XBee Arduino - Jérôme Abel

XBee Arduino
Jérôme Abel
Jan 21, 2013
Quand il s’agit de concevoir des systèmes embarqués, interactifs ou bien quand des objets doivent communiquer
entre eux, plusieurs solutions sont possibles. Nous explorerons ici le protocole Zigbee qui permet de communiquer
par ondes radio, c’est-à-dire sans fil. Je m’efforcerais dans un premier temps de présenter les caractéristiques de
ce protocole et d’éviter certaines confusions (partie 1). Ensuite je présenterais des cas pratiques avec et sans la
carte Arduino (parties 3 et 4). Pour en savoir plus sur la carte Arduino, vous pouvez consulter ma page Arduino.
À noter que ces cas pratiques ne concernent pour l’instant (01/2013) que la série 1 du module XBee.
Nous aborderons des domaines variés faisant appel à des notions plus ou moins avancées en réseaux in-
formatiques. Loin d’être un obstacle, ce sera l’occasion d’apporter quelques éléments de compréhension dans
l’apprentissage classique des systèmes informatiques (partie 2).
N’hésitez pas à me faire part de vos remarques pour améliorer ce document, rectifier certaines erreurs sur la
page contact.
–PDF :xbee-arduino.pdf (4.7M0)
–SOURCES :./ressources/xbee-arduino (images, textes, codes, schémas)
–URL :http ://jeromeabel.net/ressources/xbee-arduino
–LICENCE : GNU/GPLv3
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Table des matières
1 Présentation du XBee 3
1.1 Applications ................................................ 3
1.2 Pourquoi choisir le sans fil ? ....................................... 5
1.3 Xbee ou Zigbee ? ............................................. 6
1.4 ZigBee et 802.15 ............................................. 7
1.5 Séries 1 et 2 ? ............................................... 7
1.6 Antennes ................................................. 9
1.7 Communication avec l’ordinateur .................................... 9
1.8 Alimentation ............................................... 10
1.9 Matériel nécessaire ............................................ 11
2 Notions de réseaux 13
2.1 Protocoles de communication ...................................... 13
2.2 Communication série ........................................... 16
2.2.1 Duplex / transceiver ....................................... 16
2.2.2 Liaison série / parallèle ..................................... 17
2.2.3 Synchrone / asynchrone ..................................... 18
2.2.4 Baud / bits par seconde ..................................... 19
2.2.5 Norme RS 232 .......................................... 20
2.3 Réseaux sans fils ............................................. 20
3 Configuration 24
3.1 Montage .................................................. 24
3.2 Connaître son matériel .......................................... 24
3.3 Terminal .................................................. 25
3.4 Modes ................................................... 26
3.5 Commandes AT .............................................. 26
3.6 Adressage ................................................. 27
3.7 Entrées / sorties ............................................. 27
3.8 Mode API ................................................. 29
4 Montages 30
4.1 XBee >XBee ............................................... 30
4.2 XBee >XBee/ordinateur ........................................ 31
4.3 XBee/Arduino >XBee/ordinateur ................................... 32
4.4 XBee/Arduino >XBee/Arduino .................................... 33
5 Ressources 36
5.1 Livres ................................................... 36
5.2 Manuels et références ........................................... 36
5.3 Téléchargements ............................................. 36
5.4 Sites .................................................... 36
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1 Présentation du XBee
Les produits MaxStream XBee™sont des modules de communication sans fil très populaires fabriqués par
l’entreprise Digi International. Ils ont été certifiés par la communauté industrielle ZigBee Alliance en 2006 après
le rachat de MaxStream par Digi International. La certification Zigbee se base sur le standard IEEE 802.15.4 qui
définit les fonctionnalités et spécifications des réseaux sans fil à dimension personnelle (Wireless Personal Area
Networks : WPANs). Nous verrons plus loin chacun des termes qui peuvent poser problème.
Les principales caractéristiques du XBee :
– fréquence porteuse : 2.4Ghz
– portées variées : assez faible pour les XBee 1 et 2 (10 - 100m), grande pour le XBee Pro (1000m)
– faible débit : 250kbps
– faible consommation : 3.3V @ 50mA
– entrées/sorties : 6 10-bit ADC input pins, 8 digital IO pins
– sécurité : communication fiable avec une clé de chiffrement de 128-bits
– faible coût : ˜ 25€
– simplicité d’utilisation : communication via le port série
– ensemble de commandes AT et API
– flexibilité du réseau : sa capacité à faire face à un nœud hors service ou à intégrer de nouveaux nœuds
rapidement
– grand nombre de nœuds dans le réseau : 65000
– topologies de réseaux variées : maillé, point à point, point à multipoint
1.1 Applications
Le ZigBee semble avoir été conçu pour réaliser ce qu’on appelle l’Internet des objets, un ensemble d’objets
communiquants voir "autonomes", une extension d’Internet aux objets physiques. La domotique est l’exemple le
plus parlant.
S’en entrer dans les détails car ce n’est pas le propos ici, la vision d’un monde où tout doit être connecté, du
frigo aux enfants, se rapproche pour ma part plus du cauchemar que du rêve. Les technologies de communication
sont aussi utilisées par des groupes mercantiles et cyniques qui ne cessent de faire reculer la démocratie. Voir à
ce propos le chapitre "Intrusion" page 53 de ma présentation sur la vie des objets.
Heureusement, des artistes s’approprient ces technologies et les utilisent à des fins plus poétiques.
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Ici un couple d’oiseaux de papier communiquent ensemble. Quand l’un est manipulé, l’autre s’allume (Jie Qi
messenger).
Dans Robotics drums, des servo-moteurs contrôlés à distance tapent sur 18 percussions Darbukas pour créer
des rythmes inédits dans la ville.
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Une autre application peut s’avérer très utile : programmer à distance une carte Arduino. En effet, d’habitude
on relie sa carte avec câble USB, mais comment faire quand la carte est située à trois mètres de hauteur comme
c’est le cas dans mon projet Chimères Orchestra ? La programmation à distance est donc la solution : programming
Arduino Wirelessly.
1.2 Pourquoi choisir le sans fil ?
À première vue, le sans fil présente bien des avantages. Il permet de ne pas encombrer un espace de travail,
d’équiper des appareils mouvants, de communiquer dans des endroits innacessibles. Cependant, il faut aussi
prendre en considération d’autres paramètres :
– La communication sans fil ne sera jamais aussi fiable qu’une communication filaire. Le signal peut être
déformé par d’autres ondes et par des obstacles.
– Par conséquent, commencez toujours à tester votre système avec une communication filaire.
– À moins de récupérer l’énergie des ondes électromagnétiques ambiantes (Free Energy), vous aurez toujours
besoin d’un fil pour alimenter votre module.
– L’environnement semble aujourd’hui saturé d’ondes électromagnétiques, on parle de pollution électroma-
gnétique. Le XBee génère des radiations électromagnétiques alors pourquoi en rajouter ?
– La communication n’est pas 1-1 entre l’émetteur et le récepteur. En effet les ondes radio rayonnent en cercle
autour de l’émetteur. Seuls les appareils décryptant le bon protocole peuvent différencier les informations
provenant d’un module Zigbee, d’un module Bluetooth ou de routeurs Wi-Fi, pourtant tous modulés par
la même fréquence de 2,4Ghz.
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