Sim800l согласование уровней ттл

Sim800l согласование уровней ттл

О правильном подключении GSM модема SIM800L или по чему не работает модем с Arduino.

Особенности SIM800:

  • Четырехдиапазонный GSM/GPRS модуль, 850/900/1800/1900 МГц
  • В зависимости от версии модема, интерфейс USB для обновления программного обеспечения, UART, FM-radio, Bluetooth, PCM
  • Управление AT командами
  • Встроенный стек TCP/IP, UDP/IP, Протоколы HTTP, FTP, Email, PING, MMC
  • Определение местоположения по базовым станциям.
  • Декодирование и формирование DTMF-тонов
  • Воспроизведение аудиофайлов локально и в сторону удаленного абонента

800 серия или что означает буква в конце:

Не только тип корпуса, хотя это основное различие. SIM800A, как и SIM800F, электрически совместим с популярным, но уже снятым с производства SIM900 и предназначен для его замены, SIM800C выполнен в корпусе с возможностью ручного монтажа, LGA монтаж, имеет на борту bluetooth, SIM800L для поверхностного монтажа и имеет на борту FM радио. Программно они полностью совместимы.

Как подключить к Arduino:

Питание:

Диапазон напряжение питания SIM800 (не китайского модуля на SIM800, а модема) составляет от 3,4 до 4,4 В. Рекомендуемое напряжение 4,0 В. Модем рассчитан на батарейное питание от одной Li-Ion банки, напряжение 5 вольт не допустимого, попытки запитать модем от 5 вольт приводит к тому, что модем выключается (уходит в защиту).

Источник питания должен обеспечивать достаточный ток, не менее 2А. Потребляемый ток модема зависит от режима его работы, максимальный пик потребления происходит при включении модуля и соединении с базовой станцией. На вход VBAT настоятельно рекомендуется подключать конденсатор большей емкости с низкий ESR. Потребление электричества не линейное, происходит короткими импульсами, в эти моменты важно не допустить проседания напряжения питания ниже 3,0 В.

В документации на модем, для получения заветных 4,0 вольт, рекомендуют использовать линейный стабилизатор с низким падением напряжения MIC29302 либо более распространенный DC-DC преобразователь LM2596, схема включения выше. Подойдет и MP1584EN, главное напряжение в приделах от 3,4 до 4,4 В и достаточный запас мощности. Плохая идея брать питание от USB, либо выхода 5 вольт ардуино, в этом случаи добиться стабильной работы модема, будет практически не возможно.

Логические уровни и UART:

Как и питание, у модема не стандартный логический уровень 2,8 В, что добавляет веселья. При попытки подключить что либо к 5 или 3,3 вольтовой логике, модем выключается.

Включение модема и PWRKEY:

Например чтобы включить модем, необходимо на ногу PWRKEY модема подать логический 0, тоесть соединить с массой.

В документации предлагают использовать транзисторный ключ, чтобы избежать возможность попадания высокого для модема напряжение 5 вольт на вход.

На китайских модулях о согласовании уровней не заботятся, часто выход PWRKEY выводят на колодку без транзистора, либо соединятся с массой на самом модуле, в этом случаи модуль включается при подачи питания, что не является верным и лишает возможности программного управления питанием модема с микроконтроллера.

Временные интервалы включения показаны на графике выше, включать модуль ногой PWRKEY следует по прошествии 0,5 секунд после подачи питания на ноги VBAT, а добиться ответа на команды по UART, можно не раньше трех секунд после включения.

Выходы TX и RX также должны быть согласованны, подключение модема к 5 вольтовой ардуино без согласования может вывести его из строя, хотя обычно модем поругавшись на «овервольтаж» выключится.

Один из вариантов согласования из документации, обратите внимание на выход VDD_EXT, на этом выходе модем формирует напряжение 2,8 вольт, предназначенное для периферийных устройств.

Другой вариант, рекомендуемый для 5 вольтовых уровней, конвертировать при помощи транзисторов, схема включения аналогична дешевым китайским конвертерам в виде модулей для ардуино.

Подобным решением можно воспользоваться только при проектировании устройств на SIM800, т.е. не используя готовые китайские модули для ардуино, на которых не озаботились вывести выход VDD_EXT на колодку.

Согласовать уровни можно делителем напряжения на двух резисторах, в этом случаи не понадобятся дополнительные напряжения и выход VDD_EXT, но данный способ увеличивает нагрузку на порт и может не стабильно работать на высоких скоростях UART интерфейса.

Правильным решением будет использовать модули с уже установленным на плате конвертером логических уровней, но про разновидности модулей ниже.

Разновидности китайских модулей:

Модуль на SIM800C с минимальной обвязкой. Отсутствует конвертер уровней UART интерфейса, фильтры, стабилизатор питания. Самый популярный, дешевый и малогабаритный.

Аналогичный китайский модуль на SIM800L

Этот модуль уже поинтереснее, есть конвертер уровней (на плате два транзистора 2n7002) два включенных последовательно диода, чтобы снизить напряжение питания 5 вольт до положенных модему 4.2 вольта, решение сомнительное но самое дешевое. Выведена нога для антенны встроенного bluetooth. Все еще отсутствуют фильтры в аналоговой части

Существует аналогичный модуль с тойже распиновкой, но за место конвертера уровней, стоит стабилизатор напряжения питания на DC-DC преобразователе MP1584EN. Странное решение.

Этот мало чем отличается от модулей выше, есть конвертер уровней, есть два диода чтобы снизить напряжение питания 5 вольт до положенных модему 4.2 вольта, к сожелению отсутствуют голосовые функции! возможно будет удобней в подключении, есть крепежные отверстия.

Вот, это уже чтото… Линейный стабилизатор напряжения питания MIC29302, конвертер логических уровней, на плате bluetooth антенна и SMA разъем для GSM антенны, Отсутствуют фильтры на аналоговой части.

Shield от Keystudio, вот это то как должно быть, есть возможность использовать внешнее питание и питание от ардуино, линейный стабилизатор питания MIC29302, фильтры в аналоговой части и джек для подключения гарнитуры, ионистор для часов, вывели даже USB. Один недостаток, цена…

Все таки как подключать к Arduino:

А что подключать и к чему? разновидностей модулей десятки, версий ардуино плат тоже. Я не рекомендую использовать плату Arduino UNO, как и любую другую с ATmega328, совместно с библиотекой SoftwareSerial для работы с модемом, возможно данная связка подойдет для проверки работы модема и отладки, но в устройствах стабильной работы добиться практически не возможно.

Читайте также:  Vk music downloader online

Модем общается с микроконтроллерам по средствам UART интерфейса, на UNO единственный аппаратный UART отдан для перепрошивки платы и «монитор порта», это принуждает использовать библиотеку SoftwareSerial.h которая не может нормально переварить поток с модема. Правильным решением будет использовать плату с несколькими аппаратными UART интерфейсами, например Arduino Leonardo, Arduino Mega.

В случаи с Arduino Leonardo и аппаратным UART:

Не простой случай с дешевым модулем на SIM800L, тут нужен отдельный стабилизатор напряжения питания на 4,0 В, нужно согласовывать логические уровни с ардуино при помощи резистивного делителя напряжения, ибо по другому согласовать не получится.

Чуть проще с подобными модулями, где конвертер уровней установлен на плате. Только не забываем дать питание и для конвертера.

Управление модемом:

Общение с модемом происходит при помощи АТ команд, в модем отправляется команда в текстовом виде, а после выполнения команды модем возвращает ответ, самая простая команда «AT» ответ на нее «OK«, служит для проверки соединения с модемом. Список всех доступных команд и возможных ответов можно посмотреть в документации на модем.

Для управления модемом через «монитор порта» в ардуинку нужно залить пример, который транслирует данные из «монитора порта» в UART к которому подключен модем. Убедитесь в правильной скорости UART интерфейса, в настройках модема, скорость порта может отличатся от 9600.

О правильном подключении GSM модема SIM800L или по чему не работает модем с Arduino.

Особенности SIM800:

  • Четырехдиапазонный GSM/GPRS модуль, 850/900/1800/1900 МГц
  • В зависимости от версии модема, интерфейс USB для обновления программного обеспечения, UART, FM-radio, Bluetooth, PCM
  • Управление AT командами
  • Встроенный стек TCP/IP, UDP/IP, Протоколы HTTP, FTP, Email, PING, MMC
  • Определение местоположения по базовым станциям.
  • Декодирование и формирование DTMF-тонов
  • Воспроизведение аудиофайлов локально и в сторону удаленного абонента

800 серия или что означает буква в конце:

Не только тип корпуса, хотя это основное различие. SIM800A, как и SIM800F, электрически совместим с популярным, но уже снятым с производства SIM900 и предназначен для его замены, SIM800C выполнен в корпусе с возможностью ручного монтажа, LGA монтаж, имеет на борту bluetooth, SIM800L для поверхностного монтажа и имеет на борту FM радио. Программно они полностью совместимы.

Как подключить к Arduino:

Питание:

Диапазон напряжение питания SIM800 (не китайского модуля на SIM800, а модема) составляет от 3,4 до 4,4 В. Рекомендуемое напряжение 4,0 В. Модем рассчитан на батарейное питание от одной Li-Ion банки, напряжение 5 вольт не допустимого, попытки запитать модем от 5 вольт приводит к тому, что модем выключается (уходит в защиту).

Источник питания должен обеспечивать достаточный ток, не менее 2А. Потребляемый ток модема зависит от режима его работы, максимальный пик потребления происходит при включении модуля и соединении с базовой станцией. На вход VBAT настоятельно рекомендуется подключать конденсатор большей емкости с низкий ESR. Потребление электричества не линейное, происходит короткими импульсами, в эти моменты важно не допустить проседания напряжения питания ниже 3,0 В.

В документации на модем, для получения заветных 4,0 вольт, рекомендуют использовать линейный стабилизатор с низким падением напряжения MIC29302 либо более распространенный DC-DC преобразователь LM2596, схема включения выше. Подойдет и MP1584EN, главное напряжение в приделах от 3,4 до 4,4 В и достаточный запас мощности. Плохая идея брать питание от USB, либо выхода 5 вольт ардуино, в этом случаи добиться стабильной работы модема, будет практически не возможно.

Логические уровни и UART:

Как и питание, у модема не стандартный логический уровень 2,8 В, что добавляет веселья. При попытки подключить что либо к 5 или 3,3 вольтовой логике, модем выключается.

Включение модема и PWRKEY:

Например чтобы включить модем, необходимо на ногу PWRKEY модема подать логический 0, тоесть соединить с массой.

В документации предлагают использовать транзисторный ключ, чтобы избежать возможность попадания высокого для модема напряжение 5 вольт на вход.

На китайских модулях о согласовании уровней не заботятся, часто выход PWRKEY выводят на колодку без транзистора, либо соединятся с массой на самом модуле, в этом случаи модуль включается при подачи питания, что не является верным и лишает возможности программного управления питанием модема с микроконтроллера.

Временные интервалы включения показаны на графике выше, включать модуль ногой PWRKEY следует по прошествии 0,5 секунд после подачи питания на ноги VBAT, а добиться ответа на команды по UART, можно не раньше трех секунд после включения.

Выходы TX и RX также должны быть согласованны, подключение модема к 5 вольтовой ардуино без согласования может вывести его из строя, хотя обычно модем поругавшись на «овервольтаж» выключится.

Один из вариантов согласования из документации, обратите внимание на выход VDD_EXT, на этом выходе модем формирует напряжение 2,8 вольт, предназначенное для периферийных устройств.

Другой вариант, рекомендуемый для 5 вольтовых уровней, конвертировать при помощи транзисторов, схема включения аналогична дешевым китайским конвертерам в виде модулей для ардуино.

Подобным решением можно воспользоваться только при проектировании устройств на SIM800, т.е. не используя готовые китайские модули для ардуино, на которых не озаботились вывести выход VDD_EXT на колодку.

Согласовать уровни можно делителем напряжения на двух резисторах, в этом случаи не понадобятся дополнительные напряжения и выход VDD_EXT, но данный способ увеличивает нагрузку на порт и может не стабильно работать на высоких скоростях UART интерфейса.

Читайте также:  13 Район актеры фото

Правильным решением будет использовать модули с уже установленным на плате конвертером логических уровней, но про разновидности модулей ниже.

Разновидности китайских модулей:

Модуль на SIM800C с минимальной обвязкой. Отсутствует конвертер уровней UART интерфейса, фильтры, стабилизатор питания. Самый популярный, дешевый и малогабаритный.

Аналогичный китайский модуль на SIM800L

Этот модуль уже поинтереснее, есть конвертер уровней (на плате два транзистора 2n7002) два включенных последовательно диода, чтобы снизить напряжение питания 5 вольт до положенных модему 4.2 вольта, решение сомнительное но самое дешевое. Выведена нога для антенны встроенного bluetooth. Все еще отсутствуют фильтры в аналоговой части

Существует аналогичный модуль с тойже распиновкой, но за место конвертера уровней, стоит стабилизатор напряжения питания на DC-DC преобразователе MP1584EN. Странное решение.

Этот мало чем отличается от модулей выше, есть конвертер уровней, есть два диода чтобы снизить напряжение питания 5 вольт до положенных модему 4.2 вольта, к сожелению отсутствуют голосовые функции! возможно будет удобней в подключении, есть крепежные отверстия.

Вот, это уже чтото… Линейный стабилизатор напряжения питания MIC29302, конвертер логических уровней, на плате bluetooth антенна и SMA разъем для GSM антенны, Отсутствуют фильтры на аналоговой части.

Shield от Keystudio, вот это то как должно быть, есть возможность использовать внешнее питание и питание от ардуино, линейный стабилизатор питания MIC29302, фильтры в аналоговой части и джек для подключения гарнитуры, ионистор для часов, вывели даже USB. Один недостаток, цена…

Все таки как подключать к Arduino:

А что подключать и к чему? разновидностей модулей десятки, версий ардуино плат тоже. Я не рекомендую использовать плату Arduino UNO, как и любую другую с ATmega328, совместно с библиотекой SoftwareSerial для работы с модемом, возможно данная связка подойдет для проверки работы модема и отладки, но в устройствах стабильной работы добиться практически не возможно.

Модем общается с микроконтроллерам по средствам UART интерфейса, на UNO единственный аппаратный UART отдан для перепрошивки платы и «монитор порта», это принуждает использовать библиотеку SoftwareSerial.h которая не может нормально переварить поток с модема. Правильным решением будет использовать плату с несколькими аппаратными UART интерфейсами, например Arduino Leonardo, Arduino Mega.

В случаи с Arduino Leonardo и аппаратным UART:

Не простой случай с дешевым модулем на SIM800L, тут нужен отдельный стабилизатор напряжения питания на 4,0 В, нужно согласовывать логические уровни с ардуино при помощи резистивного делителя напряжения, ибо по другому согласовать не получится.

Чуть проще с подобными модулями, где конвертер уровней установлен на плате. Только не забываем дать питание и для конвертера.

Управление модемом:

Общение с модемом происходит при помощи АТ команд, в модем отправляется команда в текстовом виде, а после выполнения команды модем возвращает ответ, самая простая команда «AT» ответ на нее «OK«, служит для проверки соединения с модемом. Список всех доступных команд и возможных ответов можно посмотреть в документации на модем.

Для управления модемом через «монитор порта» в ардуинку нужно залить пример, который транслирует данные из «монитора порта» в UART к которому подключен модем. Убедитесь в правильной скорости UART интерфейса, в настройках модема, скорость порта может отличатся от 9600.

Simcom SIM800L

Захаров Денис, Украина

Современные беспроводные технологии позволяют разрабатывать функциональные и доступные устройства. Подобные приборы взаимодействуют с широким спектром систем общего назначения. В этой статье пойдет речь об организации двухсторонней передачи данных между GSM модулем SIM800L (Рисунок 1) и полноценным веб-сервером.

Рисунок 1. GSM модуль SIM800L.

В сети есть много примеров использования этого модуля. Как правило, его применяют в различных системах сигнализации и удаленного управления объектами. При этом данные передаются по SMS протоколу, что совершенно неудобно с пользовательской точки зрения.

Для организации работы такой системы нам понадобятся GSM модуль SIM800L, плата Arduino Nano (Рисунок 2) и веб-сервер с доменом.

Рисунок 2. Плата Arduino Nano.

Принципиальная схема устройства показана на Рисунке 3.

Рисунок 3. Принципиальная схема устройства.

Настройка GSM модуля SIM800L

В моем случае используется оператор связи «Киевстар». Для работы с подобными устройствами был подключен тарифный план «Киевстар датчик» (Рисунок 4), ежедневная плата за который составляет 1 грн (примерно 0.04USD). При этом предоставляется 10 Мб Интернета в сутки. Для наших задач этого трафика будет достаточно.

Рисунок 4. Тарифный план «Киевстар датчик».

Для удобного программирования микроконтроллера платы Arduino Nano обмен данных с GSM модулем организован по программному UART с помощью стандартной библиотеки . Выводы D2-D3 назначены как Rx и Tx, соответственно.

Инициализация

Первым делом необходимо провести инициализацию и первичную настройку модуля SIM800L. Для этого в теле setup() вызываем подпрограмму init_GSM(), которая перезагружает модуль и последовательно отправляет команды:

AT
ATE0
AT+GSMBUSY=0
AT+CPAS
AT+CREG?
AT+CSQ
AT+CBC
AT+CUSD=1,"*111#"

Разберем назначение каждой команды:

  • AT – проверяем готовность модуля в приему команд.
  • ATE0 – отключаем режим ЭХО.
  • AT+GSMBUSY=0 – запрещаем входящие звонки.
  • AT+CPAS – проверяем готовностью и текущее состояние модуля.
  • AT+CREG? – проверка регистрации в сети.
  • AT+CSQ – проверка уровня сигнала.
  • AT+CBC – проверяем питание.
  • AT+CUSD=1,"*111#" – проверяем баланс SIM-карты.

Каждую команду необходимо проверять на наличие положительного ответа «ОК», в противном случае нужно заново отправить команду и дождаться нужного ответа. Как правило, при первом включении команда AT+CPAS с первого раза не дает ответ «ОК», обычно готовность появляется после 2-3 попыток.

На Рисунке 5 показан процесс выполнения подпрограммы init_GSM.

Читайте также:  Intel 82865g graphics controller windows 7 драйвер
Рисунок 5. Процесс выполнения подпрограммы init_GSM.

На Листинге 1 показан пример обработки команды AT+CPAS.

Листинг 1. Программа обработки команды AT+CPAS.

Во время ответа от модуля в cycle_for() происходит сравнение и установка значения в bit_ok. Если значение равняется 1, то модуль вернул «ОК», при ответе 2 – модуль возвращает «Error». Если положительно ответа нет, то через 1 секунду повторяем отправку i раз.

Настройка GPRS соединения

После того как основная настройка модуля прошла успешно, можно начинать инициализировать GPRS соединение.

Для этого вызываем функцию init_GPRS(), которая отправляет в модуль следующие строки:

GPRS test
AT+SAPBR=3,1,"APN","internet.tele2.ru"
AT+SAPBR=3,1,"USER","tele2"
AT+SAPBR=3,1,"PWD","tele2"
AT+SAPBR=1,1
AT+HTTPINIT
AT+HTTPPARA="CID",1

Аналогично подпрограмме init_GSM(), во всех необходимых местах проверяем положительный ответ «ОК» от модуля.

На Рисунке 6 показан процесс выполнения подпрограммы init_GPRS().

Рисунок 6. Процесс выполнения подпрограммы init_GPRS().

На этом этапе работу с модулем можно завершить. Для последующей работы необходимо настроить сервер и создать соответствующие файлы для обмена данными.

Создание файлов и работа с веб-сервером

Чтобы принять данные с GSM модуля, нужно приобрести услугу хостинга с минимальными требованиями, главное, чтобы была поддержка PHP. PHP – это популярный язык программирования, который исполняется на стороне сервера, в то время как JavaScript исполняется в браузере на стороне пользователя.

В качестве примера сделаем удаленное управление поливом теплицы.

Распишем основные задачи для веб-сервера и GSM модуля.

Задачи веб-сервера:

  • Принимать и отображать на веб-странице данные температуры, времени работы и статус насоса;
  • Предоставлять данные GSM модулю о статусе вкл/выкл насоса.

Задачи GSM модуля:

  • Отправлять данные о времени работы насоса полива;
  • Отправлять температуру насоса и воды;
  • Принимать данные с веб-сервера о статусе вкл/выкл насоса.

Первым делом в корневом каталоге сервера создаем файл index.php.

На Листинге 2 показан начальный код разметки HTML страницы.

Листинг 2. Начальный код разметки HTML страницы.

В моем случае веб-страница будет открываться только в телефоне, поэтому выберем самый простой дизайн для нее. При желании можно сделать страницу более удобной и информативной.

Результат открытого в браузере файла index.php показан на Рисунке 7.

Рисунок 7. Результат открытого в
браузере файла index.php.

Добавим пару кнопок на включение насоса и создадим txt файл на сервере для сохранения данных о статусе работы насоса. Кнопки выполним в виде картинок, а их обработку сделаем с помощью AJAX (технология взаимодействия с сервером без полной перезагрузки html-страницы, использует JavaScript). Для этого перед тегом вставляем код, показанный в Листинге 3.

Листинг 3. AJAX обработчик.

Определение картинок кнопок включим в форму. При нажатии на картинку будет записываться значение статуса в файл pomidor.txt. Код обработки кнопок показан в Листинге 4.

Листинг 4. HTML код обработки кнопок.

В коневом каталоге создаем папку transfer и файл pomidor.php, код из которого приведен в Листинге 5.

Листинг 5. PHP скрипт записи статуса кнопки.

Рисунок 8. Основной интерфейс управления.

Для полученных значений создаем еще одну папку txt и файл pomidor.txt. Добавляем картинку насоса и получаем минимальный интерфейс управления, который показан на Рисунке 8. На Рисунке 9 показан результат нажатия на кнопку «Выкл». Соответственно, если нажмем на кнопку «Вкл», то будет результат «ON».

Рисунок 9. Запись данных на сервер в результате
нажатия на кнопку «Выкл».

Сделаем так, чтобы при переключении статуса, менялась картинка насоса. Для этого в поле расположения картинки насоса добавим код (Листинг 6).

Листинг 6. PHP скрипт изменения картинки статуса работы насоса.

Создаем функцию «Nasos», которая каждую секунду читает и сравнивает значение с файла pomidor.txt. В зависимости от результата меняется картинка визуализации насоса. На Рисунке 10 показан пример визуализации насоса при нажатии на кнопку «Вкл».

Рисунок 10. Визуализация статуса включенного насоса.

По аналогии добавим вывод температур и времени полива (Рисунок 11).

Рисунок 11. Законченный интерфейс управления.

Вопросы безопасности, в случае атаки на веб сервер, выходят за рамки данного повествования, поэтому опустим их.

Считываем данные с сервера в Arduino

После завершения процесс отладки записи статуса вкл/выкл насоса в файл pomidor.txt можно считывать данные в Arduino. Напишем функцию чтения данных с сервера (Листинг 7).

Листинг 7. Функция чтения данных с сервера.

В строке adress_site указываем адрес своего сайта форматом http://site.ru/. В строке adress_txt указываем путь к txt файлу.

Прочитаем статус вкл/выкл насоса из файла txt/pomidor.txt, отобразим значение на терминале и на выводе D5 платы Arduino (Листинг 8).

Листинг 8. Программа формирования логического уровня вывода D5 в зависимости от статуса насоса.

Пример отображения при нажатии кнопки включении насоса показан на Рисунке 12.

Рисунок 12. Пример отображения при нажатии кнопки «Вкл» насоса.

Передача данных из Arduino на веб-сервер

Для передачи данных на веб-сервер напишем функцию SEND_GPRS с указанием адреса "adress_php", в который будет записываться значение int типа "out_messeng_Server". Для записи значения типа String нужно вызывать функцию SEND_string_GPRS. В Листинге 9 показана функция отправки данных на сервер.

Листинг 9. Функция отправки данных на сервер.

В корневом каталоге веб-сервера создаем папку in, внутри ее располагаем другие папки со скриптами для обработки приема данных GSM модуля. Внутренние папки содержат файл index.php и log.txt.

На Листинге 10 показано содержание файла index.php.

Листинг 10. PHP листинг файла index.php.

Как видно, с приходом новых данных происходит перезапись файла log.txt.

Рисунок 13. Собранная схема на макетной плате.

Все компоненты собраны на макетной плате (Рисунок 13). Устройство не требует настроек, после сборки и прошивки сразу готово к работе.

Демонстрационное видео

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector