TIMEOUT_MS;
while ( timeout-- )
{
nplc_process( );
if ( app_buf_len > 0 )
{
Delay_ms( 100 );
nplc_process( );
for ( int32_t buf_cnt = 0; buf_cnt < app_buf_len; buf_cnt++ )
{
log_printf( &logger, "%c", app_buf[ buf_cnt ] );
}
nplc_clear_app_buf( );
log_printf( &logger, "\r\n--------------------------------\r\n" );
return NPLC_OK;
}
}
return NPLC_ERROR;
}
// ------------------------------------------------------------------------ END