Xbee sans Arduino

Comme vous l'aurez remarqué dans mon article précédent, je me lance dans les montages électroniques, basés sur la platine Arduino et tout son écosystème.

Aujourd'hui je vous propose d'aller plus loin : nous allons voir comment établir une communication sans fil grâce aux modules radio Xbee. Le projet ici est de recevoir sur PC les mesures d'un capteur de température distant.

Matériel nécessaire


Module Xbee
Série 2 (x2)
Carte interface Adaptateur USB-miniUSB

Mon petit conseil pour l'achat de tout ceci est de commander sur le site Matlog : un revendeur français très bien équipé garantissant une livraison rapide.

Vous aurez également besoin du logiciel de configuration X-CTU fourni par Digi, fabricant des modules Xbee et d'un petit capteur de température (LM35 ici).

Principes

Les modules XBee permettent de créer des réseaux, du plus simple au plus complexe, Peer-to-peer ou maillé. Pour ce faire, ils peuvent être configurés pour jouer différents rôles : endpoint, routeur ou coordinateur (voici une bonne explication des différents rôles). Dans notre montage, nous allons avoir besoin d'un routeur (qui fera office d'endpoint) et d'un coordinateur.

Le montage

Avant de continuer, voici un aperçu du résultat :

Comme vous le voyez sur la première image, aucun micro-contrôleur n'est nécessaire. Nos deux modules radio communiquent directement et le routeur sera programmé pour envoyer à intervalles régulier la valeur du capteur de température. Le coordinateur est relié au PC directement via un câble USB et identifié par une petite pastille (par commodité). La seconde image montre en détail le montage : le fil blanc permet d'indiquer au module la valeur de référence du courant utilisé, afin qu'il puisse nous donner une valeur relative cohérente du signal reçu sur la broche 20 (première broche analogique du Xbee, fil rouge à droite). Le reste du câblage n'est que de l'alimentation par la pile 9V.

Configuration

L'étape la plus complexe. Nous allons voir comment attribuer chaque rôle aux modules et leur permettre de communiquer entre eux. Les XBee étant des modems radio, ils répondent à des commandes normalisées commençant par "AT". Je ne vais cependant pas m'étendre sur ce point dans cet article, mais plutôt utiliser un logiciel permettant de "masquer" ce niveau.

Commençons par le coordinateur. Une fois le premier module relié au PC, il faudra installer le driver, comme indiqué sur le site de Digi et lancer X-CTU :

Dans le permier onglet "PC Settings", il suffit de sélectionner la ligne correspondant au port COM sur lequel est branché notre XBee. Ensuite, dans l'onglet "Modem Configuration", choisir la configuration présentée : Modem XB24-ZB (pour les modules 2.4GHz Zigbee serie 2) et la dernière version du firmware. Cliquer ensuite sur Write pour envoyer cette première configuration au module.

Cliquer ensuite sur Read pour récupérer les valeurs par défaut définies par le module afin de pouvoir les ajuster à notre besoin. Pour faire simple, nous n'allons ici modifier que l'adresse du réseau (PAN ID ou ID) : n'importe quelle valeur aléatoire suffit. Cliquer de nouveau sur Write après modification pour mémoriser les changements.

Et voilà! Le point principal de notre réseau est configuré! Passons maintenant au routeur, qui va nous transmettre les informations du thermomètre. Même manipulation donc pour ce qui est du raccordement au PC et à la connexion dans X-CTU. Mais cette fois-ci, il faut indiquer la configuration suivante :

On affecte le même identifiant de réseau (ID) que le coordinateur (456) et les adresses de destination (DH et DL) correspondant à celles du coordinateur (0). La section "I/O settings" permet d'indiquer la gestion des entrées/sorties : ici nous choisissons de configurer le broche 20 (DI0) en entrée analogique (mode 2) ce qui donne DI02. Enfin, dans la sous-section "I/O sampling", nous définissons les intervalles de temps auxquels le routeur nous enverra des données : 12C en hexadécimal = 300 millisecondes.

Ensuite... Il ne reste plus qu'à rebrancher le tout! Tout devrait fonctionner. J'avoue tout de même qu'il m'a fallu pas mal d'heures de recherche pour réunir tous ces éléments. Si vous avez des soucis, n'hésitez pas à m'en parler en commentaire j'essaierai de vous aider.

Vous pouvez observer les données reçue via le Terminal de XCTU :

Je passe un peu sur l'analyse de la trame hexadécimale reçue (il y a des documents très complets sur le site de Digi à ce sujet) mais vous pouvez voir que la valeur entourée correspond à ce que nous envoie le capteur de température : D9 = 217. Selon la spécification de notre capteur LM35, pour trouver la valeur réelle de la température, il faut effectuer un calcul tout simple : 10mV par °C donc pour nous 217 / 10 = 21.7°C :D

Pour aller plus loin...

Ne nous arrêtons pas en si bon chemin! Comme vous l'avez vu, notre module capteur de température est autonome et alimenté par une pile. Même si les XBee sont assez peu énergivores, il faut tout de même rapidement penser à la gestion de l'énergie et à la réduction de leur consommation. Pour ce faire, ils disposent d'un mode veille qui augmente considérablement la durée d'utilisation des batteries.

Voici une brève description des différents modes :

  • ATSM 0 : Pas de veille
  • ATSM 1 : "pin wake mode" : la mise en veille ou le réveil sont gérées par l'alimentation ou l'extinction de la broche 9
  • ATSM 2 et 3 : réservés, non utilisables
  • ATSM 4 : Entrée et sortie de veille par intervalle de temps
  • ATSM 5 : combinaison des 1 et 4

A ceci nous allons ajouter un temps défini pendant lequel le module restera allumé avant de retourner en veille (afin de garantir la transmission des paquets).

Dans notre exemple, nous allons paramétrer une veille de 10 secondes et un temps d'attente de 1,5 seconde. Ce qui nous donne dans XCTU :

  • SM 4
  • SP 3E8 (= 1000 multiplié par 10 = 10 secondes)
  • ST 96 (= 150 multiplié par 10 = 1.5 seconde)

Et là... Il se peut que cela ne fonctionne pas! ;) En effet, à chaque sortie de veille, le routeur doit s'identifier de nouveau auprès du coordinateur (qui a considéré qu'au bout de quelques secondes de non réponse il ne faisait plus partie du réseau), ce qui prend normalement quelques secondes, impossible au vu de notre temps d'activité de 1.5 secondes. Pour y remédier, comme indiqué dans cet article, il faut modifier la configuration du coordinateur et augmenter les valeurs de SP et SN afin de couvrir les cycles de veille du routeur.

Cette fois notre matériel est prêt : nous recevons toutes les 10 secondes la température du module distant.

Et la cerise sur le gateau

Tout ceci est bien, mais il serait plus intéressant de recevoir ces informations dans un programme Java, afin de pouvoir s'en servir dans n'importe quel contexte. Pour cela, rien de plus simple : XBEE API. Quelques lignes de code plus tard :


import com.rapplogic.xbee.api.XBee;
import com.rapplogic.xbee.api.XBeeException;
import com.rapplogic.xbee.api.zigbee.ZNetRxIoSampleResponse;

public class TempRead {
 
 public static void main(String[] args) throws XBeeException {
  XBee xbee = new XBee();         
  xbee.open("COM6", 9600);
                          
  while (true) {
   ZNetRxIoSampleResponse ioSample = (ZNetRxIoSampleResponse) xbee.getResponse();
//      System.out.println("We received a sample from " + ioSample.getRemoteAddress16());     
      if (ioSample.containsAnalog()) {
          System.out.println("Temperature : " + ioSample.getAnalog0()/10.0);
      }
  }
 }

}

Ouf, enfin terminé! Avec cette API, nous sommes capables de savoir quel module nous a envoyé des données et de récupérer directement la valeur reçue sur la broche 20.

J'espère vous avoir donné assez d'éléments pour vous lancer de votre côté, bon courage!

Sources


Fichier(s) joint(s) :

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