Xbee sans Arduino

Comme vous l'aurez remarqué dans mon article précédent, je me lance dans les montages électroniques, basés sur la platine Arduino et tout son écosystème.

Aujourd'hui je vous propose d'aller plus loin : nous allons voir comment établir une communication sans fil grâce aux modules radio Xbee. Le projet ici est de recevoir sur PC les mesures d'un capteur de température distant.

Matériel nécessaire

Module Xbee Série 2 (x2)	Carte interface	Adaptateur USB-miniUSB

Mon petit conseil pour l'achat de tout ceci est de commander sur le site Matlog : un revendeur français très bien équipé garantissant une livraison rapide.

Vous aurez également besoin du logiciel de configuration X-CTU fourni par Digi, fabricant des modules Xbee et d'un petit capteur de température (LM35 ici).

Principes

Les modules XBee permettent de créer des réseaux, du plus simple au plus complexe, Peer-to-peer ou maillé. Pour ce faire, ils peuvent être configurés pour jouer différents rôles : endpoint, routeur ou coordinateur (voici une bonne explication des différents rôles). Dans notre montage, nous allons avoir besoin d'un routeur (qui fera office d'endpoint) et d'un coordinateur.

Le montage

Avant de continuer, voici un aperçu du résultat :

Comme vous le voyez sur la première image, aucun micro-contrôleur n'est nécessaire. Nos deux modules radio communiquent directement et le routeur sera programmé pour envoyer à intervalles régulier la valeur du capteur de température. Le coordinateur est relié au PC directement via un câble USB et identifié par une petite pastille (par commodité). La seconde image montre en détail le montage : le fil blanc permet d'indiquer au module la valeur de référence du courant utilisé, afin qu'il puisse nous donner une valeur relative cohérente du signal reçu sur la broche 20 (première broche analogique du Xbee, fil rouge à droite). Le reste du câblage n'est que de l'alimentation par la pile 9V.

Configuration

L'étape la plus complexe. Nous allons voir comment attribuer chaque rôle aux modules et leur permettre de communiquer entre eux. Les XBee étant des modems radio, ils répondent à des commandes normalisées commençant par "AT". Je ne vais cependant pas m'étendre sur ce point dans cet article, mais plutôt utiliser un logiciel permettant de "masquer" ce niveau.

Commençons par le coordinateur. Une fois le premier module relié au PC, il faudra installer le driver, comme indiqué sur le site de Digi et lancer X-CTU :

Dans le permier onglet "PC Settings", il suffit de sélectionner la ligne correspondant au port COM sur lequel est branché notre XBee. Ensuite, dans l'onglet "Modem Configuration", choisir la configuration présentée : Modem XB24-ZB (pour les modules 2.4GHz Zigbee serie 2) et la dernière version du firmware. Cliquer ensuite sur Write pour envoyer cette première configuration au module.

Cliquer ensuite sur Read pour récupérer les valeurs par défaut définies par le module afin de pouvoir les ajuster à notre besoin. Pour faire simple, nous n'allons ici modifier que l'adresse du réseau (PAN ID ou ID) : n'importe quelle valeur aléatoire suffit. Cliquer de nouveau sur Write après modification pour mémoriser les changements.

Et voilà! Le point principal de notre réseau est configuré! Passons maintenant au routeur, qui va nous transmettre les informations du thermomètre. Même manipulation donc pour ce qui est du raccordement au PC et à la connexion dans X-CTU. Mais cette fois-ci, il faut indiquer la configuration suivante :

On affecte le même identifiant de réseau (ID) que le coordinateur (456) et les adresses de destination (DH et DL) correspondant à celles du coordinateur (0). La section "I/O settings" permet d'indiquer la gestion des entrées/sorties : ici nous choisissons de configurer le broche 20 (DI0) en entrée analogique (mode 2) ce qui donne DI02. Enfin, dans la sous-section "I/O sampling", nous définissons les intervalles de temps auxquels le routeur nous enverra des données : 12C en hexadécimal = 300 millisecondes.

Ensuite... Il ne reste plus qu'à rebrancher le tout! Tout devrait fonctionner. J'avoue tout de même qu'il m'a fallu pas mal d'heures de recherche pour réunir tous ces éléments. Si vous avez des soucis, n'hésitez pas à m'en parler en commentaire j'essaierai de vous aider.

Vous pouvez observer les données reçue via le Terminal de XCTU :

Je passe un peu sur l'analyse de la trame hexadécimale reçue (il y a des documents très complets sur le site de Digi à ce sujet) mais vous pouvez voir que la valeur entourée correspond à ce que nous envoie le capteur de température : D9 = 217. Selon la spécification de notre capteur LM35, pour trouver la valeur réelle de la température, il faut effectuer un calcul tout simple : 10mV par °C donc pour nous 217 / 10 = 21.7°C :D

Pour aller plus loin...

Ne nous arrêtons pas en si bon chemin! Comme vous l'avez vu, notre module capteur de température est autonome et alimenté par une pile. Même si les XBee sont assez peu énergivores, il faut tout de même rapidement penser à la gestion de l'énergie et à la réduction de leur consommation. Pour ce faire, ils disposent d'un mode veille qui augmente considérablement la durée d'utilisation des batteries.

Voici une brève description des différents modes :

• ATSM 0 : Pas de veille
• ATSM 1 : "pin wake mode" : la mise en veille ou le réveil sont gérées par l'alimentation ou l'extinction de la broche 9
• ATSM 2 et 3 : réservés, non utilisables
• ATSM 4 : Entrée et sortie de veille par intervalle de temps
• ATSM 5 : combinaison des 1 et 4

A ceci nous allons ajouter un temps défini pendant lequel le module restera allumé avant de retourner en veille (afin de garantir la transmission des paquets).

Dans notre exemple, nous allons paramétrer une veille de 10 secondes et un temps d'attente de 1,5 seconde. Ce qui nous donne dans XCTU :

• SM 4
• SP 3E8 (= 1000 multiplié par 10 = 10 secondes)
• ST 96 (= 150 multiplié par 10 = 1.5 seconde)

Et là... Il se peut que cela ne fonctionne pas! ;) En effet, à chaque sortie de veille, le routeur doit s'identifier de nouveau auprès du coordinateur (qui a considéré qu'au bout de quelques secondes de non réponse il ne faisait plus partie du réseau), ce qui prend normalement quelques secondes, impossible au vu de notre temps d'activité de 1.5 secondes. Pour y remédier, comme indiqué dans cet article, il faut modifier la configuration du coordinateur et augmenter les valeurs de SP et SN afin de couvrir les cycles de veille du routeur.

Cette fois notre matériel est prêt : nous recevons toutes les 10 secondes la température du module distant.

Et la cerise sur le gateau

Tout ceci est bien, mais il serait plus intéressant de recevoir ces informations dans un programme Java, afin de pouvoir s'en servir dans n'importe quel contexte. Pour cela, rien de plus simple : XBEE API. Quelques lignes de code plus tard :

import com.rapplogic.xbee.api.XBee;
import com.rapplogic.xbee.api.XBeeException;
import com.rapplogic.xbee.api.zigbee.ZNetRxIoSampleResponse;

public class TempRead {
 
 public static void main(String[] args) throws XBeeException {
  XBee xbee = new XBee();         
  xbee.open("COM6", 9600);
                          
  while (true) {
   ZNetRxIoSampleResponse ioSample = (ZNetRxIoSampleResponse) xbee.getResponse();
//      System.out.println("We received a sample from " + ioSample.getRemoteAddress16());     
      if (ioSample.containsAnalog()) {
          System.out.println("Temperature : " + ioSample.getAnalog0()/10.0);
      }
  }
 }

}

Ouf, enfin terminé! Avec cette API, nous sommes capables de savoir quel module nous a envoyé des données et de récupérer directement la valeur reçue sur la broche 20.

J'espère vous avoir donné assez d'éléments pour vous lancer de votre côté, bon courage!

Sources

• http://www.freakent.co.uk/2013/01/20/look-no-arduino-xbee-sensor-network/
• http://jeromeabel.net/ressources/xbee-arduino
• http://examples.digi.com/sensors/802-15-4-analog-input-with-a-potentiometer/
• https://www.loveelectronics.co.uk/Tutorials/7/xbee-tutorial-how-to-set-up-your-xbees

Fichier(s) joint(s) :

Jenuino : Jenkins is watching you

L'intégration continue c'est bien, mais l'Extreme Feedback c'est mieux! :)

Le but de cet article est d'attiser votre curiosité et vous montrer qu'il est assez simple de rendre certains outils plus fun! Nous allons voir comment fabriquer un "totem" nous affichant le résultat des builds programmés sur un serveur Jenkins. J'ai baptisé ce projet : JENUINO

Avant tout, un aperçu du résultat :

Build OK	Build en cours	Build KO

Comme vous pouvez le voir, ce totem se compose :

• D'un écran LCD affichant un petit message
• D'une lumière colorée selon l'état du build
• D'un bouton pour relancer un build

Mais qu'est-ce qui se cache dessous??... Et bien un Arduino!

Cette petite plateforme électronique OpenSource italienne permet de réaliser des montages en un tour de main, sans connaissance particulière en la matière.

Il sera relié au PC via un câble USB. Notre programme lui est configurable via une petite interface "maison" :

Et maintenant, on se lance!

Côté Java

Plusieurs éléments sont nécessaires pour accomplir ce montage : une librairie pour la communication via le port USB, l'API Jenkins pour accéder aux informations des projets et quelques éléments d'interface basiques.

Communication USB

Les ports USB étant des ports série (COM), nous allons utiliser la librairie RXTX. Elle se compose de deux éléments importants : le JAR bien sûr, mais également les librairies système (.dll sous Windows) permettant à la JVM d'utiliser les ports USB. Toutes les informations pour l'installation sont disponibles sur le site officiel. Ensuite, quelques lignes de code :

import gnu.io.CommPortIdentifier;
import gnu.io.SerialPort;
import gnu.io.SerialPortEvent;
import gnu.io.SerialPortEventListener;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;

public class SerialCom implements SerialPortEventListener {
 SerialPort serialPort;

 private BufferedReader input;
 private OutputStream output;
 private static final int TIME_OUT = 2000;
 private static final int DATA_RATE = 9600;

 public void initialize(String portId) {
  try {
   // open serial port, and use class name for the appName.
   serialPort = (SerialPort) CommPortIdentifier.getPortIdentifier(portId).open(this.getClass().getName(),
     TIME_OUT);

   // set port parameters
   serialPort.setSerialPortParams(DATA_RATE, SerialPort.DATABITS_8,
     SerialPort.STOPBITS_1, SerialPort.PARITY_NONE);

   // open the streams
   input = new BufferedReader(new InputStreamReader(
     serialPort.getInputStream()));
   output = serialPort.getOutputStream();

   // add event listeners
   serialPort.addEventListener(this);
   serialPort.notifyOnDataAvailable(true);
  } catch (Exception e) {
   System.err.println(e.toString());
  }
 }

 /**
  * This should be called when you stop using the port. This will prevent
  * port locking on platforms like Linux.
  */
 public synchronized void close() {
  if (serialPort != null) {
   serialPort.removeEventListener();
   serialPort.close();
  }
 }

 /**
  * Handle an event on the serial port. Read the data and print it.
  */
 public synchronized void serialEvent(SerialPortEvent oEvent) {
  if (oEvent.getEventType() == SerialPortEvent.DATA_AVAILABLE) {
   try {
    int inputLine = input.read();
    // flush com data
    input.ready();
   } catch (Exception e) {
    System.err.println(e.toString());
   }
  }
 }
}

La méthode initialize utilise le nom du port ("COM5" par exemple) pour initialiser les flux entrants et sortants, selon le débit DATA_RATE (9600 kbps par défaut pour l'USB). Cette classe est également capable de réagir aux évènements entrants grâce à l'interface SerialPortEventListener.

Lors du premier lancement, il se peut que vous soyez confrontés à l'erreur :

java.lang.UnsatisfiedLinkError: no rxtxSerial in java.library.path thrown while loading gnu.io.RXTXCommDriver
Exception in thread "main" java.lang.UnsatisfiedLinkError: no rxtxSerial in java.library.path
 at java.lang.ClassLoader.loadLibrary(ClassLoader.java:1860)
 at java.lang.Runtime.loadLibrary0(Runtime.java:845)
 at java.lang.System.loadLibrary(System.java:1084)

Cela signifie (sous Windows) qu'il faut copier "rxtxSerial.dll" sous JAVA_HOME/jre/bin. Il sera également nécessaire d'installer le driver Arduino, comme expliqué sur cette page.

Ensuite, il suffira de lire ou d'écrire dans les Stream de la même manière que pour l'écriture/lecture de fichier ou quelconque autre opération basique en Java.

L'interface de configuration

Je ne vais pas m'attarder sur ce point, car il ne s'agit que d'un exemple, basé sur :

• java.awt.SystemTray : pour ajouter l'icône et son menu contextuel dans la zone de notifications
• java.util.Timer : pour mettre en place une tâche de fond qui interroge à intervalles réguliers le serveur Jenkins et met à jour le totem

L'API Jenkins

Jenkins fournit la possibilité d'accéder et de manipuler les jobs via JSON et/ou XML et une API relativement simple. Voici donc un client Jenkins en quelque lignes :

import java.io.InputStream;
import java.net.URL;
import java.net.URLConnection;
import java.util.List;

import org.dom4j.Document;
import org.dom4j.Element;
import org.dom4j.io.SAXReader;

public class JenkinsClient {
 
 private final String API_URL = "api/xml";
 private String serverURL;
 private String job;
 
 public JenkinsClient(String url, String jobName) {
  if(url==null) {
   serverURL = "http://localhost:8080/jenkins/";
  } else {
   serverURL = url;
  }
  job = jobName;
 }

 public BuildState findLastBuildState() throws Exception {
  BuildState state = null;
  // every Hudson model object exposes the .../api/xml
  URL url = new URL(serverURL+"job/"+job+"/lastBuild/"+API_URL);
  
  // read it into DOM.
  Document dom = new SAXReader().read(url);
  
  String elementresult = dom.getRootElement().elementText("result");
  if(elementresult!=null) {
   state = BuildState.fromValue(elementresult.toString());
  } else if(dom.getRootElement().elementText("building")!=null) {
   state = BuildState.fromValue("building");
  }
  return state;
 }
 
 public boolean jobExists() {
  boolean exists = false;
  try {
   // every Hudson model object exposes the .../api/xml
   URL url = new URL(serverURL+API_URL);
   
   // read it into DOM.
   Document dom = new SAXReader().read(url);
   
   // scan through the job list and print its status
   for (Element jobElt : (List) dom.getRootElement().elements("job")) {
    exists |= jobElt.elementText("name").equals(job);
   }
  } catch (Exception e) {
   e.printStackTrace();
  }
  return exists;
 }
 
 public void triggerBuild() {
  try {
   URL url = new URL(serverURL+"job/"+job+"/build");
   URLConnection conn = url.openConnection();
   InputStream is = conn.getInputStream();
  } catch (Exception e) {
   e.printStackTrace();
  }
 }
}

Avec ceci, nous serons capables de vérifier l'existence d'un projet sur le serveur, de récupérer l'état du dernier build et en déclencher de nouveaux.

Côté Arduino

Pour cette seconde étape, il faut réaliser le montage électronique et programmer le micro-controlleur de la plateforme afin de réagir à nos évènements via le port USB.

Hardware

Ci-dessous un schéma expliquant l'exemple de mon montage :

Inspiré par les montages publiés sur le net, celui-ci est bien moins complexe qu'il n'en a l'air. La présence de la platine d'essai au centre est justifiée par le fait que ce montage n'est que temporaire et il est généralement plus simple d'utiliser ce système que de vouloir raccorder directement les composants entre eux, surtout lorsqu'il faut gérer la "stabilité" sans soudure...

Alors un peu de dextérité et d'ingéniosité, et le tour est joué!

Software

Au niveau logiciel, Arduino se base sur le langage Processing, proche du C mais basé sur un environnement Java, donc très facilement accessible. Un programme de base se compose de deux méthodes clés :

• setup() : appelée au démarrage de la plateforme (mise sous tension) pour configurer et initialiser le programme.
• loop() : appelée en boucle et en permanence tout au long de l'exécution.

Voici un bref aperçu de l'environnement de développement, tout aussi simple que le langage :

Mon but ici étant simplement de piquer votre curiosité, je ne vais pas m'étendre plus sur la présentation du langage et de l'environnement, tout ceci étant très facile à trouver et très bien expliqué sur les sites français ou anglais officiels. Je vous invite tout de même à prendre quelques minutes pour regarder cette vidéo de présentation du projet Arduino par un de ses fondateurs. Je suis sûr que cela vous donnera envie!

Pour ceux que cela intéresse, mon projet est disponible sur Sourceforge : Jenuino

Enfin, si vous voulez vous lancer, pour ce qui est de l'achat du matériel je vous conseil le site Deal Extreme, proposant des kits de démarrage assez complets et a bon prix (attention tout de même aux délais de livraison qui peuvent être longs).

Fichier(s) joint(s) :