Контроллер DFRobot Bluno Nano v1.3 Arduino-совместимый

Программируемый контроллер DFRobot Bluno Nano v1.3, Arduino-совместимый

• Интегрированный BLE чип: TI CC2540
• Скорость передачи: 9600 – 115200 бит/сек
  Дальность передачи:
  - открытое пространство: более 70 м
  - офис: около 20 м
• Беспроводное программирование через BLE
• Поддержка Bluetooth HID для ПК и iOS
• Поддержка АТ-команд для настройки BLE
• Простое обновление BLE-прошивки
• Поддержка iBeacons
• Питание: USB-порт или внешний источник 7В ~ 12 В
• Рабочее напряжение: 3.3/5 В
• Выходной ток контактов входа/выхода: 40 мА, рекомендуемый  20 мА
• Максимальный ток вывода 3.3В: 100мА
• Максимальный общий ток: 500мА
• Микроконтроллер: Atmega328 (корпус TQFP-32pin)
• Загрузчик: Arduino Uno
• Тактовая частота: 16 МГц
• Флеш-память: 32 Кб, из которых 0.5 Кб используются для загрузчика
• ОЗУ-память: 2 Кб
• EEPROM-память: 1 Кб
• Совместимость по контактам с Arduino Nano
• Цифровые выводы: 19
• Выходы регулируемого напряжения, ШИМ: 6
• Аналоговые входы, АЦП: 8, разрядность 10-бит
• Светодиодная индикация событий
• Размер: 59мм * 19мм * 12мм
• Вес: 20гр

Вступление

Хотелось бы вам попробовать добавить новый интересный функционал в ваши Arduino-проекты? Модуль Bluno Nano обладает полноценными автономными средствами дистанционного управления и обменом информацией на расстоянии. Он наделён способностью связывать и синхронизировать любые устройства, поддерживающие стандарт Bluetooh 4.0, используя для коммуникации с ними функции беспроводной передачи данных. Такими устройствами могут быть и смартфон, и планшет, и многие другие "умные" устройства.

Аббревиатура Bluno Nano образовалась от сокращения названий и слияния воедино трёх электронных компонентов: размеры и расположение выводов Nano, загрузчик пользовательских программ Uno и интегрированный контроллер дистанционного приёма/передачи данных, основанный на технологии беспроводных сетей Bluetooth (BLE). Bluno Nano = BLE + Uno + Nano.

Модуль стал вторым по счёту продуктом семейства BLUno, с интегрированными в популярную и широко известную в сообществе Arduino-пользователей плату Arduino Nano возможностями Bluetooth 4.0 (BLE). Оригинальный подход в комбинировании элементов позволяет расширить границы уже существующего функционала. А также предлагает разработчикам программного и аппаратного обеспечения новые возможности в создании и воплощении в жизнь самых смелых проектов, среди которых могут оказаться "умные" браслеты, "умные" шагомеры, самостоятельно передвигающиеся модели, элементы "умного дома" или что-нибудь более невообразимое. Организация связи и координации между устройствами в режиме реального времени, поддерживающими маломощную технологию Bluetooth 4.0, и обладающими невысоким энергопотреблением, окажется совсем не сложной.

Уникальная модификация Nano разработана компанией DFRobot. Можно смело предположить, что проектирование платы основывалось на открытых источниках, предоставленных в свободный доступ создателями проекта Arduino. Придерживаясь методике распространения информации, взятой за основу первоисточником, проект остался полностью открытым, благодаря чему любой желающий может изменять и разрабатывать свою аппаратную платформу на основе BLE.

Особенности

Ко всем соответствующим выводам платы модуля Bluno Nano припаяны ножки-выводы с шагом 2.54мм, позволяющие без труда устанавливать модуль в беспаечные макетные платы. Такой подход поможет в обучающих процессах и на ранних стадиях разработки, когда вами создаётся "черновая" базовая модель изделия с целью изучения её поведения в разных ситуациях с последующим анализом работы системы в целом.

В отличии от старших моделей у модуля Bluno Nano отсутствует самовосстанавливающийся предохранитель, отключающий питание модуля от USB-порта в случае превышения максимально допустимой общей нагрузки по току в 500 миллиампер или тока короткого замыкания. Важно знать, что все современные персональные компьютеры обладают встроенной защитой USB-порта от перегрузок и позволяют нагружать порт максимальным током до 900 миллиампер. Просим вас быть внимательными при проектировании и коммутации устройства.

Совместимость

Модуль Bluno Nano целиком и полностью совместим со всеми платами дополнения, расширяющими возможности основной микроконтроллерной платы, и спроектированными для обычной Nano:

• Физический размер платы и компоновка её выводов идентичны, за исключением небольшого выступа текстолита, на котором разместилась антенна беспроводной связи.
• Наличие на борту двух понижающе-стабилизирующих регуляторов постоянного напряжения никак не ограничивают пользователей в подключении дополнительных устройств с основным питанием 3.3 В и 5 В.

Используя проводное соединение или специальные платы-переходники, модуль можно легко адаптировать под расширения стандарта UNO R3. Поэтому, в будущем у вас не возникнет трудностей в поиске, подборе и коммутации необходимых в проекте дополнений, которых на сегодняшний день существует очень много, включая совершенно новые расширения для линейки Bluno. Вдобавок ко всему, на основе Bluno Nano вы сможете повторить ранее созданные проекты, примеры сборок и схем которых в большом количестве опубликованы любителями Arduino, перенести на платформу и доработать свои собственные проекты или же создать новую конструкцию, проявив фантазию и находчивость.

Связь с устройствами

Плата поддерживает работу с устройствами на Android 4.3+ и iOS 7.0+, обладающими внутренним модулем BLE с оригинальными прошивкой и драйвером (Nexus 4+, Xaiomi 2s, Samsung Galaxy s4, Samsung Galaxy note 3, iPhone 4s+, iPad 3+, iPad Mini, iPod 5го поколения и другие. iPhone 4s не 100% совместим). Плата не совместима с другими брендированными BLE модулями/устройствами, имеющими прочую от CC2540 модификацию, а также всеми устройствами с версией Bluetooth 2.0

Беспроводная связь построена на микроконтроллере TI CC2540 Bluetooth 4.0, благодаря чему модуль Bluno Nano позволяет применять беспроводной способ программирования и загрузки программ в основной контроллер ATmega328P. Организовать связь с персональным компьютером по BLE возможно только при наличии аналогичного чипа, также встречающегося в Bluetooth-приёмо/передатчике HM-10. Встроенная связь по Bluetooth вашего компьютера использует другой протокол и не совместима с платой BLUno. Реализация HID-функционала возможна с помощью USB-Bluetooth адаптера CSR 4.0 (BLE-донгла).

В модуле Bluno Nano реализована схема беспроводного соединения только с одним устройством на чипе TI СС2540. Соединить несколько устройств в одну сеть у вас не получиться. Первоначально, модуль настроен на установление BLE-связи по запросу от любого устройства. Чтобы Bluno Nano мог создавать соединение с определённым BLUNO-устройством, каждый из них должен быть запрограммирован соответственно в роль ГЛАВНОГО и ВЕДОМОГО. Тогда оба устройства будут соединяться автоматически. Если же рядом находятся несколько BLUNO-устройств, лучшим решением станет привязка к определённому MAC-адресу. Более подробно о настройках можно узнать, ознакомившись с разделом "Настройка BLE с использованием AT команд".

Bluno Nano позволяет устанавливать взаимосвязь с маяками IBeacon. Подробное описание о настройках модуля для работы с маяками, можно узнать в разделе "Настройка BLE с использованием AT команд".

Как прошить новый CC2540 чип с сервисом DFRobot BLE

Обзор платы

Светодиодная индикация:

• TX и RX - мигают при обмене данными через интерфейс UART;
• ON - плата подключена к питающему напряжению;
• L - пользовательский, доступен для цифрового вывода D13;
• Link - установлено Bluetooth-соединение;
• Pair - Bluno Nano сопряжён в пару с другим устройством.

Питание модуля осуществляется двумя вариантами: USB-разъём 5В или пара контактов VIN+GND с входящим напряжением 7-12В. В случае одновременного использования нескольких источников, модуль самостоятельно выбирает и переключается на самое высокое входное напряжение. Контакты 5В и 3.3В можно использовать источником питания дополнительных модулей, при этом следует учитывать максимально допустимые токи через выводы.

Принципиальная схема модуля Bluno Nano Bluetooth 4.0 (BLE) версии 1.0

Распиновка и обозначение выводов Bluno Nano

Интерфейсы программирования

• UART (ассинхронный последовательный интерфейс) - контакты RX0 и TX1;
• I2C/IIC/TWI (двунаправленный последовательный интерфейс) - контакты А4, А5;
• SPI (последовательный периферийный интерфейс) - контакты D10, D11, D12, D13;

Широтно-импульсная модуляция, позволяющая управлять уровнем исходящего напряжения, расположена на контактах D3, D5, D6, D9, D10, D11.

Аналоговые входы A0-A5 могут быть использованы как цифровые. Каждый из них имеет разрешение 10-бит и измеряется значениями от "нуля" до 5 В (1024 различных значений).

AREF - устанавливает опорное (эталонное) напряжение для аналоговых входов. Контакт используется вместе с функцией analogReference(), которая выполняет пропорциональное сравнение напряжений на выводе AREF с аналоговым входом с генерацией значений 0..1023. Например, опорное напряжение устанавливается 5 В, а на входе аналогового контакта подается 2,5 В. Результатом выполнения сравнения станет полученное значение 512.

Вывод "Reset" служит для управляемого аппаратного сброса микроконтроллера. Физическая кнопка "Reset" позволяет выполнить сброс вручную.

Кнопка "Boot" переводит модуль в режим прошивки контроллера TI CC2540.

Первое подключение

Ваше устройство самодостаточно и уже полностью готово к работе с ним. В большинстве случаев, нужный плате драйвер установиться автоматически, для этого необходимо перед подключением Bluno Nano скачать и установить средство разработки ARDUINO IDE.

Необходимый драйвер, создающий в операционной системе виртуальный COM-порт, включён в состав программы и ваш модуль должен определиться как Arduino Uno. Если драйвер не установился (не определился как Arduino Uno (COMxx) в диспетчере устройств), установите драйвер вручную. Или установился другой BLE-драйвер (отобразился как Bluetooth, но без порта COMxx в диспетчере устройств), удалите устройство из системы и установите драйвер вручную.

Не удивляйтесь, что модуль распознаётся операционной системой как Arduino Uno, хотя в руках у вас Nano! Обусловлено это тем, что в микроконтроллер ATmega328 установлен загрузчик от оригинальной Uno.

Примечание! Модуль Buno Nano может быть не совместим с внешним USB-хабом, используйте непосредственно USB-порт вашего компьютера.

Программирование

Традиционным способом считается проводное программирование, когда микроконтроллерная плата подключена к компьютеру с помощью USB-кабеля. В ранее загруженном редакторе ARDUINO IDE осуществляются несложные настройки платы:

• Откройте ARDUINO IDE;
• Выберите тип программируемой платы "Arduino/Genuino Uno" в меню "Инструменты (Tool) -> Плата (Boards)";
• Выберите присвоенный Bluno Nano номер последовательного порта в меню "Инструменты (Tool) -> Порт (Ports)".

Теперь можно создавать свои программы или загружать примеры, имеющиеся для ознакомления в самом редакторе: "Файл -> Примеры". Попробуйте нижеприведённый код и помигайте светодиодом "L" на Bluno Nano:

int ledPin = 13;            // Определяем цифровой контакт светодиода
void setup()
{
pinMode(ledPin, OUTPUT);    // Устанавливаем для контакта режим вывода информации
}
void loop()
{
digitalWrite(ledPin, HIGH); // Включаем светодиод
delay(1000);                // Ждём 1 секунду
digitalWrite(ledPin, LOW);  // Выключаем светодиод
delay(1000);                // Ждём 1 секунду
}

Программирование центрального контроллера ATmega328P допускается двумя вариантами: через встроенный в плату порт USB или с помощью внешних программаторов. Специальный 6ти-контатный ICSP-разъём, обычно используемый для соединения с внешними программаторами, разработчиками не предусмотрен. Тем не менее, модуль не лишён возможности прямого доступа к флеш-памяти. Стоит всего лишь правильно соединить определённые выводы платы с соответствующими контактами разъёма программатора.

Демонстрация основ BLUNO

Раздел посвящен главной функции модуля Bluno Nano. На основе демонстрационного приложения для ОС Android, вы сможете разработать своё собственное.

Необходимые инструменты:

• Bluno Nano - Arduino Nano Bluetooth 4.0 (BLE) модуль х 1;
• Android 4.3+ устройство или iOS 7.0+ устройство х1;
• Micro USB кабель х 1.

Шаги:

1. Установите ARDUINO IDE.
2. Скопируйте представленный ниже исходных код в ARDUINO IDE. (Эта программа выполняет только одну функцию и отображает сообщения, полученные через последовательный порт).
   

   void setup() {
     Serial.begin(115200);  //Инициализация последовательного порта
   }
   
   void loop() {
     if (Serial.available())  {
       Serial.write(Serial.read());//получает отправленные символы
       Serial.println();   //выводит строку переданных символов
     }
   }
   

3. Выберите "Arduino Uno" как основную в меню "Инструменты (Tools)->Плата (Boards)". Укажите порт, к которому подключен BLUNO в меню "Инструменты (Tools)->Порт (Ports)".
4. Загрузите программу в модуль (круглая кнопка "стрелка вправо" редактора).
   

   Примечание! Если Bluno Nano соединён по Bluetooth-связи, то на плате горит светодиод LINK и последовательный порт занят BLE. Для загрузки в модуль какой-либо Arduino-программы отключите Bluetooth-соединение.

Для Android

1. Установите APK файл в ваш Android-телефон.
2. Запустите приложение.
3. Нажмите кнопку "Сканировать/Scan" ( ① ) для поиска и выбора BLUno.
4. После соединения с ним нажмите кнопку "Отправить данные/Send Data" ( ② ) для отправки текстового сообщения из строки ( ③ ) в BLUNO.
5. BLUno ответит таким же текстом, который вы увидите в строке "Полученные данные/Received Data" ( ④ ).
6. Обратите внимание на встроенные светодиоды RX и TX, которые будут мигать при получении и отправке сообщения.

Для iOS

1. Скомпилируйте исходный код на вашем Apple-устройстве.
2. Запустите приложение.
3. Нажмите кнопку "Сканировать/Scan" ( ② ) для поиска и выбора BLUno.
4. После соединения статус изменится из "Не готов!/Not Ready!" в "Готов!"/Ready!" ( ① ). Нажмите кнопку "Отправить данные/Send Data" ( ④ ) для отправки текстового сообщения из строки ( ③ ) в BLUNO.
5. BLUno ответит таким же текстом, который вы увидите в строке "Полученные данные/Received Data" ( ⑤ ).
6. Обратите внимание на встроенные светодиоды RX и TX, которые будут мигать при получении и отправке сообщения.

Пример того, как можно сочетать функционалы BLE и HID, можно найти здесь.

Настройка BLE с использованием AT команд

Для моделей версий 1.3 или позднее:

1. Откройте ARDUINO IDE.
2. Выберите присвоенный Bluno Nano номер последовательного порта в меню "Инструменты (Tool) -> Порт (Ports)".
3. Откройте "Монитор последовательного порта" в меню "Инструменты (Tool) -> Монитор порта (Serial Monitor)".
4. В нижней части открывшегося окна, в двух раскрывающихся списках, выберите "Нет конца строки" и "115200 бод".
5. В диалоговой строке вверху окна введите "+++" и нажмите кнопку "Отправить".
6. Если совершён корректный вход в режим АТ-команд, на экране вы увидите сообщение "Enter AT Mode".
7. В нижней части Монитора порта, в двух раскрывающихся списках, снова выберите "NL & CR" и "115200 бод".
8. В диалоговой строке введите команду "AT+SETTING=DEFAULT" и нажмите кнопку "Отправить".
9. Если BLE настроен успешно, вы получите ответ "ОК".
10. В случае получения ошибки "ERROR CMD", попробуйте отправить команду ещё раз или убедитесь в правильном её написании.
11. Используйте "AT+EXIT" для выхода из AT режима.

Список АТ-команд

Беспроводное программирование с помощью BLE

В отличии от основного способа программирования, раздел научит вас загружать Arduino-программы по воздуху с помощью BLE. Такой способ окажется крайне удобным в тех случаях, когда проект на основе Bluno Nano полностью собран и завершён, и вам не хочется или неудобно разбирать конструкцию и вынимать плату для подключения к компьютеру.

Нам потребуются:

• Bluno Nano - Arduino Nano Bluetooth 4.0 (BLE) модуль х 2;
• Micro USB кабель х 2.

1. Существуют две разные функции устройства BLE: ЦЕНТРАЛЬНЫЙ и ПЕРИФЕРИЙНЫЙ. Чтобы настроить правильную связь между ними, одно должно быть настроено на ЦЕНТРАЛЬНЫЙ, а другое - на ПЕРИФЕРИЙНЫЙ.

2. Соедините их с компьютером.

3. Введите "+++" (версии после 1.3) в диалоговой строке Монитора последовательного порта для перехода в режим АТ-команд.

4. Для ЦЕНТРАЛЬНОГО устройства отправьте следующие АТ-команды:

Ввод: AT+SETTING=DEFCENTRAL, ответ (возвращаемый): ОК
Ввод: AT+BLUNODEBUG=OFF, ответ (возвращаемый): ОК

5. Для ПЕРИФЕРИЙНОГО устройства отправьте следующие АТ-команды:

Ввод: AT+SETTING=DEFPERIPHERAL, ответ (возвращаемый): ОК
Ввод: AT+BLUNODEBUG=OFF, ответ (возвращаемый): ОК

6. Команда AT+BLUNODEBUG=OFF делает беспроводное программирование более стабильным. В этом режиме ва не сможете отслеживать Монитор последовательного порта через USB на персональном компьютере.

7. Введите "AT+EXIT" в диалоговой строке Монитора последовательного порта для выхода из режима АТ-команд.

8. Отключите USB-соединение ПЕРИФЕРИЙНОГО устройства и соедините его с внешним источником питания, например, с батарейкой.

9. Буквально через секунду загорится светодиод Link, говорящий о том, что соединение установлено.

10. Нажмите в ARDUINO IDE кнопку "Загрузить", и программа успешно запишется в ПЕРИФЕРИЙНОЕ устройство.

Примечание! В редакторе ARDUINO IDE вы настраиваете тип платы только для ПЕРИФЕРИЙНОГО устройства. Если в качестве передающего вы используете Arduino Bluetooth 4.0 (BLE) модуль, а в качестве принимающего будет, например, BLUNO Mega2560, то вам нужно выбрать Mega2560.

Примечание! Беспроводное программирование возможно в двух направлениях между ЦЕНТРАЛЬНЫМ и ПЕРИФЕРИЙНЫМ устройствами, но скорость немного отличаются:

• ЦЕНТРАЛЬНЫЙ -> ПЕРИФЕРИЙНЫЙ 2КБ/с
• ПЕРИФЕРИЙНЫЙ -> ЦЕНТРАЛЬНЫЙ 4КБ/с

Обновление прошивки BLE на BLUNO

Примечание! Для проверки версии прошивки воспользуйтесь командой "AT+VERSION=?" в режиме АТ команд.

Для моделей версии 1.3 и позднее, с прошивкой версии 1.7 и новее, обновление может быть загружено при помощи следующих служебных программ.

Выберите соответствующую ссылку для операционной системы:

• DFRobot blunoFWDownloader для WINDOWS
• DFRobot blunoFWDownloader для MAC

Программа очень проста в использовании.

1. Нажмите и удерживайте кнопку "Boot".
2. Подключите Bluno Nano к компьютеру с помощью USB-кабеля.
3. Светодиоды Link и Pair начнут постоянно мигать, указывая на установленный режим обновления прошивки.
4. Распакуйте содержимое архива firmwareV1.9.rar или firmwareV1.97.rar (или загрузите обновление с сайта Github) на свой компьютер и запомните месторасположение файлов.
5. В программе укажите порт, к которому подключен Bluno Nano и выберите расположение файла обновления (пункт 4).
6. Для BLUno или BLUNO NANO необходимо загружать файл "SBL_BlunoV*.bin".
7. Нажмите мышкой на кнопку загрузки (стрелка вниз) и подождите 2 минуты.

Примечание! После обновления все настроенные ранее параметры BLE будут сохранены. При необходимости возврата к заводским настройкам, просто воспользуйтесь АТ-командой "AT+SETTING=DEFAULT".

Обсуждение Bluno

Если у вас остались вопросы, пожалуйста, ознакомьтесь с разделом "Вопросы и ответы".