Hub NMEA / AIS ieftin - Pod RS232 la Wifi pentru utilizare la bord: 6 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:41

Actualizare 9 ianuarie 2021 - Adăugare conexiune TCP suplimentară și reutilizare a ultimei conexiuni dacă se conectează mai mulți clienți Actualizare 13 decembrie 2020 - Nu a fost adăugată nicio versiune de configurare a codului pentru bărci cu routere existente

Introducere

Acest pod NMEA / AIS RS232 către WiFi se bazează pe ESP8266-01 WiFi Shield. AIS este un sistem automat de identificare pentru a arăta poziția navelor din apropiere. NMEA 0183 este standardul National Marine Electronics Association utilizat pentru mesajele GPS.

Podul RS232 la WiFi a fost modificat de la ESP8266-01 WiFi Shield pentru a fi alimentat de o baterie de 12V și a accepta o intrare RS232 (+/- 15V) și a crea o rețea locală care transmite datele prin TCP și UDP. A fost dezvoltat împreună cu Jo, care dorea să ruleze o rețea locală ieftină și simplă pentru a accesa datele AIS de oriunde de pe iahtul său. Acest modul rezultat creează un punct de acces (un router) și configurează un server TCP pentru până la 4 conexiuni și transmite, de asemenea, datele pe un grup de difuzare UDP. O pagină web de configurare este furnizată pentru a seta numerele de port TCP și UDP, puterea WiFi Tx și rata de transmisie RS232. Spre deosebire de WiFi Shield, nu există niciun buton de configurare, deci odată construit modulul poate fi complet etanș la apă. Circuitele de protecție sunt incluse pentru a face acest dispozitiv robust împotriva lipsei de cabluri. Deși proiectat având în vedere NMEA (GPS) și AIS, modulul va gestiona orice date RS232 cu rate de transmisie între 4800 și 38400 (și altele prin editarea schiței Arduino).

Caracteristici

• Folosește modulul ESP8266-01 ieftin și ușor disponibil: - Pot fi utilizate și alte module ESP8266
• Robust: - Circuitul are o serie de protecții încorporate pentru a proteja împotriva greșelilor la conectare.
• Putere eficientă: - Un convertor DC-DC alimentează eficient unitatea de la o baterie de 12V, iar puterea WiFi Tx poate fi redusă pentru a economisi mai multă energie.
• Simplu de utilizat: - Conectați doar o sursă de alimentare de 5,5V la 12V și linia RS232 TX, apoi alăturați-vă receptorului la rețea și conectați-vă la serviciul TCP sau UDP pentru a primi datele. Poate fi schimbat rapid cu unul de rezervă dacă unitatea nu reușește
• Simplu de configurat: - Nu este necesară reprogramarea, nici un mod special de configurare. Este furnizată o pagină de configurare care vă permite să setați rata de transmisie RS232 și puterea de transmisie WiFi și numerele de port pentru serverele TCP și UDP

• Opțional Fără versiune de configurare: - Există, de asemenea, o altă schiță în care toate configurările sunt pre-programate. Aceasta este pentru acele situații care au deja o rețea locală care rulează cu propriul router (Access Point)

Provizii:

Acest ESP8266-01 RS232 to WiFi Bridge are nevoie de următoarele părți sau similare. Prețurile afișate aici sunt în august 2020 și exclud costurile de expediere și un fel de carcasă din plastic: -

Modul WiFi ESP8266-01 - ~ 1,50 USD online (riscați) SAU pentru produs de încredere SparkFun ESP8266-01 - 6,95 USD

MPM3610 3.3V Buck Converter Adafruit - 5,95 USD 5V la 21V intrare, SAU DC-DC 3A Buck Step-Down Modul de alimentare online Aliexpress ~ US2,00

Antet cu 10 pini Element14 - 0,40 USD (sau banda terminală cu antet de 28 pini de la Jaycar 0,95 USD)

1 off 1N5711 Schottky Diode Digikey 1,15 USD (sau Jaycar 1,60 USD)

2 off 1N4001 Diodes SparkFun 0,30 USD (sau 1N4004 Jaycar 1,00 USD) Orice diodă de 1A 50V sau mai mare va funcționa, de exemplu 1N4001, 1N4002, 1N4003, 1N4004

1 off 2N3904 tranzistor NPN SparkFun 0,50 USD (sau Jaycar 0,75 USD orice NPN cu scop general cu Vce> 40V, Hfe> 50 la 1mA, Ic> 50mA de ex. BC546, BC547, BC548, BC549, BC550, 2N2222

6 x rezistențe 3K3 de ex. Rezistoare 3K3 - Digikey - 0,60 USD (sau 3K3ohm 1/2 Watt 1% Rezistențe cu film metalic - Pk.8 de la Jaycar 0,85 USD)

3 off rezistență 330R Element14 0,10 USD (sau 330ohm 1/2 Watt 1% rezistențe cu film metalic - Pk.8 de la Jaycar 0,85 USD)

1 rezistor 10K Element 14 0,05 USD (sau 10k Ohm 0,5 Watt rezistențe cu film metalic - pachet de 8 de la Jaycar 0,85 USD)

Placă Vero (legături și șine de autobuz) Jaycar HP9556 OR (bandă de cupru) (bandă de cupru) de ex. Jaycar HP9540 ~ 5,50 USD

și o carcasă din plastic și sârmă de conectare.

Cost total ~ 9,90 USD + transport și carcasă din plastic (începând din august 2020) folosind modulul Aliexpress ESP8266-01 și modulul DC-DC SAU ~ 19,30 USD utilizând modulul Sparkfun ESP8266-01 și convertorul Adafruit DC-DC. Destul de ieftin pentru a face câteva piese de schimb.

Pentru a programa RS232 la WiFi Bridge, aveți nevoie și de un cablu USB la serial. Aici se utilizează un cablu serial SparkFun USB la TTL (10,95 USD) deoarece are capete frumos etichetate și are suport pentru driver pentru o gamă largă de sisteme de operare, inclusiv cablul de programare, costul pentru un singur RS232 la WiFi Bridge este de ~ 20 USD până la 24 USD (plus transport și o carcasă).

Pasul 1: Diagrama circuitului și protecția circuitului

Mai sus este schema circuitului pentru RS232 la WiFi Bridge (versiunea pdf). Acesta a fost adaptat de la ESP8266-01 Wifi Shield și modificat pentru a accepta RS232 și o sursă de alimentare de 5V la 12V (baterie). Convertorul de curent continuu la curent continuu asigură funcționarea eficientă a energiei de la o baterie de 12V pentru utilizare pe timp de noapte atunci când nu există energie solară și consumul de energie este la un nivel superior.

O serie de protecții de circuit au fost integrate în circuit. Conexiunile din partea stângă a circuitului sunt utilizate numai în timpul construcției pentru a programa / depana unitatea. Rezistențele 330R R6 și R7 protejează împotriva scurtcircuitării unei ieșiri TX la o ieșire TX la programare / depanare. Când programați conectați TX la RX și RX la TX. Ieșirea TX de depanare trebuie conectată la o intrare RX UART 3v3 pentru a vedea ieșirea de depanare (consultați comentariile din schița ESP8266_NMEA_BRIDGE.ino).

Conexiunile din partea dreaptă a circuitului sunt utilizate pentru a conecta unitatea completă la sursa de alimentare și la sursa NMEA / AIS RS232. Acestea sunt singurele conexiuni care trebuie să fie accesibile odată ce unitatea este construită. Păstrați aceste conexiuni în perechi.

2N3904 asigură inversarea și schimbarea nivelului de la semnalul RS232 +/- 15V la intrarea TTL UART la ESP2866. Tensiunea inversă între emițător și bază a 2N3904 este specificată pentru a rezista la cel puțin 6V. D4 limitează tensiunea de bază a emițătorului invers să fie mai mică de 1V când intrarea RS232 este -15V.

În cele din urmă, „driverele și receptoarele RS-232 trebuie să poată rezista la scurtcircuit nedefinit la masă” (wikipedia RS232), deci dacă conectați accidental liniile RS232 la bornele sursei de alimentare, nu ar trebui să deterioreze dispozitivul NMEA / AIS.

Alimentare electrică

Dioda D1 împiedică aplicarea de tensiune inversă la convertorul DC-DC dacă se întâmplă să schimbați conexiunile + V și GND atunci când conectați. D1 are un curent mic de scurgere. D2 oferă o cale de joasă tensiune pentru curentul respectiv de scurgere pentru a menține tensiunea inversă pe convertorul DC-DC sub -0,3V. Rezistorul 330R (R10) din linia RS232 GND oferă protecție împotriva scurtcircuitării bateriei la masă dacă cablul bateriei + ve este conectat la firul GND al sursei de alimentare a plăcii în timp ce RS232 GND este conectat.

Convertorul DC-DC este prevăzut pentru o intrare operațională de până la 21V, deci este potrivit pentru o baterie de 12V în timp ce este înlocuit. O baterie cu încărcare completă poate fi de până la ~ 14,8V, iar tensiunea încărcătorului poate fi mai mare, 16V sau mai mult. Ratingul de intrare de 21V al convertorului DC-DC este evaluat pentru a rezolva acest lucru. Conexiunea accidentală de alimentare inversă (la miezul nopții pe vreme dificilă) este protejată împotriva. Tensiunea maximă absolută pentru intrarea convertorului este de 28V și poate fi conectată la un semnal RS232. Se specifică că tensiunea RS232 este mai mică de +/- 25V.

Dacă conectați accidental cablurile de la sursa de alimentare la conexiunile RS232 TX / GND (schimbate sau nu), rezistențele 10K și 330R vor proteja împotriva scurtcircuitării sursei de alimentare.

Pe scurt, circuitul este protejat împotriva schimbării puterii și a cablurilor RS232 și conectarea firelor de la acele perechi în ambele sensuri. Amestecarea firelor, câte una din fiecare pereche, nu este protejată împotriva tuturor combinațiilor, așa că păstrați RS232 și cablurile de alimentare pereche și conectați-le în perechi.

Curentul mediu utilizat de placa este de aproximativ 100mA (în funcție de puterea de transmisie WiFi și rata de date). Dacă s-ar folosi un regulator liniar simplu pentru a alimenta placa de la o baterie de 12V, consumul de energie ar fi de 12V x 100mA = 1,2W sau 1,2Ahrs pe o noapte de 12. Folosind convertorul DC-DC, care este ~ 70% eficient, reduce această sarcină la 0,47 W sau 0,47 Ah pe o noapte de 12 ore.

Pasul 2: Construcție

Am construit această unitate folosind o mică bucată de placă vero cu legături și autobuze de alimentare (versiunea pdf). Iată vizualizările de sus și de jos ale tabloului completat. Asigurați-vă că verificați cu atenție cablajul când ați terminat. Este ușor să conectați la pinul greșit atunci când vă întoarceți și să conectați de jos.

Pasul 3: Programarea ecranului WiFi

Fiecare pod RS232 către WiFi trebuie să fie programat o singură dată și niciodată. O pagină web încorporată oferă acces la configurațiile disponibile.

Instalarea suportului ESP8266

Pentru a programa scutul, urmați instrucțiunile date pe https://github.com/esp8266/Arduino sub Instalarea cu managerul plăcilor. Când deschideți Boards Manager din meniul Tools → Board și selectați Type Contributed și instalați platforma esp8266. Acest proiect a fost compilat utilizând versiunea 2.6.3 a ESP8266. Versiunile ulterioare pot fi mai bune, dar pot avea propriile bug-uri, deoarece platforma evoluează rapid.

Închideți și redeschideți ID-ul Arduino și puteți selecta acum „Modul ESP8266 generic” din meniul Instrumente → Placă.

Instalarea bibliotecilor suport

De asemenea, trebuie să instalați, din https://www.forward.com.au/pfod/pfodParserLibraries/index.html, cele mai recente versiuni ale bibliotecii pfodESP8266BufferedClient (pentru pfodESP8266Utils.h și pfodESP8266BufferedClient.h) și millisDelay (pentru millisDelay). h).

Descărcați aceste fișiere zip pe computer, mutați-le pe desktop sau în orice alt folder pe care îl puteți găsi cu ușurință și apoi utilizați opțiunea de meniu Arduino IDE Schiță → Import bibliotecă → Adăugare bibliotecă pentru a le instala. De asemenea, trebuie să instalați biblioteca SafeString. Biblioteca SafeString este disponibilă din managerul de bibliotecă Arduino sau puteți descărca fișierul SafeString.zip direct pentru instalarea manuală prin Sketch → Import Library → Add Library

Opriți și reporniți IDE-ul Arduino și în Fișier-> Exemple ar trebui să vedeți acum pfodESP8266BufferedClient și SafeString.

Programarea plăcii

Pentru a programa placa, setați placa în modul de programare scurtcircuitând linkul (în stânga jos). Apoi conectați USB-ul la cablul serial TTL UART

Notă, conectați cu atenție numai cablurile 3V3 TX / RX la conexiunea din partea stângă utilizând 3V3 TX / RX de la cablul serial Sparkfun USB la TTL Conexiunile cablurilor sunt RX (galben), TX (portocaliu), VCC (5V) (roșu), și GND (negru). Rețineți că cablul galben (RX) este conectat la pinul TX de pe placă, iar cablul portocaliu (TX) este conectat la pinul RX de pe placă. Cablul negru (GND) este conectat la pinul GND pentru pinul TX / RX

Notă: Se pare că există două versiuni ale acestui cablu. Versiunile mai vechi au 5V Vcc și RX (Maro), TX (Tan-like / Peach), VCC (Roșu) și GND (Negru), în orice caz, cablul VCC nu este utilizat aici. Există, de asemenea, comentarii că firele TX și RX sunt inversate în unele cazuri. Dacă ID-ul Arduino nu poate programa placa, încercați să schimbați cablurile TX / RX. 330R protejează împotriva pantalonii scurți TX-TX.

Alimentați placa de la o sursă de alimentare de la 6V la 12V 500mA sau mai mare sau baterie. Conectați mai întâi cablul sursei de alimentare -Ve (GND), astfel încât curentul de alimentare să nu încerce să revină prin conexiunea USB. De preferință, utilizați o sursă sau o baterie izolată (plutitoare) de 6V la 12V. Rețineți că modulele Aliexpress DC-DC necesită cel puțin o alimentare de 6,5V.

Apoi conectați cablul USB la computer. Selectați portul COM din meniul Instrumente → Port. Lăsați frecvența procesorului, dimensiunea blițului și viteza de încărcare la setările implicite.

Verificați fotografia și cablajul. A se vedea, de asemenea, sfaturi de programare ESP8266 (espcomm a eșuat) Compilați schița ESP8266_NMEA_BRIDGE.ino. Apoi selectați Fișier → Încărcați sau utilizați butonul Săgeată dreapta pentru a compila și încărca programul. Sunt încărcate două fișiere. Dacă primiți un mesaj de eroare la încărcare, verificați dacă conexiunile cablului sunt conectate la pinii corecți și încercați din nou.

Odată ce programarea este finalizată, eliminați modul de programare scurtcircuitând legătura și conexiunile TX / RX de programare și apoi opriți și porniți alimentarea pentru a reporni placa în modul normal.

Conectați dispozitivul NMEA / AIS.

Fără versiune de configurare

Există o altă versiune a acestei schițe, ESP8266_NMEA_BRIDGE_noCfg.ino, în care toată configurația este pre-programată în codul schiței. În acest caz, hub-ul NMEA se conectează la un router existent (punct de acces) pentru a face datele disponibile rețelei.

Configurarea este în partea de sus a fișierului ESP8266_NMEA_BRIDGE_noCfg.ino.

// ================= CONFIG CODAT HARD ==================

const char ssid = "yourRouterSSID"; // setați aici SSID-ul rețelei const char password = "parolaRouterPassword"; // setați aici parola rețelei dvs. IPAddress staticIP (10, 1, 1, 190); // setați aici adresa IP statică a hubului NMEA. Rețineți că, între numere // asigurați-vă că niciun alt dispozitiv nu rulează cu același IP și că IP-ul se află în intervalul de IP al routerului // Intervalele comune de IP ale routerului sunt de la 10.1.1.2 la 10.1.1.254 // 192.168.1.2 la 192.168.254.254 și // 172.16.1.2 până la 172.31.254.254 // routerul este de obicei 10.1.1.1 sau 192.168.1.1 sau 172.16.1.1 în funcție de intervalul său IPAddress udpBroadcaseIP (230, 1, 1, 1); // setați IP-ul de difuzare UDP aici. Rețineți, între numere. Acest IP este independent de gama routerului nu se modifică const uint16_t tcpPortNo = 10110; // set NMEA tcp server port No here const uint16_t udpPortNo = 10110; // set NMEA UDP broadcast port No here const unsigned int txPower = 10; // Putere TX cuprinsă între 0 și 82; const unsigned int GPS_BAUD_RATE = 4800; // rata de transmisie în serie a modulului GPS // ================= SFÂRȘITUL CONFIGURĂRII CODATE DUR ==============

Pasul 4: Adăugarea indicatorilor led (opțional)

Consultantul meu de navigație pentru acest proiect, Jo, a sugerat montarea unui led Red Power și a unui Green Data pe carcasă pentru a indica faptul că lucrurile funcționează. Iată circuitul modificat cu aceste două leduri adăugate. (versiune pdf)

R9 și R11 stabilesc curentul Led și, prin urmare, luminozitatea. Folosiți cel mai mare rezistor care face ledurile încă vizibile. Vor fi dificil de văzut în lumina directă a soarelui sau într-o cabină luminoasă, așa că montați unitatea într-un colț întunecat pentru o vizibilitate maximă. Jaycar are led-uri potrivite pentru cadru roșu și verde (~ 2,75 USD), iar Sparkfun are câteva led-uri roșu și verde super strălucitoare (1,70 USD), dar aproape orice led roșu și verde o va face.

Pasul 5: Setarea configurației prin intermediul paginii web încorporate

Când porniți placa după programare, aceasta va crea automat o rețea locală. Adică va deveni un punct de acces local (router). Numele rețelei va începe cu NMEA_ urmat de 12 cifre hexagonale unice pentru fiecare placă, de ex. NMEA_18FE34A00239 Parola pentru rețeaua locală este întotdeauna NMEA_WiFi_Bridge. Dacă trebuie să schimbați unitățile pe mare, opriți-o pe cea veche, instalați rezerva și apoi căutați noua rețea NMEA_ ….. și folosiți parola NMEA_WiFi_Bridge pentru a vă alătura.

Dacă nu puteți vedea rețeaua, apropiați-vă de placa de circuit și verificați dacă aveți cablurile de alimentare conectate corect. Ar trebui să existe o lumină albastră pe placa ESP8266-01.

După ce v-ați alăturat rețelei cu computerul sau telefonul mobil, puteți deschide pagina web de configurare la https://10.1.1.1 (Notă: introduceți https://10.1.1.1, dacă introduceți doar 10.1.1.1 dvs. poate face ca Google să încerce să o caute și să nu reușească, deoarece nu sunteți conectat la internet)

Pagina de configurare vă permite să setați puterea de transmisie WiFi. Numere mai mici pentru consum redus de putere și autonomie și curent. De asemenea, puteți schimba numerele de port pentru conexiunile TCP și UDP. Implicit 10110 este portul desemnat pentru conexiunile NMEA, dar puteți alege propriul dvs., dacă doriți. Numerele IP sunt fixe. În cele din urmă, puteți seta rata de transmisie pentru a se potrivi cu sursa dvs. NMEA / AIS. 4800 baud este rata de baud standard pentru NMEA. În timp ce 34800 baud este rata de baud standard pentru AIS.

După ce ați făcut selecțiile, faceți clic pe Trimiteți și se afișează o pagină de rezumat a modificărilor care au fost stocate.

Dacă acestea nu sunt corecte, utilizați butonul Înapoi al browserului pentru a reveni și a le remedia. Pentru a aplica modificările, placa trebuie repornită. Dacă faceți clic pe butonul Aplicați aceste modificări, veți face acest lucru.

Odată ce repornirea plăcii va afișa automat pagina de configurare din nou cu configurația curentă.

Conectați computerul sau dispozitivul mobil la conexiunea TCP sau UDP și verificați dacă primiți date.

Gata s-a terminat !! Sigilați fiecare lucru într-o cutie de plastic etanșă la apă, lăsând libere doar cele două cabluri de alimentare și cele două cabluri RS232.

Pasul 6: Ajutor - Fără date

După ce v-ați conectat la rețea și ați setat dispozitivul mobil să se conecteze la TCP 10.1.1.1 și la portul pe care l-ați setat (sau vă alăturați grupului UDP multicast 230.1.1.1 cu portul pe care l-ați setat), dacă tot nu obțineți orice date încercați pașii următori.

1) Verificați dacă echipamentul NMEA / AIS este pornit

2) Verificați dacă cablurile RS232 sunt conectate corect.

3) Verificați setarea „controlului debitului” de pe echipamentul dvs. NMEA / AIS. Setați-l la „NICI” dacă aceasta este o opțiune. Dacă nu, alegeți „hardware” SAU controlul fluxului RTS / CTS și scurtcircuitați pinii RTS la CTS și DSR ai cablului NMEA / AIS. Adică pentru un conector DB-25, conectați pinii 4 și 5 și 6 împreună. Pentru un conector DB-9, conectați pinii 6 și 7 și 8 împreună. Cu controlul „hardware” echipamentul NMEA / AIS (DTE) afirmă RTS (ReadyToSend) atunci când dorește să trimită date. Cu aceste conexiuni pinul RTS acționează pinii ClearToSend (CTS) și DataSetReady (DSR) care sunt introduși înapoi în echipamentul NMEA / AIS pentru a-i spune că cealaltă parte este pregătită și capabilă să primească date.

Depanare

Pentru a activa ieșirea TX de depanare, necomentare, adică editați la #define DEBUGLângă partea de sus a schiței ESP8266_NMEA_BRIDGE.ino.

Scoateți cablurile USB TX / RX și conectați doar cablul galben RX la ieșirea TX Debug. Lăsați cablul GND negru conectat la GND pentru TX / RX. Arduino IDE Serial Monitor va afișa acum mesajele de depanare.

În mod implicit, grupul UDP multicast este pornit, dar îl puteți dezactiva comentând, adică editați la // #define UDP_BROADCAST lângă partea de sus a schiței ESP8266_NMEA_BRIDGE.ino.

Concluzie

Acest pod NMEA / AIS RS232 la WiFi este robust și simplu de utilizat. Funcționează eficient dintr-o sursă de 12 baterii și este suficient de ieftin pentru a transporta o rezervă cu tine pe care o poți schimba în mijlocul călătoriei, dacă este necesar.