Lacný rozbočovač NMEA/AIS - most RS232 na Wifi pre vnútorné použitie: 6 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:55

Aktualizácia 9. januára 2021 - pridané ďalšie pripojenie TCP a opätovné použitie posledného pripojenia, ak sa pripojí viac klientov Aktualizácia 13. decembra 2020 - nebola pridaná žiadna konfiguračná verzia kódu pre lode s existujúcimi smerovačmi

Úvod

Tento most NMEA / AIS RS232 na WiFi je založený na WiFi štíte ESP8266-01. AIS je automatický identifikačný systém, ktorý zobrazuje polohu blízkych lodí. NMEA 0183 je štandard National Marine Electronics Association používaný pre správy GPS.

Most RS232 na WiFi bol upravený z WiFi štítu ESP8266-01 tak, aby bol napájaný 12 V batériou a akceptoval vstup RS232 (+/- 15 V) a vytvoril lokálnu sieť, ktorá prenáša údaje prostredníctvom TCP a UDP. Bol vyvinutý v spolupráci s Joom, ktorý chcel prevádzkovať lacnú a jednoduchú samostatnú miestnu sieť na prístup k údajom svojho AIS odkiaľkoľvek na svojej jachte. Tento výsledný modul vytvorí prístupový bod (smerovač) a nastaví server TCP až pre 4 pripojenia a tiež vysiela údaje v skupine vysielania UDP. K dispozícii je konfiguračná webová stránka na nastavenie čísel portov TCP a UDP, výkonu WiFi Tx a prichádzajúcej prenosovej rýchlosti RS232. Na rozdiel od štítu WiFi neexistuje žiadne konfiguračné tlačidlo, takže akonáhle je modul skonštruovaný, môže byť úplne vodotesný. Zahrnuté sú ochranné obvody, aby bolo toto zariadenie odolné proti zlému zapojeniu. Modul je navrhnutý tak, aby zohľadňoval NMEA (GPS) a AIS, a zvládne všetky údaje RS232 s prenosovou rýchlosťou 4800 až 38400 (a ďalšie úpravou skici Arduino).

Vlastnosti

• Využíva lacný a ľahko dostupný modul ESP8266-01:- Je možné použiť aj iné moduly ESP8266
• Robustný:- Okruh má v sebe zabudovaných niekoľko ochranných prvkov, ktoré chránia pred chybami pri zapojení.
• Energeticky účinný:- Napájací zdroj meniča DC-DC efektívne napája jednotku z batérie 12V a výkon WiFi Tx je možné znížiť, aby sa ušetrilo viac energie.
• Jednoduché použitie:- Stačí pripojiť napájanie 5,5 V až 12 V a linku RS232 TX a potom pripojiť prijímač k sieti a pripojiť sa k službe TCP alebo UDP na príjem údajov. V prípade poruchy je možné rýchlo vymeniť za náhradný
• Jednoduchá konfigurácia:- Nie je potrebné žiadne nové programovanie ani špeciálny režim konfigurácie. K dispozícii je konfiguračná stránka, ktorá vám umožňuje nastaviť prenosovú rýchlosť RS232 a prenosový výkon WiFi a čísla portov pre servery TCP a UDP

• Voliteľná verzia bez konfigurácie:- Existuje aj ďalší náčrt, kde je všetka konfigurácia predprogramovaná. Platí to pre situácie, v ktorých už je lokálna sieť spustená s vlastným smerovačom (prístupový bod)

Zásoby:

Tento most ESP8266-01 RS232 na WiFi potrebuje nasledujúce diely alebo podobné. Ceny tu uvedené sú k augustu 2020 a nezahŕňajú náklady na poštovné a nejaké plastové puzdro:-

WiFi modul ESP8266-01-~ 1,50 USD online (využite svoje šance) ALEBO pre spoľahlivý produkt SparkFun ESP8266-01-6,95 USD

MPM3610 3.3V Buck Converter Adafruit-5,95 USD, vstup 5V na 21V, ALEBO DC-DC 3A Buck, modul napájania so zníženým napájaním online Aliexpress ~ US2,00

10-kolíkový konektor Element14-0,40 USD (alebo 28 kolíkový konektorový konektor od spoločnosti Jaycar 0,95 USD)

1 zľava 1N5711 Schottkyho dióda Digikey 1,15 USD (alebo Jaycar AU 1,60 dolára)

2 zľavy na diódy 1N4001 SparkFun 0,30 USD (alebo 1N4004 Jaycar 1,00 dolára) Postačí akákoľvek dióda 1A 50V alebo vyššia, napr. 1N4001, 1N4002, 1N4003, 1N4004

1 off 2N3904 NPN tranzistor SparkFun US $ 0,50 (alebo Jaycar AU 0,75 $ akýkoľvek univerzálny NPN s Vce> 40V, Hfe> 50 pri 1mA, Ic> 50mA, napr. BC546, BC547, BC548, BC549, BC550, 2N2222

6 x 3K3 odpory napr. Rezistory 3K3 - Digikey - 0,60 USD (alebo 3K3ohm 1/2 Watt 1% kovové filmové rezistory - Pk.8 od Jaycar AU 0,85 USD)

3 off 330R rezistor Element14 0,10 USD (alebo 330 ohmov 1/2 W 1% kovové filmové rezistory - Pk.8 od Jaycar AU 0,85 $)

1 zľava 10K odporový prvok14 0,05 USD (alebo 10 kOhm 0,5 W kovové odpory z filmu - balenie 8 kusov od Jaycara 0,85 dolára)

Doska Vero (odkazy a zbernice) Jaycar HP9556 OR (pásová meď) (pásová meď) napr. Jaycar HP9540 ~ 5,50 USD

a plastové puzdro a drôt na pripojenie.

Celkové náklady ~ 9,90 USD + poštovné a plastové puzdro (k augustu 2020) s použitím modulu Aliexpress ESP8266-01 a DC-DC ALEBO ~ 19,30 USD s použitím modulu Sparkfun ESP8266-01 a prevodníka Buck Adafruit DC-DC. Dostatočne lacné na výrobu niekoľkých náhradných dielov.

Na naprogramovanie mosta RS232 na WiFi potrebujete tiež kábel USB to Serial. Tu sa používa sériový kábel SparkFun USB na TTL (10,95 USD), pretože má pekne označené konce a má podporu ovládača pre široký rozsah operačných systémov. Vrátane programovacieho kábla sú náklady na jeden most RS232 na WiFi približne 20 USD až 24 USD (plus poštovné a kufrík).

Krok 1: Schéma zapojenia a ochrany obvodu

Hore je schéma zapojenia mosta RS232 na WiFi (verzia pdf). Toto bolo upravené z Wifi štítu ESP8266-01 a upravené tak, aby akceptovalo RS232 a napájanie 5 V až 12 V (batéria). Menič DC na DC poskytuje energeticky efektívnu prevádzku z batérie 12V na nočné použitie, keď nie je k dispozícii slnečná energia a spotreba energie je prémiová.

V obvode je zabudovaných niekoľko ochranných obvodov. Pripojenia na ľavej strane obvodu sa používajú iba počas konštrukcie na programovanie/ladenie jednotky. Rezistory 330R R6 a R7 chránia pred skratovaním výstupu TX na výstup TX pri programovaní/ladení. Pri programovaní pripájate TX k RX a RX k TX. Výstup ladenia TX by mal byť pripojený k vstupu RX UART 3v3, aby ste videli výstup ladenia (pozrite si komentáre v náčrte ESP8266_NMEA_BRIDGE.ino).

Pripojenia na pravej strane obvodu slúžia na pripojenie dokončenej jednotky k napájaniu a zdroju NMEA/AIS RS232. Toto sú jediné pripojenia, ktoré musia byť dostupné, keď je jednotka postavená. Udržujte tieto spojenia vo dvojiciach.

2N3904 poskytuje inverziu a posun úrovne zo signálu RS232 +/- 15 V na vstup TTL UART do ESP2866. Spätné napätie medzi vysielačom a základňou 2N3904 je určené tak, aby vydržalo najmenej 6V. D4 obmedzuje napätie základne reverzného vysielača na menej ako 1 V, ak je vstup RS232 -15V.

Nakoniec „Ovládače a prijímače RS-232 musia byť schopné odolávať neobmedzenému skratu k zemi“(wikipédia RS232), takže ak omylom pripojíte vedenia RS232 k svorkám napájania, nemalo by dôjsť k poškodeniu zariadenia NMEA/AIS.

Zdroj

Dióda D1 zabraňuje aplikácii reverzného napätia na menič DC-DC, ak by ste pri zapojení zapojili + +a GND. D1 má malý zvodový prúd. D2 poskytuje cestu nízkeho napätia pre tento zvodový prúd, aby udržal spätné napätie na meniči DC -DC pod -0,3V. Rezistor 330R (R10) v rade RS232 GND poskytuje ochranu pred skratovaním batérie k zemi, ak je kladný vodič batérie pripojený k vodiču GND napájacieho zdroja dosky, kým je pripojený RS232 GND.

Menič DC-DC je dimenzovaný na prevádzkový vstup až 21 V, takže je vhodný na výmenu batérie 12V. Batéria pri plnom nabití môže byť až ~ 14,8 V a napätie nabíjačky môže byť vyššie, 16 V alebo viac. Vstupné napätie 21 V meniča DC-DC je dimenzované na to, aby to zvládlo. Náhodné zapojenie reverzného napájania (uprostred noci v drsnom počasí) je chránené proti. Absolútne maximálne napätie pre vstup prevodníka je 28 V, takže k nemu môže byť pripojený signál RS232. Napätie RS232 je špecifikované ako nižšie ako +/- 25V.

Ak omylom zapojíte vodiče zo zdroja napájania do konektorov RS232 TX/GND (či už zamenených alebo nie), odpory 10K a 330R budú chrániť pred skratom napájania.

Stručne povedané, obvod je chránený proti prepínaniu napájania a káblov RS232 a spájaniu vodičov z týchto párov v oboch smeroch. Miešanie káblov, jeden z každého páru, nie je chránené pred všetkými kombináciami, preto ponechajte RS232 a napájacie káble spárované a prepojte ich v pároch.

Priemerný prúd používaný doskou je asi 100 mA (v závislosti od vysielacieho výkonu WiFi a rýchlosti prenosu údajov). Ak by bol na napájanie dosky z batérie 12V použitý jednoduchý lineárny regulátor, spotreba energie by bola 12 x 100 mA = 1,2 W alebo 1,2 Ah počas 12 nocí. Použitím prevodníka DC na DC, ktorý je ~ 70% účinný, zníži toto zaťaženie na 0,47 W alebo 0,47 Ah počas 12 hodín v noci.

Krok 2: Konštrukcia

Túto jednotku som skonštruoval pomocou malého kúska vero dosky s prepojeniami a napájacími zbernicami (verzia pdf). Tu sú pohľady zhora a zdola na dokončenú dosku. Po dokončení starostlivo skontrolujte zapojenie. Keď otočíte a zapojíte zospodu, je ľahké zapojiť kábel na nesprávny kolík.

Krok 3: Programovanie štítu WiFi

Každý most RS232 na WiFi je potrebné naprogramovať iba raz a nikdy viac. Vstavaná webová stránka poskytuje prístup k dostupným konfiguráciám.

Inštalácia podpory ESP8266

Pri programovaní štítu postupujte podľa pokynov na stránke https://github.com/esp8266/Arduino v časti Inštalácia pomocou Správcu dosiek. Pri otváraní Správcu dosiek z ponuky Nástroje → Doska vyberte Typ Prispievané a nainštalujte platformu esp8266. Tento projekt bol zostavený pomocou ESP8266 verzie 2.6.3. Neskoršie verzie môžu byť lepšie, ale môžu mať svoje vlastné chyby, pretože platforma sa rýchlo vyvíja.

Zatvorte a znova otvorte Arduino IDE a teraz môžete v ponuke Nástroje → Doska vybrať „Generický modul ESP8266“.

Inštalácia podporných knižníc

Tiež musíte nainštalovať z https://www.forward.com.au/pfod/pfodParserLibraries/index.html najnovšie verzie knižnice pfodESP8266BufferedClient (pre knižnice pfodESP8266Utils.h a pfodESP8266BufferedClientDy) a millisDela h).

Stiahnite si tieto súbory zip do počítača, presuňte ich na plochu alebo do iného priečinka, ktorý môžete ľahko nájsť, a potom ich nainštalujte pomocou možnosti ponuky Arduino IDE Skica → Importovať knižnicu → Pridať knižnicu. Tiež si musíte nainštalovať knižnicu SafeString. Knižnica SafeString je k dispozícii od správcu knižníc Arduino alebo si môžete stiahnuť súbor SafeString.zip priamo na manuálnu inštaláciu cez Sketch → Import Library → Add Library

Zastavte a reštartujte IDE Arduino a v časti Súbor-> Príklady by ste teraz mali vidieť pfodESP8266BufferedClient a SafeString.

Programovanie rady

Ak chcete dosku naprogramovať, prepnite dosku do režimu programovania skrátením odkazu (vľavo dole). Potom pripojte sériový kábel USB k TTL UART

Pozorne pripojte iba káble 3V3 TX/RX k ľavostrannému pripojeniu pomocou 3V3 TX/RX zo sériového kábla USB k TTL spoločnosti Sparkfun Káblové pripojenia sú RX (žlté), TX (oranžové), VCC (5V) (červené), a GND (čierny). Upozorňujeme, že žltý (RX) kábel je zapojený do kolíka TX na doske a oranžový (TX) kábel je zapojený do konektora RX na doske. Čierny (GND) kábel je pripojený ku kolíku GND for TX/RX

Poznámka: Zdá sa, že existujú dve verzie tohto kábla. Staršie verzie majú 5 V Vcc a RX (hnedý), TX (Tan-like/Peach), VCC (červený) a GND (čierny), v každom prípade sa tu nepoužíva zvod VCC. Existujú tiež pripomienky, že drôt TX a RX je v niektorých prípadoch obrátený. Ak Arduino IDE nevie naprogramovať dosku, skúste vymeniť káble TX/RX. 330R chráni pred šortkami TX-TX.

Napájajte dosku z 6V na 12V 500mA alebo väčšieho zdroja alebo batérie. Pripojte najskôr napájací kábel -Ve (GND), aby sa napájací prúd nepokúšal pretekať späť cez USB pripojenie. Prednostne používajte izolovaný (plávajúci) zdroj 6 V až 12 V alebo batériu. Moduly Aliexpress DC-DC vyžadujú napájanie najmenej 6,5 V.

Potom zapojte kábel USB do počítača. Vyberte jeho port COM v ponuke Nástroje → Port. Nechajte frekvenciu CPU, veľkosť blesku a rýchlosť odosielania predvolené.

Skontrolujte fotografiu a zapojenie. Pozrite si tiež Tipy na programovanie ESP8266 (espcomm zlyhal) Zostavte skicu ESP8266_NMEA_BRIDGE.ino. Potom vyberte Súbor → Odovzdať alebo pomocou klávesu so šípkou doprava program skompilujte a nahrajte. Odošlú sa dva súbory. Ak sa vám pri odosielaní chybovej správy zobrazí chybové hlásenie, skontrolujte, či sú vaše káblové pripojenia zapojené do správnych kolíkov, a skúste to znova.

Akonáhle je programovanie dokončené, odstráňte programovací režim skrátením spojenia a programovacích pripojení TX/RX a potom vypnite a zapnite napájanie, aby sa doska reštartovala v normálnom režime.

Pripojte zariadenie NMEA/AIS.

Žiadna konfiguračná verzia

Existuje ešte jedna verzia tohto náčrtu, ESP8266_NMEA_BRIDGE_noCfg.ino, v ktorej je všetka konfigurácia predprogramovaná v kóde náčrtu. V takom prípade sa rozbočovač NMEA pripojí k existujúcemu smerovaču (prístupovému bodu) a sprístupní údaje sieti.

Celá konfigurácia je v hornej časti súboru ESP8266_NMEA_BRIDGE_noCfg.ino.

// ================== TVRDÉ KÓDOVANÉ KONFIGURÁCIE =====================

const char ssid = "yourRouterSSID"; // tu nastavte SSID vašej siete const char heslo = "yourRouterPassword"; // tu zadajte heslo svojej siete IPAddress staticIP (10, 1, 1, 190); // tu nastavte statickú IP adresu rozbočovača NMEA. UPOZORNENIE, medzi číslami // sa uistite, že s rovnakou IP adresou nebeží žiadne iné zariadenie a že je IP v rozsahu IP smerovača // bežné IP adresy smerovača sú 10.1.1.2 až 10.1.1.254 // 192.168.1.2 až 192.168.254.254 a // 172.16.1.2 až 172.31.254.254 // smerovač je zvyčajne 10.1.1.1 alebo 192.168.1.1 alebo 172.16.1.1 v závislosti od jeho rozsahu IPAddress udpBroadcaseIP (230, 1, 1, 1); // tu nastavte IP vysielania UDP. POZOR, medzi číslami. Táto adresa IP je nezávislá na dosahu smerovača. Nemeňte konšt uint16_t tcpPortNo = 10110; // tu nastavte číslo servera NMEA tcp č. const uint16_t udpPortNo = 10110; // tu nastavíte vysielací port NMEA UDP č. const const unsigned int txPower = 10; // Výkon TX v rozsahu 0 až 82; const unsigned int GPS_BAUD_RATE = 4800; // Sériová prenosová rýchlosť vášho GPS modulu // =================== KONIEC TVRDÉHO KÓDOVANÉHO KONFIGURÁCIE =================

Krok 4: Pridanie indikátorov (voliteľné)

Môj konzultant plachtenia pre tento projekt Jo navrhol namontovať na skrinku červenú LED diódu a zelenú LED diódu, aby naznačil, že veci fungujú. Tu je upravený obvod s týmito dvoma LED diódami. (verzia pdf)

R9 a R11 nastavujú prúd LED a tým aj jas. Použite najväčší odpor, vďaka ktorému budú LED diódy stále viditeľné. Na priamom slnečnom svetle alebo v svetlej kabíne budú ťažko viditeľné, preto pre maximálnu viditeľnosť jednotku namontujte do tmavého rohu. Jaycar má vhodné bezrámové LED diódy Červená a Zelená (~ 2,75 USD) a Sparkfun má niekoľko super jasných červených a zelených LED diód (1,70 USD), ale takmer všetky červené a zelené LED diódy budú stačiť.

Krok 5: Nastavenie konfigurácie prostredníctvom vstavanej webovej stránky

Keď dosku po programovaní zapnete, automaticky vytvorí lokálnu sieť. To znamená, že sa stane miestnym prístupovým bodom (smerovačom). Názov siete začne na NMEA_ a za ním bude 12 hexadecimálnych číslic, ktoré sú jedinečné pre každú dosku, napr. NMEA_18FE34A00239 Heslo pre miestnu sieť je vždy NMEA_WiFi_Bridge. Ak potrebujete vymeniť jednotky na mori, vypnite starú, nainštalujte náhradnú a potom vyhľadajte novú sieť NMEA_….. a pomocou hesla NMEA_WiFi_Bridge sa k nej pripojte.

Ak sieť nevidíte, presuňte sa bližšie k doske s obvodmi a skontrolujte, či sú napájacie káble správne zapojené. Doska ESP8266-01 by mala mať modré svetlo.

Akonáhle sa pripojíte k sieti pomocou počítača alebo mobilného telefónu, môžete otvoriť konfiguračnú webovú stránku na adrese https://10.1.1.1 (Poznámka: zadajte https://10.1.1.1, ak zadáte iba 10.1.1.1, môže spôsobiť, že sa ho Google pokúsi vyhľadať a zlyhá, pretože nie ste pripojení k internetu)

Konfiguračná stránka vám umožňuje nastaviť vysielací výkon WiFi. Nižšie čísla pre menší výkon a dojazd a aktuálnu spotrebu. Môžete tiež zmeniť čísla portov pre pripojenia TCP a UDP. Predvolený port 10110 je určený port pre pripojenia NMEA, ale ak chcete, môžete si vybrať svoj vlastný. Čísla IP sú pevné. Nakoniec môžete nastaviť prenosovú rýchlosť tak, aby zodpovedala vášmu zdroju NMEA/AIS. 4800 baudov je štandardná prenosová rýchlosť pre NMEA. Kým 34800 baudov je štandardná prenosová rýchlosť pre AIS.

Keď ste si vybrali, kliknite na Odoslať a zobrazí sa súhrnná stránka zmien, ktoré boli uložené.

Ak nie sú správne, vráťte sa späť a opravte ich pomocou tlačidla späť v prehliadači. Aby sa zmeny prejavili, je potrebné reštartovať dosku. To urobíte kliknutím na tlačidlo Použiť tieto zmeny.

Akonáhle sa doska reštartuje, automaticky znova zobrazí konfiguračnú stránku s aktuálnou konfiguráciou.

Pripojte počítač alebo mobilné zariadenie k pripojeniu TCP alebo UDP a skontrolujte, či získavate údaje.

To je koniec !! Utesnite každú vec vo vodotesnom plastovom boxe a ponechajte iba dva napájacie káble a dva káble RS232.

Krok 6: Pomocník - žiadne údaje

Keď sa pripojíte k sieti a nastavíte svoje mobilné zariadenie na pripojenie k TCP 10.1.1.1 a k portu, ktorý ste nastavili (alebo sa pripojíte k skupine UDP multicast 230.1.1.1 s portom, ktorý ste nastavili), ak sa stále nebudete akékoľvek údaje, vyskúšajte nasledujúce kroky.

1) Skontrolujte, či je zapnuté zariadenie NMEA / AIS

2) Skontrolujte, či sú káble RS232 správne zapojené.

3) Skontrolujte nastavenie „Flow control“na vašom zariadení NMEA / AIS. Ak je to možnosť, nastavte ho na „ŽIADNY“. Ak nie, zvoľte „hardvér“ALEBO riadenie toku RTS / CTS a skratujte kolíky RTS na CTS a DSR kábla NMEA / AIS. To je pre konektor DB-25, spojte kolíky 4 a 5 a 6 dohromady. V prípade konektora DB-9 spojte kolíky 6 a 7 a 8 dohromady. Vďaka „hardvérovému“ovládaniu zariadenie NMEA / AIS (DTE) potvrdzuje RTS (ReadyToSend), keď chce odosielať údaje. S týmito pripojeniami pin RTS poháňa piny ClearToSend (CTS) a DataSetReady (DSR), ktoré sú vstupované späť do zariadenia NMEA / AIS, aby mu povedali, že druhá strana je pripravená a schopná prijímať údaje.

Ladenie

Ak chcete zapnúť výstup ladenia TX, odkomentujte ho, tj. Upravte tak, aby #define DEBUGnajte v hornej časti náčrtu ESP8266_NMEA_BRIDGE.ino.

Odstráňte káble USB TX/RX a stačí pripojiť žltý kábel RX k výstupu Debug TX. Nechajte čierny GND kábel pripojený k GND pre TX/RX. Sériový monitor Arduino IDE bude teraz zobrazovať správy o ladení.

V predvolenom nastavení je spustená skupina viacsmerového vysielania UDP, ale môžete ju vypnúť pridaním komentára, tj. Upraviť do // #define UDP_BROADCAST v hornej časti náčrtu ESP8266_NMEA_BRIDGE.ino.

Záver

Tento most NMEA/AIS RS232 na WiFi je robustný a používanie je jednoduché. Efektívne beží z 12 batériového zdroja a je dostatočne lacný, aby ste si so sebou mohli vziať náhradné, ktoré môžete v prípade potreby vymeniť počas plavby.