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30 分钟

借助SM2400和STM32G431RB为任何物联网应用创建您自己的N-PLC系统

窄带电力线通信(N-PLC)

N-PLC Click with Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

已发布 11月 08, 2024

点击板

N-PLC Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G431RB

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。

A

A

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。

N-PLC Click hardware overview image

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。

Nucleo 64 with STM32G431RB MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

STM32G431RB front image

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™。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image

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。

N-PLC Click accessories 3 image

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。

N-PLC Click accessories 2 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

UART CTS
PA15
AN
Reset
PC12
RST
SPI Chip Select
PB12
CS
SPI Clock
PB3
SCK
SPI Data OUT
PB4
MISO
SPI Data IN
PB5
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Boot Mode
PC8
PWM
UART RTS
PC14
INT
UART TX
PA3
TX
UART RX
PA2
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

N-PLC 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 STM32G431RB MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32G474RE MCU front image hardware assembly
LTE Cat.1 6 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
LTE Cat.1 6 Click complete accessories setup image hardware assembly
Nucleo-64 with STM32GXXX MCU Access MB 1 Micro 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 Compiler Selection Step Image 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

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。

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

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