基于Arduino的無(wú)線網(wǎng)關(guān)連接設(shè)計(jì)

　　Arduino是一個(gè)開(kāi)源電子原型設(shè)計(jì)平臺(tái)，專門(mén)針對(duì)接收來(lái)自傳感器的輸入進(jìn)行了優(yōu)化。這使其成為開(kāi)發(fā)無(wú)線網(wǎng)關(guān)的絕佳平臺(tái)。通過(guò)以太網(wǎng)連接，網(wǎng)關(guān)可用于將傳感器和執(zhí)行器連接到互聯(lián)網(wǎng)，用于智能手機(jī)和平板電腦上的應(yīng)用?？梢詾檫@些平臺(tái)開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序，然后利用來(lái)自網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)并從世界任何地方遠(yuǎn)程控制執(zhí)行器。

　　廣泛的可用開(kāi)源軟件為構(gòu)建項(xiàng)目提供了寶貴的資源。它基于靈活、易于使用的硬件和軟件，面向設(shè)計(jì)師、愛(ài)好者和任何對(duì)創(chuàng)建交互式環(huán)境感興趣的人。

　　有多種 Arduino 板可供使用，均使用 Arduino 編程語(yǔ)言。這是基于Wiring的，它具有與 C++ 相同的語(yǔ)法和庫(kù)，但進(jìn)行了簡(jiǎn)化和修改。為了使語(yǔ)言易于使用，有 Arduino 開(kāi)發(fā)環(huán)境，它基于基于 Java 的 Processing 開(kāi)源 IDE。開(kāi)發(fā)可以在作為 Windows、Mac OSX 或 Linux 下的主機(jī)的 PC 或 Mac 上完成，也可以在開(kāi)發(fā)板上完成。網(wǎng)關(guān)軟件可以使用 Arduino 編程語(yǔ)言和工具在 Linux 上開(kāi)發(fā)。

　　Arduino納米board 是一個(gè)小型、完整且適用于面包板的電路板，基于用于 Arduino Nano 3.0 的 ATmega328 處理器或用于 Arduino Nano 2.x 系列的 ATmega168。它只缺少一個(gè)直流電源插孔，并且可以使用 Mini-B USB 電纜而不是標(biāo)準(zhǔn)電纜。Nano 由 Gravitech 設(shè)計(jì)并生產(chǎn)。16 MHz 處理器在建議的 7-12 V 輸入電壓下運(yùn)行，并具有 14 個(gè)數(shù)字 I/O 引腳，每個(gè)引腳的直流電流為 40 mA，可用于為無(wú)線模塊供電。

　　ATmega168 版本中有 16 KB 的閃存或 ATmega328 中有 32 KB 的閃存，其中 2 KB 由引導(dǎo)加載程序使用。同樣，ATmega168 有 1 KB 的 SRAM 和 512 字節(jié)的 EEPROM，或者 ATmega328 有 2 KB 的 SRAM 和 1 KB 的 EEPROM。

　　Arduino 板的價(jià)值在于業(yè)余愛(ài)好者開(kāi)發(fā)的一系列開(kāi)源軟件，以及硬件的靈活性。制造商提供電路布局，并且很容易為無(wú)線功能構(gòu)建附加卡或屏蔽。可以制造或購(gòu)買(mǎi)無(wú)線屏蔽以在設(shè)計(jì)中添加無(wú)線鏈接。

　　Linux 上的 Arduino IDE Arduino

　　最常見(jiàn)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)是 Linux，它同樣是開(kāi)源的。需要一些額外的程序，這取決于正在使用的 Linux 發(fā)行版。

　　關(guān)鍵工具是 Arduino IDE 1.0.1，因?yàn)樗褂脙?nèi)部預(yù)構(gòu)建 GCC（GNU Compiler Collection）編譯器。這不包括所有工具鏈問(wèn)題，并包括 Java 運(yùn)行時(shí)包 6 或 7 -nopenjdk-7-jre 或 oracle JRE 7。Arduino

　　軟件下載包括兩個(gè)附加依賴項(xiàng)的自定義版本：

　　RXTX，一個(gè) Java 和本地庫(kù)，用于與 Arduino 板等串行設(shè)備進(jìn)行通信

　　avrdude，一個(gè)將程序上傳到 AVR 微控制器的應(yīng)用程序（就像 Arduino 板上的那些）

　　Arduino 附帶的 avrdude 進(jìn)行了修改，以確保在上傳之前 Arduino 板的自動(dòng)重置功能正常（否則上傳將失敗）。Arduino 版本的源代碼也可以在開(kāi)源存儲(chǔ)庫(kù) GitHub 上找到。

　　Arduino 附帶的 RXTX 已修改為支持 /dev/ttyACM 形式的設(shè)備，這些設(shè)備由 Arduino Uno 和 Mega 2560 板使用。這些使用 ATmega8U2 而不是 FTDI 芯片進(jìn)行 USB 串行通信。

　　無(wú)線屏蔽

　　XBee?屏蔽允許 Arduino 板使用 ZigBee? 進(jìn)行無(wú)線通信。它可以在室內(nèi) 100 英尺或室外 300 英尺（通過(guò)視距）進(jìn)行通信。擴(kuò)展板的簡(jiǎn)單性意味著它可以用作串行或 USB 替代品來(lái)創(chuàng)建簡(jiǎn)單的無(wú)線點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，或者使用命令模式它可以配置為各種廣播和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)選項(xiàng)作為無(wú)線網(wǎng)關(guān)。屏蔽層將 XBee 的每個(gè)引腳連接到通孔焊盤(pán)，還提供母排針以供數(shù)字引腳 2 至 7 和模擬輸入使用，這些引腳被屏蔽層覆蓋。數(shù)字引腳 8 至 13 不受屏蔽層的阻礙，因此它們可以使用板上本身的接頭。

　　XBee 擴(kuò)展板有兩個(gè)跳線，用于確定微控制器（ATmega8 或 ATmega168）和 Arduino 板上的 FTDI USB 轉(zhuǎn)串行芯片之間的串行通信。跳線位于 XBee 位置時(shí)，XBee 模塊的 DOUT 引腳連接到微控制器的 RX 引腳，DIN 連接到 TX。

　　需要正確配置多個(gè)參數(shù)才能使兩個(gè)模塊相互通信（盡管使用默認(rèn)設(shè)置，所有模塊都應(yīng)該能夠相互通信）。它們需要在同一網(wǎng)絡(luò)上，由 ID 參數(shù)設(shè)置。模塊需要在同一通道上，由 CH 參數(shù)設(shè)置。最后，模塊的目標(biāo)地址（DH 和 DL 參數(shù)）確定其網(wǎng)絡(luò)和通道上的哪些模塊將接收其傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。這可以通過(guò)幾種方式發(fā)生：

　　如果模塊DH 為0 且DL 小于0xFFFF（即16 位），則該模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)將被任何16 位地址MY 參數(shù)等于DL 的模塊接收。

　　如果 DH 為 0 且 DL 等于 0xFFFF，則模塊的傳輸將被所有模塊以廣播模式接收。

　　如果DH 不為零，或者DL 大于0xFFFF，則傳輸只會(huì)被序列號(hào)等于發(fā)送模塊目的地址的模塊接收，即點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。

　　但是，這種地址匹配只會(huì)發(fā)生在同一網(wǎng)絡(luò)和通道上的模塊之間。如果兩個(gè)模塊位于不同的網(wǎng)絡(luò)或通道上，則無(wú)論其地址如何，它們都無(wú)法通信。開(kāi)發(fā)板和擴(kuò)展板可以立即協(xié)同工作，但有時(shí)可能需要通過(guò) Arduino 開(kāi)發(fā)板上運(yùn)行的代碼配置 XBee 模塊。這需要開(kāi)關(guān)處于 Micro 位置并使模塊進(jìn)入配置模式，它需要三個(gè)加號(hào)：+++ 并且需要至少一秒鐘之前和之后沒(méi)有其他字符發(fā)送到模塊。請(qǐng)注意，這包括換行符或回車(chē)符。設(shè)置配置模式后，模塊將返回兩個(gè)字符“OK”，然后是回車(chē)。

　　Send Command ? ? ? Expected Response

　　+++ OK《CR》

　　一旦進(jìn)入配置模式，就可以使用 AT 命令來(lái)控制模塊。命令字符串的格式為 ATxx（其中 xx 是設(shè)置的名稱）。要讀取設(shè)置的當(dāng)前值，請(qǐng)發(fā)送命令字符串，后跟回車(chē)符。要將新值寫(xiě)入設(shè)置，請(qǐng)發(fā)送命令字符串，緊隨其后的是新設(shè)置（中間沒(méi)有空格或換行符），然后是回車(chē)符。例如，要讀取模塊的網(wǎng)絡(luò) ID（確定它將與哪些其他 XBee 模塊通信），請(qǐng)使用“ATID”命令：更改模塊的網(wǎng)絡(luò) ID：檢查設(shè)置是否生效：