Перевод: Максим Кузьмин

Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.

Seeeduino Cloud^[1]

Seeeduino Cloud – это микроконтроллерная плата на базе модуля Dragino HE и процессора ATmega32u4. HE (переводе с китайского «HE» означает «сердцевина») – это недорогой и высокопроизводительный WiFi-модуль (150 м, 2.4 ГГц), на который установлена операционная система OpenWrt. Seeeduino Cloud совместима с платами Arduino и «шилдами» Arduino, на 100% совместима с Grove, а также с IDE Arduino (начиная с версии 1.5.3). Помимо стандартного интерфейса Arduino, Seeeduino Cloud также оснащена встроенной поддержкой Ethernet и WiFi, а также портом USB-A, что делает ее очень удобной для конструирования прототипов, которым требуется сетевое соединение и память большой емкости. Кроме того, Seeeduino Cloud отлично подойдет на роль межсетевого интерфейса для проектов в сфере интернета вещей.

Применение

Вот несколько интересных проектов с использованием Seeeduino Cloud:

Функции

Совместимость с Arduino Yun
Сделана на базе WiFi-модуля Dragino HE
Операционная система OpenWrt (с открытым кодом)
Поддержка WiFi (2.4 ГГц, 802.11 b/g/n)
Поддержка Ethernet
Поддержка USB 2.0
Встроенные коннекторы Grove

Характеристики

Seeeduino Cloud оснащена двумя процессорами, поэтому эта глава поделена на две части – по каждой на процессор.

Модуль Dragino HE

Параметр	Значение
Процессор	ATHEROS AR9331
Тактовая частота	400 МГц
RAM	64 Мб
Flash-память	16 Мб
Операционная система	OpenWrt
Интерфейсы	Два RJ45, один USB-хост, один UART, четырнадцать GPIO-контактов
Питание	3.3 вольта
WiFi	150 м, 2.4 ГГц, 802 b/g/n

Микроконтроллер AVR

Параметр	Значение
Микроконтроллер	ATmega32u4
Flash-память	32 Кб
SRAM	2,5 Кб
EEPROM	1 Кб
Тактовая частота	16 МГц
Рабочее напряжение	5 вольт
Цифровые I/O контакты	20 шт.
Каналы ШИМ	7 шт.
Входные аналоговые каналы	12 шт.

Компоненты

На фото ниже изображены компоненты, установленные на Seeeduino Cloud.

Ethernet-порт RJ45. Этот LAN-порт подключен к ATHEROS AR9331 и имеет собственный IP-адрес, который можно использовать для подключения к интернету и управления устройствами.
Входной USB-порт. Позволяет подключить плату к ПК для программирования и питания. Micro USB – это широко распространенная версия USB, встречающаяся на телефонах Android и других устройствах. У вас дома наверняка можно найти большое количество кабелей этого типа.
USB-хост. Позволяет подключаться к самым разнообразным USB-девайсам вроде веб-камер, USB-накопителей, клавиатур, джойстиков и т.д.
Кнопка 32U4 RST. Нажатие на эту кнопку сбрасывает микроконтроллер ATmega32U4. Как правило, используется для перезапуска скетча.
Кнопка SYS RST. Нажатие на эту кнопку перезагружает систему Linux (в виде дистрибутива OpenWRT).
Кнопка WiFi RST. Нажатие на эту кнопку сбрасывает WiFi-настройки. Но есть один момент – кнопка поддерживает только долгое нажатие. Ее нужно зажать, держать в течение 5 секунд и лишь потом отпустить. Все другие настройки останутся без изменений. Если отпустить кнопку через 30 секунд после нажатия, это откатит ВСЕ настройки к фабричным значениям.
Коннекторы Grove. Это коннекторы для интерфейсов UART и I2C. Коннектор I2C также подключен к аналоговым контактам A4 и A5 (для SDA и SCL) – на тот случай, если вы захотите использовать их для интерфейса I2C. Коннектор UART подключен к цифровым контактам 0 и 1 (для RX и TX).
Порт ICSP. Это коннектор для ICSP-соединения ATmega32U4. Расположен на том месте, где у Arduino Uno, Due, Mega и Leonardo располагается стандартный гребешок ICSP/SPI. SPI-контакты этого порта (MISO, SCK и MOSI) также подключены к цифровым контактам 12, 13 и 11 (как на Arduino Uno).
Контакты. К входным/выходным контактам процессора Atheros AR9331 доступа получить нельзя. Все они подключены к процессору ATmega32U4. Но все 20 цифровых контактов 32U4 можно использовать и в качестве входных, и в качестве выходных контактов – при помощи функций pinMode(), digitalWrite() и digitalRead(). Они работают на 5 вольтах. Кроме того, все эти контакты оснащены подтягивающими резисторами (по умолчанию отключены) на 20-50 кОм и могут дать/получить силу тока номиналом не более 40 мА. Кроме того, некоторые из этих контактов имеют специальные функции:
- Serial. Контакты 0 (RX) и 1 (TX). Используются для приема (RX) и отправки (TX) последовательных (TTL) данных при помощи аппаратного последовательного порта ATmega32U4. Обратите внимание, что на Seeeduino Cloud класс Serial используется для коммуникации по USB (CDC). Для TTL-коммуникации через контакты 0 и 1 используется класс Serial1. Аппаратные последовательные порты ATmega32U4 и AR9331 на Seeeduino Cloud подключены друг к другу и используются для коммуникации между этими двумя процессорами. Как обычно в системах Linux, последовательный порт AR9331 открыт для консоли, чтобы у пользователя был доступ к операционной системе. Это значит, что вы прямо из скетча можете получить доступ к программам и инструментам Linux.
- TWI. Контакты 2 (SDA) и 3 (SCL). Через них осуществляется коммуникация TWI при помощи библиотеки Wire.
- Внешние прерывания. Контакты 3 (прерывание 0), 2 (прерывание 1), 0 (прерывание 2), 1 (прерывание 3) и 7 (прерывание 4). Эти контакты можно настроить на срабатывание прерывания при переходе на значение LOW, при возрастающем/убывающем фронте импульса или при изменении значения. Более подробно читайте в статье о функции attachInterrupt(). Контакты 0 и 1 использовать для прерываний не рекомендуется, поскольку они также используются в качестве аппаратного последовательного порта, используемого для коммуникации с процессором Linux. Контакт 7 подключен к процессору AR9331 и в будущем, возможно, будет использоваться для квитирующего сигнала. Поэтому держите в уме, что использование этого контакта для прерывания когда-нибудь может привести к конфликту.
- ШИМ. Контакты 3, 5, 6, 9, 10, 11 и 13. Предназначены для выдачи 8-битной ШИМ при помощи функции analogWrite().
- SPI. Этот интерфейс находится на гребешке ICSP и на программном уровне осуществляется при помощи библиотеки SPI. Обратите внимание, что контакты SPI не соединены с цифровыми I/O контактами, как это сделано на Uno. Они доступны только на ICSP-коннекторе. Это значит, что если у вас есть «шилд», использующий SPI, но не оснащенный 6-контактным ICSP-коннектором, подключаемым к 6-контактому ICSP-коннектору на Seeeduino Cloud, этот «шилд» работать не будет. Контакты SPI также подключены к GPIO-контактам AR9331, благодаря чему процессоры ATmega32U4 и AR9331 также могут коммуницировать при помощи протокола SPI.
- Входные аналоговые контакты. Их 11 штук, и это A0-A5 (находятся на тех же местах, что и у Uno), A6-A11 (находятся на цифровых контактах 4,6, 8, 9, 10 и 12). Все входные аналоговые контакты можно также использовать в качестве обычных цифровых I/O контактов. Каждый из этих контактов имеет 10-битное разрешение (т.е. поддерживает 1024 разных значений). По умолчанию напряжение на этих контактах составляет от 0 до 5 вольт, но верхнюю границу вольтового диапазона можно поменять при помощи контакта AREF и функции analogReference().
- Контакт AREF. Опорное напряжение для входных аналоговых контактов. Используется вместе с функцией analogReference().

С чего начать

Seeeduino Cloud оснащена двумя процессорами. Первый – это ATmega32U4 как на Leonardo. Второй – Atheros AR9331, на котором работает Linux и беспроводной стек OpenWrt, благодаря которому плата может подключаться к сетям WiFi и Ethernet. Кроме того, благодаря библиотеке Bridge на Linux через IDE Arduino можно вызывать программы и скрипты, чтобы с их помощью подключаться к различным интернет-сервисам.

Программирование на ATmega32U4

Процессор ATmega32U4 программируется при помощи среды IDE Arduino. Если она у вас еще не установлена, то инструкции по установке можно почитать тут.

Установка драйвера

Во-первых, вам нужно:

Взять кабель Micro-USB. Для этого подойдет, к примеру, кабель для передачи данных (такой обычно идет вместе с телефоном Android). Если у вас такого нет, то его можно купить тут.

Внимание! Пользуйтесь сокетом Micro USB как можно бережнее. Он хрупок, и его можно сломать.

Подключить плату. Seeeduino Cloud автоматически тянет питание либо от USB-соединения с компьютером, либо от внешнего питания. Подключите плату к компьютеру при помощи USB-кабеля. В результате на плате должен загореться зеленый светодиод (с надписью «PWR»).

Для Windows

Версия IDE Arduino для Windows уже оснащена всеми необходимыми драйверами. Устанавливая ее, вы также разрешаете Windows установить и эти драйверы тоже. Подключите Seeeduino Cloud, и драйвера будут установлены автоматически.

Для MAC

Когда вы в первый раз подключите Seeeduino Cloud к Mac, запустится Keyboard Setup Assistant (мастер настройки параметров клавиатуры). Для Seeeduino Cloud ничего настраивать не нужно, поэтому вы можете закрыть этот диалог, просто нажав на красную кнопку в правом левом углу окна.

Для Linux

Для Ubuntu версии 10.0.4 и новее драйвера устанавливать не нужно, но убедитесь, что порт 5353 не блокируется фаерволлом.

Откройте первый скетч

Откройте в IDE Arduino скетч «Blink» (мигание светодиодом), кликнув на Файл > Примеры > 01.Basics > Blink (File > Examples > 01.Basics > Blink).

Выберите тип платы и порт

Далее кликните на Инструменты > Плата (Tools > Board) и выберите пункт, соответствующий вашей плате.

Теперь кликните на Инструменты > Порт (Tools > Port) и выберите порт, к которому подключена плата. Это будет, скорее всего, COM3 или выше (COM1 и COM2 обычно зарезервированы под аппаратные последовательные порты). Чтобы узнать, какой порт вам нужен, вы можете отключить свою плату, а затем снова открыть это меню – порт, который исчезнет. И будет портом, к которому подключена плата. Снова подключите плату и выберите нужный последовательный порт. Когда на вашей плате будет настроен WiFi, вы также увидите ее в разделе «Network ports», как на картинке ниже.

Загрузка программы

Теперь просто кликните на кнопку «Загрузка» («Upload») в IDE Arduino. Подождите несколько секунд – в результате на плате должны замигать светодиоды RX и TX. Если загрузка будет выполнена успешно, в статусной строке появится сообщение «Загрузка завершена» («Done uploading»).

Спустя несколько секунд после загрузки на плате должен замигать зеленый светодиод (он подключен к контакту D13). Если замигал, поздравляем! Настройка прошла успешно.

Программирование ATHEROS AR9331

Seeeduino Cloud оснащена интерфейсом WiFi и LAN-портом. Каждый из них имеет IP-адрес, который можно использовать для интернет-подключения и управления устройствами.

Настройка сети

Режим точки доступа WiFi

Когда вы в первый раз включите Seeeduino Cloud, она запустит открытую WiFi-сеть под названием «SeeeduinoCloud-AXXXX», которая будет отображаться в списке WiFi-соединений. Ваш компьютер получит IP-адрес этой сети, который будет выглядеть как «192.168.240.xxx». По умолчанию IP-адресом Seeeduino Cloud является «192.168.240.1».

Режим станции WiFi

После подключения к «SeeeduinoCloud-AXXXX» впишите в браузере «172.31.255.254» или «192.168.240.1», и вы подключитесь к веб-интерфейсу Seeeduino Cloud. Пароль по умолчанию – «seeeduino». Затем кликните на кнопку «LOG IN».

Далее кликните на «SYSTEM», выберите свою WiFi-сеть, введите пароль и кликните на «CONFIGURE & RESTART».

Встроенный Ethernet

Если подключить Seeeduino Cloud к проводной сети при помощи Ethernet-кабеля, она попробует автоматически подключиться при помощи DHCP. В этом случае плата будет отображаться в меню портов так же, как и при подключении по WiFi.

Терминал

Кроме того, вы можете получить доступ к терминалу Seeduino Cloud через SSH. Это позволит вам программировать и настраивать ATHEROS AR9331.

Загрузите SSH-клиент вроде putty
Воспользуйтесь IP-адресом Seeeduino Cloud и запустите SSH-клиент

username: root
password: seeeduino

Библиотека Yun Bridge

Эта библиотека упрощает коммуникацию между Seeeduino и Dragino HE. Команды Bridge от AVR интерпретируются Python’ом, установленным на модуль HE. Его роль в том, чтобы:

выполнять программы на GNU/Linux, когда об этом попросит AVR
обеспечивать общую память для обмена данными (вроде данных, считанных с датчиков) между Seeeduino и интернетом
получать команды из интернета и передавать их напрямую Seeeduino

Подробное описание библиотеки Bridge, а также несколько скетчей-примеров можно найти тут. Ниже – несколько примеров использования библиотеки Bridge.

Пример 1: Скажи «Привет!» Linux

Скетч ниже – обмен приветствиями между Arduino и Seeediono Cloud. Пример можно открыть, кликнув в IDE Arduino на Файл > Примеры > Bridge > ConsoleRead (File > Examples > Bridge > ConsoleRead). Руководство по этому скетчу можно найти тут.

#include <Console.h>

String name;

void setup() {
    // инициализируем консоль и ждем открытия порта:
    Bridge.begin();
    Console.begin();

    // ждем подключения консольного порта:
    while (!Console);

    Console.println("Hi, what's your name?");
                //  "Привет, как тебя зовут?"
}

void loop() {
    if (Console.available() > 0) {
        char c = Console.read();  //  считываем следующий 
                                  //  присланный символ
        // ищем символ новой строки (это последний символ в строке):
        if (c == '\n') {
            //  печатаем текст с присланным именем:
            Console.print("Hi ");  //  "Привет "
            Console.print(name);
            Console.println("! Nice to meet you!");
                       //   "! Рад встрече!"
            Console.println();
            // еще раз спрашиваем имя и стираем старое имя:
            Console.println("Hi, what's your name?");
                        //  "Привет, как тебя зовут?"

            name = "";  //  очищаем строку с именем
        }
        else {       //  если буфер пуст, Console.read() вернет «-1»
            name += c; //  объединяем считанный символ из консоли 
                       //  со строкой, хранящей имя
        }
    }
}

Пример 2: Загрузка данных на сервер для интернета вещей

Этот скетч-пример показывает, как записывать логи на публичный сервер «Xively», предназначенный для интернета вещей. Этот скетч является модифицированной версией (чтобы адаптировать скетч для другой платы Arduino и включить отладку через WiFi, поменяйте Serial на Console) скетча, который можно открыть в IDE Arduino, кликнув на Файл > Примеры > Bridge > XivelyClient (File > Examples > Bridge > XivelyClient). Перед загрузкой скетча убедитесь, что…

Seeeduino Cloud имеет доступ к интернету
В скетче указаны ID «фида» и ключ API, причем ключ API должен быть закрыт в двойные кавычки

/*
 Клиент, передающий строки на сервер Xively

 Этот скетч использует Arduino Yun, чтобы подключить
 аналоговый датчик к серверу Xively
 
 Создан 15 марта 2010,
 модифицирован 27 мая 2013 Томом Иго (Tom Igoe)

 http://arduino.cc/en/Tutorial/YunXivelyClient

 */
#include <Process.h>
#include "passwords.h"      // содержит мои пароли (см. ниже)

/*
Примечание: Файла «passwords.h» в этом репозитории нет, 
потому что он содержит мои пароли. Вам нужно будет создать 
собственную версию этого файла. Чтобы сделать это, 
откройте в IDE Arduino новую вкладку, назовите ее «passwords.h»,
а затем впишите туда следующие переменные и константы:

 #define APIKEY        "foo"         // для API-ключа Pachube
 #define FEEDID        0000          // для ID «фида»
 #define USERAGENT     "my-project"  // для названия проекта
 */

// задаем сетевую информацию для клиента:
const unsigned long postingInterval = 60000;  //  задержка между 
                                              //  апдейтами xively.com
unsigned long lastRequest = 0;  //  время, когда был выполнен 
                                //  последний запрос
String dataString = "";

void setup() {
    // запускаем последовательный порт:
    Bridge.begin();
    Serial.begin(9600);

    while (!Serial);  //  ждем открытия последовательного порта
    Serial.println("Xively client");  //  "Клиент Xively"

    // сразу же делаем первый запрос:
    updateData();
    sendData();
    lastRequest = millis();
}

void loop() {
    //  извлекаем временную метку, чтобы можно было рассчитать
    //  интервалы для считывания и отправки данных:
    long now = millis();

    //  если время отправочного интервала исчерпалось,
    //  подключаемся снова и отправляем данные:
    if (now - lastRequest >= postingInterval) {
        updateData();
        sendData();
        lastRequest = now;
    }
}

void updateData() {
    // конвертируем данные в строку и отправляем их:
    dataString = "Temperature,";  //  "Температура,"
    dataString += random(10) + 20;
    // добавляем данные о давлении:
    dataString += "\nPressure,";  //  "\nДавление,"
    dataString += random(5) + 100;
}

// эта функция осуществляет HTTP-соединение к серверу:
void sendData() {
    // делаем строку для API-ключа:
    String apiString = "X-ApiKey: ";
    apiString += APIKEY;

    // делаем строку для URL:
    String url = "https://api.xively.com/v2/feeds/";
    url += FEEDID;
    url += ".csv";

    // отправляем запрос HTTP PUT:
 
    // класс Process лучше объявить тут – чтобы после 
    // завершения функции sendData() ресурсы сразу же освободились;
    // впрочем, можно объявить его и глобально – это тоже сработает:
    Process xively;
    Serial.print("\n\nSending data... ");  
             //  "\n\Отправка данных... "
    xively.begin("curl");
    xively.addParameter("-k");
    xively.addParameter("--request");
    xively.addParameter("PUT");
    xively.addParameter("--data");
    xively.addParameter(dataString);
    xively.addParameter("--header");
    xively.addParameter(apiString);
    xively.addParameter(url);
    xively.run();
    Serial.println("done!");  //  "готово!"

    // если через интернет-соединение пришли какие-то данные,
    // отправляем их на Serial:
    while (xively.available() > 0) {
        char c = xively.read();
        Serial.write(c);
    }
}

Пример 3: Запись логов на USB-флэшку

Этот скетч аналогичен тому, о котором рассказывается тут. Там же можно найти его исходный код. Seeeduino Cloud автоматически монтирует USB-флэшку в директорию «/mnt/sda1». Скетч добавляет данные от датчика в файл «/mnt/sda1/data/datalog.csv», поэтому перед запуском скетча убедитесь, что на USB-флэшке есть такой файл.

#include <FileIO.h>     // класс FileIO позволяет оперировать
                        // с файловой системой Linux
#include <Console.h>    // класс Console обеспечивает взаимодействие
                        // между IDE Arduino и Yun Shield
void setup() {
    // инициализируем консоль:
    Bridge.begin();
    Console.begin();
    FileSystem.begin();
    while(!Console);   // ждем подключения последовательного порта
    Console.println("Filesystem datalogger\n");
                //  "Запись логов в файловую систему"
}
void loop () {
    // делаем строку, которая начинается с временной отметки, 
    // чтобы собрать данные в форму логов:
    String dataString;
    dataString += getTimeStamp();
    dataString += " , ";
    // считываем данные с трех датчиков и добавляем их в строку:
    for (int analogPin = 0; analogPin < 3; analogPin++) {
        int sensor = analogRead(analogPin);
        dataString += String(sensor);
        if (analogPin < 2) {
            dataString += ",";    // разделяем значения запятой        }
    }
    // открываем файл; обратите внимание, что одновременно 
    // можно открыть только один файл, т.е. вам нужно сначала 
    // закрыть этот файл перед тем, как открыть другой;
    // по умолчанию USB-Флэшка монтируется в «/mnt/sda1»:
    File dataFile = FileSystem.open("/mnt/sda1/data/datalog.csv", FILE_APPEND);
    // если файл доступен, записываем в него:
    if (dataFile) {
        dataFile.println(dataString);
        dataFile.close();
        // также печатаем в последовательный порт:
        Console.println(dataString);
    }
    // если файл не открыт, выдаем ошибку:
    else {
        Console.println("error opening datalog.csv");
                    //  " ошибка при открытии datalog.csv"
    }
    delay(15000);   //  делаем запись логов каждые 15 секунд
}
//  функция getTimeStamp() возвращает строку с временной отметкой;
//  Yun Shield вызовет Linux-команду «date» и извлекает
//  временную отметку:
String getTimeStamp() {
    String result;
    Process time;
    // «date» - это утилита командной строки для извлечения 
    // даты и времени; формат данных задается с помощью
    // опционального параметра:
    time.begin("date");
    time.addParameter("+%D-%T");   // параметр «D» для «мм/дд/гг»
                                   // параметр «T» для «чч:мм:сс»           
    time.run();   //  запускаем команду
    //  считываем данные, которые вернула команда «date»:
    while(time.available()>0) {
        char c = time.read();
        if(c != '\n')
        result += c;
    }
    return result;
}

Настройка сервера для интернета вещей

Страница этого сервера позволяет загружать данные на сайты вроде Xively, с помощью которых можно управлять устройствами, подключенными к интернету. Вам нужно лишь передавать данные от датчиков на последовательный порт.

Скетч показан ниже:

/*
  Симуляция TX-данных, передаваемых на UART

  Этот скетч симулирует данные о температуре и влажности,
  чтобы передать их на UART.

  Цель скетча – тестирование передачи данных через UART
  для разных сервисов интернета вещей.

  Создан 25 апреля 2014 года Dragino Technology Co., Limited

  Ссылка:   
   http://wiki.dragino.com/index.php?title=Xively#Upload_data_to_Xively_use_Pass_Through_Mode

 */
String dataString = "";

void setup() {
    Serial1.begin(115200);
}

void loop() {
    dataString = "temp:";
    dataString += random(10) + 20;
    Serial1.println(dataString);   // загружаем температурные данные
    delay(20000);
    dataString = "humidity:";
    dataString += random(5) + 70;  // загружаем данные влажности
    Serial1.println(dataString);
    delay(20000);
}

Полезные ссылки

Схема

Прошивка

Прошивка Seeeduino Cloud

Другое

См.также

Внешние ссылки

↑ wiki.seeed.cc - Seeeduino Cloud

[1] wiki.seeed.cc - Seeeduino Cloud

[1]

Электронный компонент:Seeeduino Cloud

Seeeduino Cloud[1]