GR-SAKURA-SAのサンプルソフト説明

(1)

XBeeを使って無線で遊ぼう！

(2)

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Gadget Renesas Project. "Want to create" to "Enable to create". We cheer for creating your ideas.

XBeeの概要

2 無線距離：１２０ｍ

Digi International社製

本日使う

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。

伝送速度：２５０ｋｂｐｓ

消費電流：４０ｍＡ / １ｕＡ以下

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。

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。

正確にはXBee ZB Series 2

というのを使っています。

(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。

Bluetooth

Wi-Fi

ZigBee

3G

１０ｍ

１Mbps

およその距離

データ量

_補足

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。

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。

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。

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。

規格

(4)

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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。

はんだを抜きます。

コテを抜きます。

ここは１，２，３！の

リズムで約２～３秒

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

基板

(6)

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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

１

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。）

①

②

③

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。

(7)

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。

４ 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）

５ 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。

６

(8)

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8 VCC

DOUT

DIN

GND

3V3

TXO

RXI

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。

７ VCC

DOUT

DIN

GND

3V3

RXI

TXO

GND

XBeeを変換基板に挿してください。

８

(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

９ Pin 11

Pin 20

Pin 15

カソード

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。＾＾

アノード

GND

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)

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10

データを送る／受ける

(11)

XBee ZigBeeのネットワーク

ルールが

あるのよ

ZigBeeはPANです。パン？

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。

(12)

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ネットワークイメージ

12 R

C

E

R

E

PAN

Data

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。

1hop

2hop

3hop

4hop

(13)

XCTU起動

XCTUのアイコンから起動します。

１ 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。

２ 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。

(14)

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PCと通信するための設定

14 USBシリアル通信の設定を行います。

３ [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。

(15)

XBeeの設定画面

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。

４ 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。

(16)

00000-A

各設定の確認

16 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。

５

(17)

PANにいる人を探す

Discover devices in PAN

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。

６

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

(18)

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データを送る準備

18

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）

(19)

データを送る/受ける

Transmit/Receive data

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。

R

C

R

講師PC

受講PC

青は送信

赤は送信

講師PC

受講PC

(20)

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アドレスについて

20 受講PC

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。

１０ ちょっと

勉強

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。

(21)

ブロードキャスト送信

Broadcast transmit

“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。

１０ 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。

１１ 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

(22)

00000-A

コーディネータへの変更

（今日は皆さんはしません）

22 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

(23)

(24)

00000-A

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

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。

(26)

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念のためPANにいる人を探す

Discover devices in PAN just in case

26 このマークを押して、コーディネータ

(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。

(28)

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APIフレームを生成

28

５ フレームタイプ(Frame Type)を

以下に設定します。

0x10 – Transmit Request

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

１２３４５６７８にしています。

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。

(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。

(30)

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送信結果の確認

30 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。^^

(31)

フレームデータの確認

講師PC

受講PC

送信ステータスを表わす

“8B”タイプ。

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。

(32)

00000-A

振り返りと今後

32 VCC

DOUT

DIN

GND

3V3

RXI

TXO

GND

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。

https://code.google.com/p/xbee-arduino/

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。