TOCOS TWE-Liteをつかってみた
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August 17, 14
スライド概要
Ogaki Mini Maker Faire 2014発表資料。
SeeedKKの中の人。Microsoft MVP for Internet of Things。
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各ページのテキスト
TOCOS TWE-Liteをつかってみた 「トワイライトの世界にようこそ！」 matsujirushi(Takashi Matsuoka) 2014/8/17 17:00～
自己紹介 ✓電子工作やります。 ✓ EAGLE CAD ✓プログラミングやります。 ✓ PIC10F322 ✓ PIC12F629,675,683,1822 ✓ PIC16F88,628 ✓ PIC18F1320 ✓ PIC18F2550,4550 ✓ ATmega64A ✓ LPC1114 ✓ Visual Studio ✓1年前からレーザー加工。 ✓ LaserVelocity / DraftSight Takashi Matsuoka (matsujirushi) takashi.matsuoka.37 @matsujirushi12 エンベデッドシステムスペシャリスト データベーススペシャリスト マイクロソフト認定テクノロジースペシャリスト ORACLE MASTER 電気工事士 工事担任者
出展 2012年 ぼっち 2013年 後方支援 一緒に ●Make Ogaki Meeting 2012 2014年 ●クリエーターズマーケット vol.28 ●Maker Faire Tokyo 2012 ●CONSOLARE 2013 EXHIBITION
後方支援プロダクト 跳跳楽 4MOバッヂ 編み機HACK
プレゼンの動機 オモチャ到着。 フレームワークが独特。体系的に知りたい。 買ったけど、標準機能（リモートI/O）は使い道 が無いなぁ。 プログラマブル！開発についてkwsk！ TWE-Liteのプログラミングをプレゼンするぞー！
トワイライトの世界にようこそ！ ✓ 気になる特徴 • • • • • 通信距離 消費電力 ToF(タイム・オブ・フライト) パケットスニファ ネットワークディスカバリー ✓ 内蔵マイコンのプログラミング • フレームワーク • ワイヤレス • ペリフェラル 本資料はmatsujirushiが作 成したものであり、東京コス モス電機が保障するもので はありません。
TOCOS TWEシリーズ トワイライト 超小型装置の無線化を 実現できます。 TWE-Lite http://tocos-wireless.com/jp/products/TWE-001Lite.html TWE-Lite DIP TWE-EH Solar ToCoStick (TWE-Lite USB)
ネットワーク形態 無し スター型 COORDINATOR ツリー型 ROUTER メッシュ型 END DEVICE
TWE-Lite 気になる特徴 http://tocos-wireless.com/jp/products/TWE-001Lite.html ✓ 通信距離は1km ✓ コイン電池で数年動作 ✓ 動作温度-40～105℃ ✓ ToF距離測定 ✓ パケットスニファ ✓ ネットワークディスカバリーツール ✓ 内蔵マイコンで制御可能
通信距離は1km TWE-Liteは低消費電力を保ちつつ見通しで外部 アンテナ（利得2dBi、無指向性）使用時に1kmと 非常に長い到達距離を実現しております。 http://tocos-wireless.com/jp/products/TWE-001Lite.html#TWE-001-12
通信距離を測ってみた 某サーキット メインストレート（約1.5km） END DEVICE TWE-Lite + CR2032 高さ1m COORDINATOR TWE-Lite + 単三x2 + パソコン 高さ1m
測った結果 通信距離限界は180m
基板パターン？ マッチ棒アンテナは､TWE-LITEを実装する プリント 基板パターンのレイアウトにより利得が大きく変 化します。 モジュール裏面に30mm×30mmの銅箔面を作 成の上､電池BOX､ベタGNDなどを可能な限り遠ざ けます。 http://tocos-wireless.com/jp/tech/Hardware_guide/Lite_Guide/Lite_MotherPCB_Ant_Artwork.pdf
基板作った 基板裏面に、30 x 30mm の銅箔
通信距離を測ってみた ２回目 名古屋市北区 新川堤防（約600m） END DEVICE TWE-Lite +単三x2 高さ1.2m COORDINATOR TWE-Lite + 単三x2 + パソコン 高さ1.2m
測った結果 ２回目 通信距離限界は250m
高さ不足？ アンテナの位置が十分に高い場合（※１）に最も通信距離 が長くなります。 ※１ 端末間が100mでの通信の場合は約1m、1Kmの場合は 約3mの高さが必要です。 電波ノイズが少ない環境で通信距離が延びます。 電波ノイズが多い街中や自動車道路、工場等の近所では通 信距離が短くなります。 http://tocos-wireless.com/jp/products/TWE-Lite-DIP/range.html
通信距離を測ってみた ３回目 稲沢市 田園（約550m） END DEVICE TWE-Lite +単三x2 高さ3.2m COORDINATOR TWE-Lite + 単三x2 + パソコン 高さ3.2m
測った結果 ３回目 通信距離限界は550m以上!
通信距離は1km？ ✓ 実験結果は通信距離550m以上。 ✓ 電波ノイズが少なく、見通し1km の場所が無いと分からない。 メーカーより 高さ不足と のアドバイス 有り。
メーカーより 1km飛ばすには5.6m 高さ不足と のアドバイス 有り。 アンテナ間が100mの場合、2.4GHzは1.8m、920MHzは2.9m のアンテナ高が必要です。1000mの場合、2.4GHzは5.6m、 920MHzは9mのアンテナ高が必要です。 http://tocos-wireless.com/jp/products/TWE-001Lite.html#TWE-001-11
コイン電池で数年動作 CR2032使用時、3秒間隔の送信で2年以上。 http://tocos-wireless.com/jp/products/TWE-001Lite.html#TWE-001-11
電流を測ってみた ✓ ToCoNet_bMacTxReq() ✓ シャント抵抗は、10[Ω] 結果がアヤシイので再 調査が必要。 だいたい、75[mV]、1.75[ms] → 7.5[mA]、1.75[ms] → 3秒間隔の場合、7.5[mA] * 1.75[ms] / 3[s] = 4.375[uA] → CR2032(220mAh)の場合、220[mAh] / 4.375[uA] = 50285[h] = 5.7年
ToF距離測定 TWE-Liteには電波を使用して距離を測定する際に 電波強度（RSSI）を使用する方法に加え電波の往 復時間による計測距離に対して誤差がほぼ一定 な距離測定機能タイム・オブ・フライト（ToF） を搭載しております。 http://tocos-wireless.com/jp/products/TWE-001Lite.html#TWE-001-1
ToFを試してみた 名古屋市北区 新川堤防（約600m） COORDINATOR TWE-Lite +単三x2 高さ1m END DEVICE ToCoStick + パソコン 高さ1m
試した結果 ✓ RSSIと比較して、ToFは精度が高い。
パケットスニファ パケットスニファ（パケットアナライザ）は無線通信 内容を解析するツールで… ツール上には、時系列に捕捉されたパケットが表示 されるため、どの無線モジュールがどの順序で電 波を出したかを記録できます。動作分析には必須 のツールです。 http://tocos-wireless.com/jp/tech/sniffer.html
パケットスニファ Jennic Sniffer IEEE802 .15.4 UART 1chのみ 192.168.100.2 UDP ToCoStick (TWE-Lite USB) Sniffer Server Loopback Adapter 192.168.100.1 UDP Wireshark
パケットスニファ Sniffer Server Wireshark
パケットスニファ Digi XBeeもキャプチャできた
ネットワークディスカバリー ネットワークディスカバリーツールは電波環境 （Site Survey：2.4GHz帯の各チャネルごとの簡易スペ アナ）やIEEE802.15.4、JenNet、ZigBee PROネットワー クの通信状況を観測するツールとして使用できます。 http://tocos-wireless.com/jp/products/evalkit3.html ✓ ネットワークディスカバ リーツールはキットに付 属の無線センサーノード （液晶付き）で動作し ます。
ネットワークディスカバリー （自作） 自作 IEEE802 .15.4 UART ToCoStick (TWE-Lite USB) ✓ 液晶不要
内蔵マイコンで制御可能 http://tocos-wireless.com/jp/products/TWE-001Lite.html#TWE-001-9 内蔵マイコンをプログラミングすることで、 １．無線通信の制御 ２．I/Oの制御 が可能！
プログラミング作業 雛形となるプログラムをコピー プログラムを改修 TWE-Liteに書き込み
雛形となるプログラム ✓ TWE-Zeroアプリ • 超簡単！TWEアプリ • シリアル通信専用アプリ • 無線タグ • リモコン通信専用アプリ • オーディオ・信号通信専用アプリ （App_TweLite） （App_Uart） （Samp_Monitor） （App_IO） （App_Audio） ✓ （分類不明） • メロディアプリケーション • 連続的にパケットを送るサンプル • I2C サンプル • パケットエラー測定ツール • PingPong サンプル • 上り下り送信を行う子機のデモ （App_Melody） （Samp_ContTx） （Samp_I2C） （Samp_PER） （Samp_PingPong） （Samp_Wayback）
TWE-Liteに書き込み 書込手順Ａ パソコン ToCoNet SDK Eclipse TWE-Programmer TWE-Lite R TWE-Lite DIP 書込手順Ｂ ちょっと した スイッチ TTL-232R-3V3 ちょっと した 配線 TWE-Lite 書込手順Ａ 書込手順Ａ： .binをD&Dするだけ 書込手順Ｂ： スイッチをゴニョしてから.binをD&D ToCoStick
TWE-Liteの中身 ← JN5164A+XTAL+α ↓ JN516x Block Diagram JN5164 … Flash 160kB RAM 32kB EEPROM 4kB
Software Architecture NXP’s API ToCoNet Library User Application Framework MAC Network Peripheral ToCoNet Networking IEEE802.15.4 Stack API Integrated Peripherals API Hardware http://www.nxp.com/documents/user_manual/JN-UG-3024.pdf ToCoNet_SDK_manual_201406.pdf
ToCoNet Framework Framework User Application 電源投入時コールバック関数 cbAppColdStart() スリープ復帰時コールバック関数 cbAppWarmStart() Framework ハードウェア割り込みハンドラ cbToCoNet_u8HwInt() 送信完了コールバック関数 cbToCoNet_vTxEvent() ネットワークイベントコールバック関数 cbToCoNet_vNwkEvent() ユーザ定義イベント処理関数 vProcessEvCore() ハードウェア割り込み遅延実行部 コールバック関数 cbToCoNet_vHwEvent() 受信コールバック関数 cbToCoNet_vRxEvent() メインループコールバック関数 cbToCoNet_vMain() ✓ イベント駆動型。 ✓ 予めコールバックする関数名が定 義されている。 ✓ 処理は、状態遷移でユーザー定義 イベント処理関数に実装する。 ✓ 電源ON • cdAppColdStart • cbAppWarmStart ✓ イベントハンドラ • vProcessEvCore ✓ 送信完了 • cbToCoNet_vTxEvent ✓ 受信 • cbToCoNet_vRxEvent
ToCoNet Framework Framework 送信完了コールバック関数 cbToCoNet_vTxEvent() ユーザ定義イベント処理関数 vProcessEvCore() STARTUP_COLD 初期化 STARTUP_WARM 初期化 GATHERING データ収集 ✓ STATE • STARTUP_COLD • GATHERING TX • … データ送信 ✓ EVENT • NEW_STATE • FINISH_TX_SUCCESS • … SLEEP スリープ
ToCoNet Framework 状態を定義 ユーザー定義イベント処理関数を実装 Framework 状態毎の処理を実装
ToCoNet Wireless MAC MAC層の開始 ToCoNet_vMacStart() 送信API ToCoNet_bMacTxReq() 送信完了コールバック関数 cbToCoNet_vTxEvent() ✓ Media Access Controlの略。 ✓ １対１の送受信。 受信コールバック関数 cbToCoNet_vRxEvent()
ToCoNet Wireless Network LayerTreeの設定 ToCoNet_NwkLyTr_psConfig() ネットワークの初期化 ToCoNet_Nwk_bInit() ネットワークを開始 ToCoNet_Nwk_bStart() 送信API ToCoNet_Nwk_bTx() 受信コールバック関数 cbToCoNet_vRxEvent() 送信完了コールバック関数 cbToCoNet_vTxEvent() ネットワークを中断 ToCoNet_Nwk_bPause() ネットワークを再開 ToCoNet_Nwk_bResume()
ToCoNet Peripheral Peripheral ToCoNet Library Peripheral Integrated Peripherals API SPI xAHI_SpiXxx() 2-Wire Serial xAHI_SiXxx() PWM/Timer xAHI_TimerXxx() UART serial.h serialInputMgr.h xAHI_UartXxx() DIO utils.h btnMgr.h xAHI_DioXxx() xAHI_DoXxx() ADC EEPROM xAHI_AdcXxx() eeprom_6x.h xAHI_XxxEEPROMxxx()
ToCoNet Peripheral Peripheral 製品によってピン配置が違う！ 十分注意が必要。
ToCoNet Peripheral Peripheral
参照すべきドキュメント Framework Network MAC Peripheral IEEE802.15.4 Stack API ToCoNet SDK マニュアル ToCoNet_SDK_manual_201406.pdf JN516x Integrated Peripherals API User Guide JN-UG-3087-JN516x-Integrated-Peripherals-API_1v1.pdf Integrated Peripherals API データシート TWE-Lite TWD-PDS-TWE001L-JP-1.30.pdf Data Sheet: JN516x IEEE802.15.4 Stack User Guide JN-DS-JN516x-1v3.pdf http://www.nxp.com/documents/user_manual/JN-UG-3024.pdf
Memory Footprint 参考 ↓ RAM 8K used ↑ Flash ROM 60K used
まとめ ✓ボタン電池による運用ができる。 ✓距離を飛ばすのは難しい。 ✓内蔵マイコンのプログラミングはコツがいる。 • フレームワーク • ピン配置 • 参照ドキュメント
おしまい