GR-SAKURA-SAのサンプルソフト説明

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ねんたろうやなぎしま
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本日使う XBee の概要正確には XBee ZB Series 2 というのを使っています無線距離 :120m 見晴らしの良いところで無線が到達する距離です屋内距離は 40m 送信パワー 3mW 受信感度 -96dBm です Digi International 社製伝送速度 :250kbps 1 秒間に送れるデータ量です有効データを送れる速度 (

2 本日使う XBee の概要正確には XBee ZB Series 2 というのを使っています無線距離 :120m 見晴らしの良いところで無線が到達する距離です屋内距離は 40m 送信パワー 3mW 受信感度 -96dBm です Digi International 社製伝送速度 :250kbps 1 秒間に送れるデータ量です有効データを送れる速度 ( スループット ) は最大 35kbps です暗号化やホップをかますと 5kbps しか出なかったりします消費電流 :40mA / 1uA 以下左側がデータを送ったり受け取ったりするときの電流で右側は眠っているときの電流です 2000mAh のアルカリ電池 2 個で 3.0V を作って動かしたときずっと寝てれば 200 年ずっと動いてれば 50 時間もつということです 2

LAN 接続に使われていますルーターがあればインターネットに接続できます ZigBee 100m 0.

3 XBee を覚えるといいところ XBee の WiFi 版や似た形状の Bluetooth 版などに応用が効きます規格 Bluetooth およその距離データ量補足 10m 1Mbps よく見かけるのはワイヤレスヘッドホンスマートフォンにも使われています Wi-Fi 30m 54Mbps 無線 LAN 接続に使われていますルーターがあればインターネットに接続できます ZigBee 100m 0.25Mbps データ量が少ないですが距離が結構長く省電力ですでもスマホには入ってません 3G 数万 km 0.1~ 数 Mbps これはいわゆる携帯電話の通信網です最近ボードとして市販されましたデータ量は SIM カードの契約によります 3

4 XBee と会話する準備

5 半田付けの仕方穴の回りの金属部分とピンの両方にコテの先を当てて温めますはんだを当てて溶かしますここは 1,2,3! のリズムで約 2~3 秒はんだを抜きますコテを抜きます基板注意 : ピンヘッダーを半田付けするときは 1 か所つけたらピンが直角になるように調整します一気に全部のピンをつけないようにしましょう 5

6 図に示す部品を準備してください 110 ピン 2mm ピッチメスコネクタ 2 個 210 ピン 2.54mm ピッチオスピン 2 個 3 変換基板 1 個 2 変換基板の裏側にオスピン 2 個を半田付けしてください ( 内側の部品からはんだ付けした方があとで楽になります ) 3 変換基板の表側にメスコネクタ 2 個を半田付けしてください 6

7 4 図に示すブレッドボードの位置に変換基板を挿してください 5 6 ピンオスのコネクタ位置を真ん中あたりにします ( 少し難しいですケガに注意してください ) 6 FTDI 基板に 6 ピンオスを取り付けて図に示すブレッドボードの位置に FTDI 基板を挿してください 7

8 VCC DOUT DIN GND 3V3 TXO RXI 7 左図に示すようにブレッドボードに 4 本のワイヤーを挿してください配線としては下図のようになります 3V3 RXI TXO VCC DOUT DIN GND GND GND 8 XBee を変換基板に挿してください 8

GND Pin 20 カソード 9 アソシエート LED(Associate) をつけてネットワークの状態を分かりやすくします無線通信をする上で必須ではありませんちなみに Associate = 結びつける Pin 15 Pin 11 アノード Associate LED: 点灯 PAN に Join してない点滅 PAN に Join

9 GND Pin 20 カソード 9 アソシエート LED(Associate) をつけてネットワークの状態を分かりやすくします無線通信をする上で必須ではありませんちなみに Associate = 結びつける Pin 15 Pin 11 アノード Associate LED: 点灯 PAN に Join してない点滅 PAN に Join している ( コーディネータは 1 秒間隔ルーターエンドデバイスは 0.5 秒間隔 ) 注意 : 本来 LED は抵抗を介して接続しますが今日は簡素化のために Vf が 3.3V 付近の LED を直接接続します 10 FTDI 基板と PC を USB ケーブルで接続してくださいこれで XBee と会話する準備ができました ^^ 9

10 データを送る / 受ける 10

11 XBee ZigBee のネットワーク ZigBee は PAN ですパン? ルールがあるのよ Personal Area Network です会社で例えると部です部には企画部など名前があるように ZigBee では PAN ID という数値で定義されます PAN には 1 人のコーディネータがいます 1 つの PAN に 1 人のコーディネータが必要です 2 人以上はいません会社で例えると部長ですなおコーディネータは起動すると 16 個の無線チャネルから自動的に良好な周波数帯を探し PAN を作りますそしてルータとエンドデバイスがいますルータはデータの中継役ですエンドデバイスは主にデータの生成役です会社で例えるとルーターは課長エンドデバイスは平社員です部には複数の課があり課には複数の社員がいて上司に報告しますよねエンドデバイスは主に SLEEP 状態で必要なときにデータを取得します 11

12 ネットワークイメージ 1hop Data 2hop Data E Data R E C E PAN 3hop R E Data R 4hop Data E E C: コーディネータ R: ルーター E: エンドデバイス PAN の中では C と R の管理で自由にデータを送れます左図のようなデータの流れで 1 つの矢印を 1 ホップと言いますつまり 4 ホップで E E にデータを送ります 12

13 XCTU 起動 1 2 XCTU のアイコンから起動します最初にモジュールの追加ボタンを押して USB 接続している XBee を登録します XCTU とは XBee の設定や動作を確認する便利なソフトです実際に XBee を何かに組み込んで使うとき必ずしも XCTU を使わなくてもよいのですが最初は使いながら慣れていきましょう 13

14 PC と通信するための設定 3 USB シリアル通信の設定を行います [COM 〇〇 USB Serial Port] を選択してくださいこの部分は初期設定のままでいいです Baud Rate :9600 Data Bits :8 Parity :None Stop Bits :1 Flow Control :None [Finish] を押してください 14

15 XBee の設定画面 4 モジュールをクリックしてください XBee の色々な設定が表示されます初期設定では ZigBee Router AT つまり ZigBee のルーターでトランスペアレントモード ( 後述 ) になっています MAC とは XBee 製造時に書き込まれる世界に 1 つしか存在しない名前です後で練習しますが送信先を指定したり送信元を確認するときに使います 15

16 各設定の確認 5 このマーク (i) をクリックしてください設定に関わる情報が表示されます PAN IDに関しては初期値は 0 になっていて 0 というのはその場に PANがあればとりあえずJoinすると記載されています実際は0 以外を指定します 16

17 PAN にいる人を探す Discover devices in PAN 6 左図に示すマークをクリックしてください他の XBee を探し始めます 7 検索が終わったら [Add ] ボタンをクリックしてください下図のように同じ PAN に Join している XBee が表示されます PAN に Join している XBee 17

18 データを送る準備 8 モニターのマークを押してください 9 接続のマークを押してください ( 図は接続済みのマーク ) 18

19 データを送る / 受ける Transmit/Receive data 受講 PC 講師 PC 青は送信 9 コンソールログ (Console log) の中で適当にタイピングしてみてください無線データが送信されます現在のPANは以下のようになっていますので講師 PCに受信データが表示されます C 講師 PC 赤は送信 R R 受講 PC R 受講 PC 受講 PC 19

20 ちょっと勉強アドレスについて受講 PC 10 設定のマークを押して DL の (i) マークをクリックしてください Destination Address: 送信先アドレスです 64 ビットで設定できます (32 ビットずつ High/Low で表現 ) 初期値の 0 はコーディネータに送信する設定です ( 前ページでの例 ) DL を FFFF に設定するとブロードキャスト送信と言って PAN の全員に送る特別な設定になります 20

コンソールログで適当にタイピングしてください近隣の人にデータが送られたか確認してみてください

21 ブロードキャスト送信 Broadcast transmit 10 DL に FFFF を入力してえんぴつのマークをクリックしてください設定が書き込まれます 11 モニターを開きコンソールログで適当にタイピングしてください近隣の人にデータが送られたか確認してみてください反対にユニキャスト (Unicast) 送信は送信先を決めて送る方法で DH,DL に送信先の MAC を設定することでできます 21

22 コーディネータへの変更 ( 今日は皆さんはしません ) PAN に必要なコーディネータ役は講師用 PC で行っていましたが皆さんがお家でコーディネータを用意する場合は右図のようにファームウェアアップデートを行ってくださいファームウェアアップデートのボタンを押し ZigBee Coordinator AT を選んで [Finish] ボタンを押します 22

23 API モード 23

24 2 つのモードトランスペアレントモード ( 今まで使用した初期設定のモード ) DIN に入力されたデータをそのまま無線で送信し無線で受信したデータをそのまま DOUT に出力するモード API モード (API: Application Programming Interface) 定められたフォームで通信を行うモードトランスペアレントモードに比べて以下のメリットがあります PAN 内に多くのモジュールがいる場合送信先を指定したデータ送信がすごく早い ATコマンドで相手先を変えるといった操作が不要送信先がきちんと受信できたか通知を受けられる LINEみたいに受信データには送信元が付加される誰が送ったか分かる相手の設定を変えられるトランスペアレントモードでは不可能 24

25 API モードに設定 Configure XBee to API mode 1 ファームウェアアップデートのボタンを押し ZigBee Router API 23A7(Newest) を選んで [Finish] ボタンを押しますなお講師側 PC では ZigBee Coordinator API 29A7(Newest) 設定します 25

26 念のため PAN にいる人を探す Discover devices in PAN just in case このマークを押してコーディネータがいるか探してください 26

27 API モードでデータを送ってみる 2 モニターのマークを押して接続のマークを押してください ( 図は接続済みのマーク ) 3 (+) ボタンを押してください 4 フレームジェネレータの起動ボタンを押してください 27

適当につける番号ですが 0 を設定すると受信ステータスが返りません 6 無線データ

28 API フレームを生成 5 フレームタイプ (Frame Type) を以下に設定します 0x10 Transmit Request Start delimiter: デリミタとはフレーム間を区切る印のようなもので 7E 固定です Length: データの長さです LSB, MSB の順 Frame ID: 適当につける番号ですが 0 を設定すると受信ステータスが返りません 6 無線データ (RF data) の欄に適当に入力して OK してください左図では分かりやすいようににしています 28

29 API フレームの送信 7 Add frame を押してくださいフレームが追加されます 8 [Send ] を押してくださいフレームが送信されます 29

30 送信結果の確認青矢印 : 送信フレーム赤矢印 : 受信フレームトランスペアレントモードと違ってデータを送信したら相手から応答がありました受信フレームを見ると成功 (Success) していることが分かります会話してるって感じがしますね ^^ 30

31 フレームデータの確認受講 PC 送信ステータスを表わす 8B タイプ講師 PC 受信データを表わす 90 タイプ送信データだけでなくアドレス情報も付加されている 31

32 振り返りと今後今日の肝はシンプルなシステム見た目はごちゃこちゃしていますが安いブレッドボードワイヤコネクタで分かりやすい接続にしていますマイコンボードへ応用しましょう Arduino でも GR-KURUMI でもワイヤーを付け替えるだけでマイコンボードとつなぐことができます以下は XBee 用の Arduino ライブラリサイト 3V3 RXI TXO GND VCC DOUT DIN GND XBee S6B(WiFi 版 ) も使ってみましょう WiFi 版は 4000 円くらいと少し高いですが今日と同じように XCTU で操作できますしマイコンボードともつながります 32

論文番号分 2-2 平成 24 年度全国情報技術教育研究会第 41 回全国大会 ( 新潟大会 ) Xbee を活用した無線通信の研究期日平成 24 年 8 月 9 日 ( 木 )~10 日 ( 金 ) 場所長岡市シティホールプラザアオーレ長岡香川県立三豊工業高等学校電子科本行

論文番号分 2-2 平成 24 年度全国情報技術教育研究会第 41 回全国大会 ( 新潟大会 ) Xbee を活用した無線通信の研究期日平成 24 年 8 月 9 日 ( 木 )~10 日 ( 金 ) 場所長岡市シティホールプラザアオーレ長岡香川県立三豊工業高等学校電子科本行論文番号 2012- 分 2-2 平成 24 年度全国情報技術教育研究会第 41 回全国大会 ( 新潟大会 ) Xbee を活用した無線通信の研究期日平成 24 年 8 月 9 日 ( 木 )~10 日 ( 金 ) 場所長岡市シティホールプラザアオーレ長岡香川県立三豊工業高等学校電子科本行圭介 Xbee を活用した無線通信の研究香川県立三豊工業高等学校電子科本行圭介 1 はじめに現在様々な電子機器に無線通信機能が搭載されており