Сегодня мы, наконец, завершим данный цикл, соединив знания и наработки, полученные в первой и второй частях: будем управлять офисными светильники с помощью сенсорных кнопок по Wi-Fi, используя протокол ModBus TCP через шлюз ModBus-DALI.
Краткое содержание предыдущих серий
Мы научились, используя Wi-Fi модуль WINC1500 от Atmel, коннектится к сторонней точке доступа, а так же подключаться в качестве клиента к TCP-серверу и передавать в него данные. Так же была освоена работа с сенсорными кнопками и слайдерами, о чем было заснято соответствующее видео.
Вспомним общую концепцию. К отладке с микроконтроллером Atmel SAMD21 подключена плата расширения Q-touch, на которой расположены три кнопки, слайдер и ротор. Мы будем использовать одну кнопку для включения освещения, другую для выключения и слайдер для плавной регулировки яркости. Ко второму порту подключена плата с модулем WINC1500. Наше устройство (вернее, прототип) будет выступать в качестве TCP-клиента. Сервером будет выступать DALIGW1 — ModBus TCP устройство, преобразующее ModBus команды в команды протокола DALI (Digital Addressable Lighting Interface) — специальный протокол для цифрового управления освещением. Таким образом, мы будем получать значения положения сенсоров и формировать запросы в соответствии с протоколом Modbus и отправлять по Wi-fi в шлюз.
TCP клиент
Для простоты не будем создавать точку доступа, сканировать доступные сети и просить пользователя подключиться к одной из них, а зададим нужные настройки для нашей офисной локальной сети прямо в коде.
В начале работы можно открыть один из созданных ранее проектов (по предыдущим частям статьи) или проект-пример для Qtouch или WINC1500, и добавить нужные модули с помощью Wizard'а, как описывалось в одной из наших предыдущих статей.
Настраиваем в файле main.h параметры сети:
#define MAIN_WLAN_SSID "Habrahabr" // имя сети
#define MAIN_WLAN_AUTH M2M_WIFI_SEC_WPA_PSK // тип шифрования
#define MAIN_WLAN_PSK "123456789" // пароль к сети
#define MAIN_WIFI_M2M_PRODUCT_NAME "Hello world!\n\r"
#define MAIN_WIFI_M2M_SERVER_IP 0xc0a81490 // IP адрес сервера (шлюза)
#define MAIN_WIFI_M2M_SERVER_PORT (502) // порт сервера. обычно 502 для ModBus TCP
В main.c настраиваем библиотеку для работы с winc1500 в режиме tcp клиент.
//Initialize the BSP.
nm_bsp_init();
// Initialize socket address structure.
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_port = _htons(MAIN_WIFI_M2M_SERVER_PORT);
addr.sin_addr.s_addr = _htonl(MAIN_WIFI_M2M_SERVER_IP);
// Initialize Wi-Fi parameters structure.
memset((uint8_t *)¶m, 0, sizeof(tstrWifiInitParam));
// Initialize Wi-Fi driver with data and status callbacks.
param.pfAppWifiCb = wifi_cb;
ret = m2m_wifi_init(¶m);
if (M2M_SUCCESS != ret)
{
printf("main: m2m_wifi_init call error!(%d)\r\n", ret);
while (1);
}
// Initialize socket module
socketInit();
registerSocketCallback(socket_cb, NULL);
// Connect to router.
m2m_wifi_connect((char *)MAIN_WLAN_SSID, sizeof(MAIN_WLAN_SSID), MAIN_WLAN_AUTH, (char *)MAIN_WLAN_PSK, M2M_WIFI_CH_ALL);
Не забываем про наши любимые callback’и. Прописываем функции обработки события по сети.
Код callback'ов
static void socket_cb(SOCKET sock, uint8_t u8Msg, void *pvMsg)
{
switch (u8Msg)
{
// Socket connected
case SOCKET_MSG_CONNECT:
{
tstrSocketConnectMsg *pstrConnect = (tstrSocketConnectMsg *)pvMsg;
if (pstrConnect && pstrConnect->s8Error >= 0)
{
printf("socket_cb: connect success!\r\n");
if (button_pressed!=0)
{
send(tcp_client_socket, &data_to_send, 12, 0);
printf("socket_number after connection: %d\r\n", tcp_client_socket);
}
close(tcp_client_socket);
delay_ms(50);
}
else
{
printf("socket_cb: connect error!\r\n");
close(tcp_client_socket);
tcp_client_socket = -1;
}
}
break;
// Message send
case SOCKET_MSG_SEND:
{
printf("socket_cb: send success!\r\n");
recv(tcp_client_socket, gau8SocketTestBuffer, sizeof(gau8SocketTestBuffer), 0);
}
break;
// Message receive
case SOCKET_MSG_RECV:
{
tstrSocketRecvMsg *pstrRecv = (tstrSocketRecvMsg *)pvMsg;
if (pstrRecv && pstrRecv->s16BufferSize > 0)
{
printf("socket_cb: recv success!\r\n");
printf("TCP Client Test Complete!\r\n");
}
else
{
printf("socket_cb: recv error!\r\n");
close(tcp_client_socket);
tcp_client_socket = -1;
}
}
break;
default:
break;
}
}
static void wifi_cb(uint8_t u8MsgType, void *pvMsg)
{
printf("wifi_cb: u8MsgType= %d\n",u8MsgType);
switch (u8MsgType) {
case M2M_WIFI_RESP_CON_STATE_CHANGED:
{
tstrM2mWifiStateChanged *pstrWifiState = (tstrM2mWifiStateChanged *)pvMsg;
if (pstrWifiState->u8CurrState == M2M_WIFI_CONNECTED)
{
printf("wifi_cb: M2M_WIFI_RESP_CON_STATE_CHANGED: CONNECTED\r\n");
m2m_wifi_request_dhcp_client();
}
else
{
if (pstrWifiState->u8CurrState == M2M_WIFI_DISCONNECTED)
{
printf("wifi_cb: M2M_WIFI_RESP_CON_STATE_CHANGED: DISCONNECTED\r\n");
wifi_connected = 0;
m2m_wifi_connect((char *)MAIN_WLAN_SSID, sizeof(MAIN_WLAN_SSID), MAIN_WLAN_AUTH, (char *)MAIN_WLAN_PSK, M2M_WIFI_CH_ALL);
}
}
break;
}
case M2M_WIFI_REQ_DHCP_CONF:
{
uint8_t *pu8IPAddress = (uint8_t *)pvMsg;
wifi_connected = 1;
printf("wifi_cb: M2M_WIFI_REQ_DHCP_CONF: IP is %u.%u.%u.%u\r\n", pu8IPAddress[0], pu8IPAddress[1], pu8IPAddress[2], pu8IPAddress[3]);
printf("wifi_cb: M2M_WIFI_REQ_DHCP_CONF: getaway IP is %u.%u.%u.%u\r\n", pu8IPAddress[4], pu8IPAddress[5], pu8IPAddress[6], pu8IPAddress[7]);
printf("wifi_cb: M2M_WIFI_REQ_DHCP_CONF: DNS IP is %u.%u.%u.%u\r\n", pu8IPAddress[8], pu8IPAddress[9], pu8IPAddress[10], pu8IPAddress[11]);
printf("wifi_cb: M2M_WIFI_REQ_DHCP_CONF: mask is %u.%u.%u.%u\r\n", pu8IPAddress[12], pu8IPAddress[13], pu8IPAddress[14], pu8IPAddress[15]);
break;
}
default:
break;
}
}
Практически это и есть весь код, необходимый для работы с winc в качестве tcp клиента.
Qtouch
Весь код, описанный во второй части нашей статьи для обработки кнопок и слайдера, переносится полностью, нужно лишь добавить формирование и отправку посылок по tcp.
Собираем все вместе
Протокол ModBus прост, открыт и горячо любим в системах автоматики, потому информации о нем в интернете можно найти массу. Вот что говорит вики. Мы, как уже упоминалось, будем использовать его модификацицию TCP, рассчитанную на работу в локальных сетях.
Так как задача у нас учебно-тренировочная, то реализовывать красивую библиотеку ModBus мы не станем (через отдельные функции, с указанием регистра, данных и пр.), а просто будем формировать соответствующий набор байтиков и отправлять их в открытый сокет. Пакет Modbus в нашем случае будет меняться только в части данных, записываемых в регистр (в соответствии с протоколом работы с нашим шлюзом). Используем команду записи в один регистр — код команды 0x06.
Поля пакета:
- Transaction ID, Protocol ID в соответствии со спецификацией Modbus
- длина = 6
- Unit ID в соответствии со спецификацией Modbus
- код команды 0x06
- номер регистра 25 (0x0019)
- значение регистра: код команды DALI, адрес светильника/группы светильников и данные для команды (в зависимости от типа команды).
Погружать читателя в специфику протокола DALI целью настоящей статьи не ставилось, потому просто перечислю используемые команды с кратким пояснением:
- OFF — немедленно выключить указанный светильник, повесим на левую сенсорную кнопку
- RECALL MAX LEVEL — плавно установить максимальную яркость светильника, правая кнопка
- ON AND STEP UP — если светильник выключен, установить минимальную яркость. будем вызывать перед RECALL MAX LEVEL
- DIRECT ARC POWER X- плавно установить указанную яркость X для светильника, повесим на слайдер
Примечание: «ученые спорят» о том как правильнее ModBus мастеру (в роли которого выступает наша отладка) общаться со слейвами — закрывать сокет после завершения текущего сеанса связи или держать его открытым. Мы в нашем примере пошли первым путем, исходя из того что на шине могут оказаться и другие мастера, желающие подключиться к нашему шлюзу. Но тут правильного подхода, скорее всего нет, и все зависит от мировоззрения разработчика.
На этом всё. Заключительная часть вышла не особенно объемной, но весь основной фарш был в первых двух частях. Надеюсь было интересно.
Итоговый код main
int main(void)
{
uint8_t button1_state;
uint8_t button2_state;
uint8_t slider_state;
uint8_t slider_position;
tstrWifiInitParam param;
int8_t ret;
struct sockaddr_in addr;
// Initialize and configure system and generic clocks.
// Use conf_clocks.h to configure system and generic clocks.
system_init();
// Enable global interrupts.
system_interrupt_enable_global();
//Initialize delay service.
delay_init();
//Initialize timer. (RTC actually)
timer_init();
//Initialize QTouch library and configure touch sensors.
touch_sensors_init();
// Configure port pins
configure_port_pins();
// Turn off all extension board LEDs
port_pin_set_output_level(LED_0_PIN, 1);
port_pin_set_output_level(LED_1_PIN, 1);
port_pin_set_output_level(LED_2_PIN, 1);
port_pin_set_output_level(LED_3_PIN, 1);
port_pin_set_output_level(LED_4_PIN, 1);
port_pin_set_output_level(LED_5_PIN, 1);
port_pin_set_output_level(LED_6_PIN, 1);
port_pin_set_output_level(LED_7_PIN, 1);
port_pin_set_output_level(LED_8_PIN, 1);
port_pin_set_output_level(LED_9_PIN, 1);
port_pin_set_output_level(LED_R_PIN, 1);
port_pin_set_output_level(LED_G_PIN, 1);
port_pin_set_output_level(LED_B_PIN, 1);
PWM_Count = 0;
NVMCTRL->CTRLB.bit.SLEEPPRM = 3;
system_set_sleepmode(SYSTEM_SLEEPMODE_STANDBY);
// Initialize the UART console.
configure_console();
printf(STRING_HEADER);
//Initialize the BSP.
nm_bsp_init();
// Initialize socket address structure.
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_port = _htons(MAIN_WIFI_M2M_SERVER_PORT);
addr.sin_addr.s_addr = _htonl(MAIN_WIFI_M2M_SERVER_IP);
// Initialize Wi-Fi parameters structure.
memset((uint8_t *)¶m, 0, sizeof(tstrWifiInitParam));
// Initialize Wi-Fi driver with data and status callbacks.
param.pfAppWifiCb = wifi_cb;
ret = m2m_wifi_init(¶m);
if (M2M_SUCCESS != ret)
{
printf("main: m2m_wifi_init call error!(%d)\r\n", ret);
while (1);
}
// Initialize socket module
socketInit();
registerSocketCallback(socket_cb, NULL);
// Connect to router.
m2m_wifi_connect((char *)MAIN_WLAN_SSID, sizeof(MAIN_WLAN_SSID), MAIN_WLAN_AUTH, (char *)MAIN_WLAN_PSK, M2M_WIFI_CH_ALL);
while (1)
{
// Goto STANDBY sleep mode, unless woken by timer or PTC interrupt.
system_sleep();
// Start touch sensor measurement, if touch_time.time_to_measure_touch flag is set by timer.
touch_sensors_measure();
if (measure_tick<INACTIVITY_DELAY)
{
measure_tick++;
}
if ((p_mutlcap_measure_data->measurement_done_touch == 1u))
{
p_mutlcap_measure_data->measurement_done_touch = 0u;
// Get touch sensor states
button1_state = GET_MUTLCAP_SENSOR_STATE(0);
button2_state = GET_MUTLCAP_SENSOR_STATE(1);
rotor_state = GET_MUTLCAP_SENSOR_STATE(2);
slider_state = GET_MUTLCAP_SENSOR_STATE(3);
if (button1_state)
{
if(button_pressed!=1)
{
port_pin_set_output_level(LED_8_PIN, 0);
button_pressed=1;
form_modbus_packet(0x05,DALI_OFF );
tcp_client_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
ret=connect(tcp_client_socket, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(struct sockaddr_in));
}
}
else
{
port_pin_set_output_level(LED_8_PIN, 1);
if (button_pressed==1)
{
button_pressed=0;
}
}
if (button2_state)
{
if(button_pressed!=2)
{
port_pin_set_output_level(LED_9_PIN, 0);
button_pressed=2;
form_modbus_packet(0x05,DALI_RECALL_MAX_LEVEL);
tcp_client_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
ret=connect(tcp_client_socket, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(struct sockaddr_in));
}
}
else
{
port_pin_set_output_level(LED_9_PIN, 1);
if (button_pressed==2)
{
button_pressed=0;
}
}
// Clear all slider controlled LEDs
port_pin_set_output_level(LED_0_PIN, 1);
port_pin_set_output_level(LED_1_PIN, 1);
port_pin_set_output_level(LED_2_PIN, 1);
port_pin_set_output_level(LED_3_PIN, 1);
port_pin_set_output_level(LED_4_PIN, 1);
port_pin_set_output_level(LED_5_PIN, 1);
port_pin_set_output_level(LED_6_PIN, 1);
port_pin_set_output_level(LED_7_PIN, 1);
// If slider is activated
if(slider_state)
{
// Parse slider position
slider_position = GET_MUTLCAP_ROTOR_SLIDER_POSITION(1);
// slider_position = slider_position >> 5u;
printf("slider_position= %d\n",slider_position);
if (measure_tick==INACTIVITY_DELAY)
{
button_pressed=4;
form_modbus_packet(0x05,DALI_ON_AND_STEP_UP);
tcp_client_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
ret=connect(tcp_client_socket, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(struct sockaddr_in));
delay_ms(500);
}
else
{
if (button_pressed==4)
{
button_pressed=0;
}
if ((button_pressed!=3)&&(previous_slider_position!=slider_position))
{
button_pressed=3;
brightness=slider_position;//<<5u;
if (brightness==255)
{
brightness=254;
}
printf("brightness= %d \n",brightness);
form_modbus_packet(0x04,brightness);
tcp_client_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
ret=connect(tcp_client_socket, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(struct sockaddr_in));
previous_slider_position=slider_position;
}
else
{
if (button_pressed==3)
{
button_pressed=0;
}
}
}
measure_tick=0;
switch(slider_position)
{
case 0:
port_pin_set_output_level(LED_0_PIN, 0);
break;
case 1:
port_pin_set_output_level(LED_0_PIN, 0);
port_pin_set_output_level(LED_1_PIN, 0);
break;
case 2:
port_pin_set_output_level(LED_0_PIN, 0);
port_pin_set_output_level(LED_1_PIN, 0);
port_pin_set_output_level(LED_2_PIN, 0);
break;
case 3:
port_pin_set_output_level(LED_0_PIN, 0);
port_pin_set_output_level(LED_1_PIN, 0);
port_pin_set_output_level(LED_2_PIN, 0);
port_pin_set_output_level(LED_3_PIN, 0);
break;
case 4:
port_pin_set_output_level(LED_0_PIN, 0);
port_pin_set_output_level(LED_1_PIN, 0);
port_pin_set_output_level(LED_2_PIN, 0);
port_pin_set_output_level(LED_3_PIN, 0);
port_pin_set_output_level(LED_4_PIN, 0);
break;
case 5:
port_pin_set_output_level(LED_0_PIN, 0);
port_pin_set_output_level(LED_1_PIN, 0);
port_pin_set_output_level(LED_2_PIN, 0);
port_pin_set_output_level(LED_3_PIN, 0);
port_pin_set_output_level(LED_4_PIN, 0);
port_pin_set_output_level(LED_5_PIN, 0);
break;
case 6:
port_pin_set_output_level(LED_0_PIN, 0);
port_pin_set_output_level(LED_1_PIN, 0);
port_pin_set_output_level(LED_2_PIN, 0);
port_pin_set_output_level(LED_3_PIN, 0);
port_pin_set_output_level(LED_4_PIN, 0);
port_pin_set_output_level(LED_5_PIN, 0);
port_pin_set_output_level(LED_6_PIN, 0);
break;
case 7:
port_pin_set_output_level(LED_0_PIN, 0);
port_pin_set_output_level(LED_1_PIN, 0);
port_pin_set_output_level(LED_2_PIN, 0);
port_pin_set_output_level(LED_3_PIN, 0);
port_pin_set_output_level(LED_4_PIN, 0);
port_pin_set_output_level(LED_5_PIN, 0);
port_pin_set_output_level(LED_6_PIN, 0);
port_pin_set_output_level(LED_7_PIN, 0);
break;
default:
port_pin_set_output_level(LED_0_PIN, 1);
port_pin_set_output_level(LED_1_PIN, 1);
port_pin_set_output_level(LED_2_PIN, 1);
port_pin_set_output_level(LED_3_PIN, 1);
port_pin_set_output_level(LED_4_PIN, 1);
port_pin_set_output_level(LED_5_PIN, 1);
port_pin_set_output_level(LED_6_PIN, 1);
port_pin_set_output_level(LED_7_PIN, 1);
break;
}
}
}//measurement done flag
m2m_wifi_handle_events(NULL);
if (wifi_connected == M2M_WIFI_CONNECTED)
{
// Open client socket.
if (tcp_client_socket < 0)
{
if ((tcp_client_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
{
printf("main: failed to create TCP client socket error!\r\n");
continue;
}
// Connect server
printf("socket_number new connection: %d\r\n", tcp_client_socket);
ret=connect(tcp_client_socket, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(struct sockaddr_in));
printf("ret value: %d\r\n", ret);
if (ret < 0)
{
close(tcp_client_socket);
tcp_client_socket = -1;
}
}
}
}//while(1)
}//main