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12 dic 15 Attiny85: módulo RF a 433 MHz, modo de bajo consumo, y cómo despertarlo con interrupciones

Hace ya bastante tiempo escribí algo acerca de un sistema de riego controlado por WhatsApp que estuve desarrollando. Se basaba en el uso de una Raspberry Pi que actuaba como cerebro del sistema de riego y de comunicaciones, permitiendo el control de todo el sistema mediante mensajería por WhatsApp. La Raspberry, a su vez, se comunicaba con los los relojes de riego mediante módulos de radiofrecuencia a 433 MHz, un sistema de comunicación barato y razonablemente efectivo. En el otro lado, como se comentó en su momento, la válvula de riego se controlaba con un chip Attiny85, programado mediante Arduino.

Como se vio en su momento, el sistema funcionaba razonablemente bien. Sin embargo, varios problemas me llevaron a un callejón sin salida. El principal de ellos, y del que hablaremos hoy, era el consumo del receptor Attiny85. Sobre el papel es un sistema de muy bajo consumo, óptimo para este tipo de funciones. Sin embargo, el sistema de control de la válvula de riego no dejaba demasiado espacio para una batería, así que la alimentación disponible era, como poco, reducida. Pronto se demostró el que el Attiny con el sistema de radiofrecuenca devoraba la batería. Ésta apenas duraba unas 48-72 horas. Y esto, en un sistema que se supone que ha de ser autónomo y con un bajo mantenimiento, era sencillamente inaceptable, sobre todo si lo comparamos con relojes de riego de jardón convencionales, que con un par de pilas AA o una pila cuadrada de 9v pueden funcionar de manera ininterrupida durante meses.

Probé varias soluciones, desde el uso inicial de una batería recargable de 9v hasta el uso de un panel solar con una batería de móvil incorporada. Éste último caso consiguió producir mejoras, llegando el sistema a funcionar durante una semana de manera ininterrumpida. Pero en cualquier caso, no era una gran mejora. Tocaba afrontar el problema de base: un exceso de consumo.

Batería cuadrada de 9v y panel solar con regulador

Batería cuadrada de 9v y panel solar con regulador

En efecto, el problema estaba provocado por un exceso de consumo. Tal y como estaba diseñado, el sistema estaba permanentemente a la escucha de señales por RF, en un bucle sin fin, dado que la señal de encender o apagar la válvula de riego podía darse en cualquier momento. Esta aproximación era, como poco, inadecuada desde el punto de vista del consumo.

Para mejorar esto, probé varias alternativas: desde emitir sólo en determinadas ventanas de tiempo, hasta desconectar la alimentación al módulo de radiofrencuencia y activarlo sólo durante varios segundos cada minuto. Opciones bastante malas, la verdad, ya que se basaban en la precisión de un reloj interno que, como es conocido, no es un prodigio de la precisión.

Otra posibilidad hubiera podido ser un método en el que el Attiny consultara a la Raspberry si había algún comando por ejecutar. Pero por desgracia, los módulos RF de 433 MHz son unidireccionales, por lo que hubiera sido preciso incorporar un emisor al Attiny y un receptor a la Raspberry, complicando de manera innecesaria todo el sistema. Finalmente, la solución vino de mano de dos elementos presentes en el Attiny. El modo sleep y el uso de interrupciones.

El Attiny85 dispone de varios modos de bajo consumo (sleep mode) que sirven para reducir el consumo del chip cuando está a la espera de algún evento. En el caso del Attiny85, puede reducir el consumo hasta en un 90%. Pero no se trataba sólo de dormir al chip, sino de ser capaz de despertarlo cuando se recibiera una recepción de datos en el módulo de RF. Y para ello, nos encontramos con las interrupciones.

Las interrupciones son eventos que provocan un cambio en el estado de reposo o ejecución de un programa -en este caso, un programa cargado en el Attiny85-. Hay interrupciones tanto hardware como software, siendo las hardware las provocadas por un evento externo al programa en sí. Dentro de las interrupciones hardware, en el caso de Arduino, podemos distinguir las interrupciones Externas, y las provocadas por un Cambio en el Pin. El nombre es un poco confuso, pues ambas son externas al chip en sí, pero mientras las Externas están limitadas a un número concreto de patillas en el chip, las de Cambio en Pin pueden ocurrir en cualquiera de las patillas. En el caso concreto del Attiny85, las Externas sólo se producen en el Pin2 (INT0, patilla 7), mientras que las de Cambio en Chip se pueden producir en cualquier otra patilla.

De hecho, es factible despertar al Attiny85 del modo de bajo consumo mediante el uso de interrupciones. En el caso concreto del artículo enlazado, se usa el Pin3 (patilla 7) -luego se usa el modo de Cambio de Pin- para despertar al chip del modo de bajo consumo, como he podido comprobar personalmente (el ejemplo se basa en el uso de un botón conectado a 5v). Sin embargo, a la hora de probarlo con el módulo de RF a 433 MHz el sistema no funcionaba. No era capaz de realizar cambios en el sistema.

A modo de recordatorio, el sistema de control de la válvula consiste básicamente en un relé que activa o desactiva la válvula en función del tiempo que se desea mantener activo el riego. Este relé está controlado por una de las patillas del Attiny, protegida mediante un optoacoplador.

Tras varias pruebas, pude averiguar que el problema estaba causado por una particularidad en el receptor del módulo RF. Sólo he sido capaz de hacerlo comunicar con el chip Attiny a través del del pin de Interrupción Externa (Pin2, INT0), por lo que el ejemplo referenciado anteriormente no resultaba válido. En mi caso, ha sido necesario hacer uso de la patilla INT0:

#include
#include
#include

RCSwitch mySwitch = RCSwitch();
const int rele = 4;
const int dataPin = 0; //INT0, PCINT2
void setup() {
pinMode(dataPin, INPUT);
digitalWrite(dataPin, HIGH);
pinMode(rele, INPUT);
mySwitch.enableReceive(dataPin);

// Flash quick sequence so we know setup has started
for (int k = 0; k < 10; k = k + 1) {
if (k % 2 == 0) {
pinMode(rele, OUTPUT);
}
else {
pinMode(rele, INPUT);
}
delay(250);
} // for
}

void sleep() {

GIMSK |= _BV(PCIE); // Enable Pin Change Interrupts
PCMSK |= _BV(PCINT2); // Use PB3 as interrupt pin
ADCSRA &= ~_BV(ADEN); // ADC off
set_sleep_mode(SLEEP_MODE_PWR_DOWN); // replaces above statement

sleep_enable(); // Sets the Sleep Enable bit in the MCUCR Register (SE BIT)
sei(); // Enable interrupts
sleep_cpu(); // sleep

cli(); // Disable interrupts
PCMSK &= ~_BV(PCINT2); // Turn off PB2 as interrupt pin
sleep_disable(); // Clear SE bit
ADCSRA |= _BV(ADEN); // ADC on

sei(); // Enable interrupts
} // sleep

ISR(PCINT0_vect) {
// This is called when the interrupt occurs, but I don't need to do anything in it
}

void loop() {

if (mySwitch.available()) {

sleep();
int value = mySwitch.getReceivedValue();

if (value == 0) {
// Serial.print("Unknown encoding");
} else {

pinMode(rele,OUTPUT);
delay(10000);
pinMode(rele,INPUT);
}
mySwitch.resetAvailable();
}
}

(Explicación rápida del ejemplo: Se declaran INT0 como receptor de RF, y el Pin4 como control del relé. Se realiza un ciclo de encendido y apagado del relé al inicio para mostrar que el programa ha iniciado, se declara la interrupción del modo de bajo consumo con INT0, y se pasa al bucle principal. Se espera a una interrupción, se comprueba que la señal RF recibida es correcta, y se enciende el relé durante 10 segundos)

Resultado: ¡éxito! No sólo el sistema funciona, sino que he podido comprobar una gran mejora en el consumo del sistema. Durante la fase activa del programa, en la que el relé está activo y se ha recibido la señal de radiofrecuencia, todo el sistema consume unos 9 mA. Cuando está en modo de bajo consumo, a la espera de recibir la señal, baja a niveles inferiores a 1 mA.

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