La carte Cactus micro rev2 ou Lilypad Arduino.

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1 La carte Cactus micro rev2 ou Lilypad Arduino. Résumé Ce document vous donnera les instructions nécessaires pour utiliser la carte Cactus micro rev2 comme serveur de données pouvant communiquer par un lien WiFi avec un ordinateur client par protocole TCP IP. Cette carte contient un microcontrôleur de 8 bits à architecture RISC de modèle ATMEGA32U4 auquel nous pouvons greffer des capteurs et un module de communication dont le cœur est un processeur RISC de 32 bits de type ARM. Le microcontrôleur ATMEGA greffé à la carte Cactus micro REV2 peut exécuter jusqu à 8 MIPS à 8 MHz, comporte 32 registres de 8 bits, 4 sorties en mode PWM programmables à résolutions 2 à 16 bits, 9 sorties analogiques, 18 entrées/sorties de type Arduino, communication SPI, I2C et série. L objectif de ce document est de résumer les principales étapes afin de réaliser rapidement un prototype avec la carte Cactus micro REV2. 1

2 Table des matières Résumé... 1 Introduction:... 3 Commandes AT... 9 Mode serveur TCP Table des illustrations Figure 1 Brochage de la carte Cactus micro rev Figure 2 Configuration du type de carte et du programmateur Figure 3 Validation du branchement de la carte Lilypad... 5 Figure 4 Validation de la commande AT... 9 Figure 5 Commande AT+RST et AT+GMR... 9 Figure 6 Liste des points d accès disponibles Figure 7- Adresse IP des deux modes de la carte Lilypad micro rev Figure 8 Configuration de Telnet avec le logiciel Putty Figure 9 Communication entre Telnet et le module Figure 10 Programme client en langage python Figure 11 Le numéro du port COM associé à la carte Cactus Micro REV

3 Introduction: Nous présentons dans ce document une mini carte d expérimentation qui contient un microcontrôleur ATMEGA32U4 associé à un processeur esp-3 (esp8266) contenant tout ce qu il faut comme composants pour établir une communication WiFi en tant que point d accès (AP), en tant que station ou les deux à la fois; la configuration en serveur permet à cette carte d établir une communication avec un programme hôte agissant comme client afin de communiquer des données en mode TCP sur un médium WiFi. On présente à la figure 1 le brochage de cette mini carte. Figure 1 Brochage de la carte Cactus micro rev2. Les différentes couleurs indique les broches appartenant aux différentes catégories. Par exemple, la catégorie Power contient les broches RAW, GND, RST et VCC. Une broche ne peut se trouver dans 3 catégories en même temps, seule une catégorie sera opérationnelle lors du fonctionnement d un programme mais cela n empêche pas une broche d offrir plusieurs catégories distribuées dans le temps. L intérêt d utiliser cette carte est de pouvoir communiquer des données provenant de capteurs branchés sur les ports du microcontrôleur ATMEGA32U4 en utilisant le 3

4 processeur esp8266. Celui-ci est une plateforme de communication en réseau sans fils de type WiFi. On configure la plateforme comme serveur TCP et la réception des données sur le PC passe par un socket TCP en mode client, données qui seront par la suite traitées en temps réel et sauvegardées sur un support mémoire. La programmation pourra se faire dans n importe lequel des langages connus, celui utilisé dans ce document fait partie de l environnement Arduino et ressemble au langage C++ avec utilisation restreinte des classes, méthodes et propriétés. Pour programmer rapidement cette carte dans l environnement IDE d Arduino, vous sélectionnez la carte Lilypad Arduino USB pour le type de carte et le programmateur du type USBtinyISP. Figure 2 Configuration du type de carte et du programmateur. Assurez-vous que la carte communique bien avec l interface IDE d Arduino en sélectionnant «Get Board Info». Vous devriez avoir un message comme celui apparaissant à la figure 3 lorsque vous aurez branchée la carte Lilypad au port USB. Assurez-vous de bien connaître le numéro du port COM USB/série. Vous trouverez cette information en cliquant sur Gestion de périphérique dans l environnement Windows (voir annexe). Le LED d alimentation doit également s allumer lorsque la carte du branchement de la carte. Dans le cas d une alimentation autonome, il faudra une source de tension de 3.3 Volts uniquement et non 5 V, ce qui détruirait le processeur de communication WiFi esp

5 Figure 3 Validation du branchement de la carte Lilypad Comme premier test, on présente le code permettant au microcontrôleur ATMEGA32U4 de communiquer avec la plateforme de communication WiFi par l intermédiaire de la broche 13 qui doit être activée au niveau logique haut. La communication s effectue via le moniteur série à l aide d un petit programme compilé par l IDE Arduino. Pour activer une commande AT, On tape la commande dans la boite texte et le résultat apparait dans la fenêtre de sortie du moniteur série. Le programme en langage C Arduino se présente comme suit : Ce programme permet de tester les commandes AT du module esp8266 comme commande en ligne, ceci afin de vous pratiquer avec les commandes WiFi et TCP. Vous compilez ce programme dans votre carte et vous ouvrez le moniteur série à bauds En tapant AT dans la fenêtre texte, vous devriez avoir OK comme sortie sur le moniteur. Déclaration des variables Définition du login et password de votre routeur. #define SSID "TRENDnet731_2.4GHz_DZB7" #define PASS "xxxxxxxxxxxx" #define printvar(x) #define printlnvar(x) Serial.print(x); Serial1.print(x); Serial.println(x); Serial1.println(x); long nexttime; String prevstring; =========================== La fonction clearrx vide le tampon de réception de caractère. =========================== void clearrx() { 5

6 while(serial1.available() > 0) Serial1.read(); =========================== La fonction readstring =========================== String readstring(long timeout,string target1,string target2 = "",String target3 = "",String target4 = "") { String data; char a; unsigned long start = millis(); while (millis() - start < timeout) { while(serial1.available() > 0) { a = Serial1.read(); if(a == '\0') { continue; data += a; Serial.write(a); if (data.indexof(target1)!= -1) { break; if (target2.length() && (data.indexof(target2)!= -1)) { break; if (target3.length() && (data.indexof(target3)!= -1)) { break; if (target4.length() && (data.indexof(target4)!= -1)) { break; return data; === La fonction connectwifi() permet à la carte de se brancher à un point d'accès 6

7 === bool connectwifi() { bool connected = false; long timeout = 10000; clearrx(); printvar("at+cwjap=\""); printvar(ssid); printvar("\",\""); printvar(pass); printlnvar("\""); String ret = readstring(timeout, "OK", "FAIL"); if (ret.indexof("ok")!= -1) return true; else return false; === La fonction setup initialise les paramètres avant le démarrage du programme === void setup() { Communication avec le moniteur série Serial.begin(9600); Vitesse de communication avec esp8266 Serial1.begin(9600); Activation du esp8266 pinmode(13, OUTPUT); La broche 9 est configurée en sortie (+3.3V) pour allumer un led pinmode(9,output); Activation du mode WiFi digitalwrite(13, HIGH); Allumage du LED. digitalwrite(9,high); Pour les commandes, voir la documentation sur le site. printvar("at+cwmode=1"); delay(2000); if (connectwifi()) digitalwrite(9,high); else { 7

8 for(int x = 0; x < 5; x++) { digitalwrite(9,low); delay(50); digitalwrite(9,high); delay(50); digitalwrite(9,low); delay(1000); ======== Le programme principal effectue une lecture des commandes envoyées par le moniteur série qui sont ensuite exécutées par le module eps8266. En résumé, c'est un programme qui permet de communiquer avec le module WiFi de la carte. ======== void loop() { if (Serial.available() > 0) { char ch = Serial.read(); Serial1.print(ch); while (Serial1.available() > 0) { char ch = Serial1.read(); Serial.print(ch); Vous compilez et téléversez ce code dans la mémoire programme de la carte. Ouvrez le moniteur série et tapez la commande AT. Vous devriez obtenir en sortie la chaine de caractère OK. Si vous n obtenez pas ce résultat, lire le fichier «Configuration du module esp8266 en mode AT». Nous allons maintenant expérimenter quelques commandes AT qui permettra de configurer et d envoyer des données vers un socket client TCP ouvert à partir d une application sur l ordinateur hôte. Cela vous permettra de comprendre comment concevoir l algorithme qui vous permettra de communiquer des données vers un ordinateur client par un lien WiFi. 8

9 Figure 4 Validation de la commande AT Commandes AT La première commande que l on doit tester est la commande permettant une réinitialisation ou un «reset» de la carte esp8266. Tapez la commande AT+RST en caractères majuscules sinon la commande ne sera pas reconnue. Vous devriez avoir le résultat suivant : Figure 5 Commande AT+RST et AT+GMR Tapez ensuite la commande AT+GMR et vous obtiendrez les numéros de version de l interpréteur de commande AT et du Software Development Kit (SDK). Selon la documentation trouvée dans le fichier «esp8266_quick_start_guide_v_1.0.4.pdf» sous le 9

10 lien «Un document qui donne de bons exemples en tant point d'accès et en tant que station», la commande AT+CWMODE=3 configure la carte en mode station et en mode point d accès. Pour afficher la liste des routeurs ou points d accès disponibles autour de la carte, vous tapez la commande AT+CWLAP. L affichage indique alors trois routeurs dont le premier paramètre représente le numéro du protocole, soit dans le cas du premier routeur WPA2_PSK, le second paramètre est le nom SSID, le troisième paramètre est la force du signal, le quatrième paramètre est l adresse MAC et finalement le dernier paramètre est le numéro du canal. Ces informations se trouvent dans le fichier «at-expressif-instruction-set-v0.21.pdf». Figure 6 Liste des points d accès disponibles. Pour joindre un point d accès WiFi, il suffit de taper la commande AT+CWJAP="<access_point_name>","<password>" Dans ce cas-ci, nous avons déjà un point d accès qui a été configuré par le programme Arduino. On peut vérifier également quelles sont les adresses IP qui sont réservées pour notre carte en tapant la commande AT+CIFSR. 10

11 Figure 7- Adresse IP des deux modes de la carte Lilypad micro rev2. On peut voir que l adresse IP du point d accès de notre carte est tandis que l adresse IP en mode station est Il est très important de prendre en note l adresse IP en mode station car celle-ci sera utile lorsque nous voudrons communiquer des données à un programme client en configurant notre carte comme un serveur TCP. Une fois la communication reconnue entre la carte et le point d accès, il nous faut choisir un protocole de communication tel que le mode TCP IP pour le transfert des données entre périphériques. Mode serveur TCP Pour configurer la carte comme serveur de données, nous devons nous brancher à un point d accès, ce qui est fait par le programme Arduino, et ensuite configurer la carte pour accepter des clients à l aide de la commande AT+CIPMUX=1. Le client devra connaître l adresse IP du serveur pour créer un canal de communication. On utilisera la commande AT+CIFSR que nous avons expérimentée précédemment. L adresse IP du serveur que le client utilisera est soit l adresse station du module. On entrera alors la commande suivante pour configurer le serveur TCP. Étape 1- AT+CIPMUX=1 Étape 2- AT+CIPSERVER=1,

12 Étape 3- On ouvre le logiciel Putty et on configure telnet avec l adresse de la station et le numéro du port (figure 8). On clique sur Open et la connexion s établira comme le montre la figure 9. Figure 8 Configuration de Telnet avec le logiciel Putty Figure 9 Communication entre Telnet et le module Lorsque Telnet est activé, un message du côté moniteur série apparait indiquant le numéro du canal, par exemple dans ce cas-ci 0, connect. Pour envoyer des données de la carte Cactus micro à Telnet, on doit taper la commande AT+CIPSEND=0,15 ou le paramètre 0 correspond au numéro du canal et la valeur 15 le nombre de caractère à envoyer. Si on résume, Étape 1 : On établit une connexion multiple (on accepte plusieurs clients) en lançant la commande AT+CIPMUX=1. 12

13 Étape 2 : On configure la carte comme serveur de données en tapant la commande AT+CIPSERVER=1,noport ou noport est un numéro quelconque. Dans notre cas, le numéro du port est le nombre Étape 3 : Du côté du client se trouvant sur un PC, on indique l adresse de branchement de la carte en mode station qui est dans ce cas l adresse reconnue par la commande AT+CIFSR (voir figure 7 à STAIP). Étape 4 : On envoie les données vers le client en lançant la commande AT+CIPSEND=canal,nbrcaractere ou canal est le numéro apparaissant à la connexion du client et nbrcaractere est le nombre de caractère à envoyer. Pour programmer le logiciel client qui recevra les données de la carte Cactus, nous avons utilisé un programme en langage python qui pourrait être adapté en un autre langage de programmation. On présente le code ci-dessous : 13

14 Figure 10 Programme client en langage python. 14

15 Pour faire fonctionner ce code, vous devez disposer de l interpréteur python sur votre machine hôte. Vous pouvez également concevoir une interface visuelle avec Visual Studio en C# ou en langage C. 15

16 Annexe Figure 11 Le numéro du port COM associé à la carte Cactus Micro REV2. 16