Levný rozbočovač NMEA/AIS - most RS232 na Wifi pro použití na palubě: 6 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:18

Aktualizace 9. ledna 2021 - Přidáno další připojení TCP a opětovné použití posledního připojení, pokud se připojí více klientů Aktualizovat 13. prosince 2020 - nebyla přidána žádná konfigurační verze kódu pro lodě se stávajícími routery

Úvod

Tento most NMEA / AIS RS232 na WiFi je založen na WiFi štítu ESP8266-01. AIS je automatický identifikační systém, který zobrazuje polohu blízkých lodí. NMEA 0183 je standard National Marine Electronics Association používaný pro zprávy GPS.

Most RS232 na WiFi byl upraven z WiFi štítu ESP8266-01 tak, aby byl napájen 12V baterií a přijímal vstup RS232 (+/- 15V) a vytvořil lokální síť, která vysílá data přes TCP a UDP. Byl vyvinut ve spolupráci s Joem, který chtěl provozovat levnou a jednoduchou samostatnou místní síť pro přístup k datům svého AIS odkudkoli na své jachtě. Výsledný modul vytvoří přístupový bod (směrovač) a nastaví server TCP až pro 4 připojení a také vysílá data ve skupině vysílání UDP. K dispozici je konfigurační webová stránka pro nastavení čísel portů TCP a UDP, výkonu WiFi Tx a příchozí přenosové rychlosti RS232. Na rozdíl od štítu WiFi neexistuje žádné konfigurační tlačítko, takže jakmile je modul zkonstruován, může být vodotěsně zcela utěsněn. Ochranné obvody jsou zahrnuty, aby bylo toto zařízení odolné proti chybnému zapojení. Přestože byl modul navržen s ohledem na NMEA (GPS) a AIS, zvládne všechna data RS232 s přenosovou rychlostí mezi 4800 a 38400 (a další úpravou skici Arduino).

Funkce

• Využívá levný a snadno dostupný modul ESP8266-01:- Lze použít i jiné moduly ESP8266
• Robustní:- Obvod má zabudovanou řadu ochran, které chrání před chybami při zapojení.
• Energeticky účinný:- Napájecí zdroj DC-DC měniče účinně napájí jednotku z baterie 12V a výkon WiFi Tx lze snížit, aby se šetřilo více energie.
• Jednoduché použití:- Stačí připojit napájení 5,5 V na 12 V a linku RS232 TX a poté připojit přijímač k síti a připojit se ke službě TCP nebo UDP a přijímat data. Pokud jednotka selže, lze ji rychle vyměnit za náhradní
• Jednoduchá konfigurace:- Není nutné žádné nové programování, žádný speciální konfigurační režim. K dispozici je konfigurační stránka, která umožňuje nastavit přenosovou rychlost RS232 a vysílací výkon WiFi a čísla portů pro servery TCP a UDP

• Volitelně Žádná verze konfigurace:- Existuje také další skica, kde je veškerá konfigurace předprogramována. To je pro situace, které již mají místní síť spuštěnou s vlastním routerem (přístupový bod)

Zásoby:

Tento most ESP8266-01 RS232 na WiFi potřebuje následující součásti nebo podobné. Zde uvedené ceny jsou k srpnu 2020 a nezahrnují náklady na poštovné a nějaké plastové pouzdro:-

WiFi modul ESP8266-01-~ 1,50 USD online (využijte své šance) NEBO pro spolehlivý produkt SparkFun ESP8266-01-6,95 USD

MPM3610 3.3V Buck Converter Adafruit-US $ 5,95 5V na 21V vstup, NEBO DC-DC 3A Buck Step-down napájecí modul online Aliexpress ~ US2.00

10kolíkový konektor Element14-0,40 USD (nebo 28 pinový konektorový konektor od společnosti Jaycar 0,95 USD)

1 off 1N5711 Schottky Diode Digikey US $ 1,15 (nebo Jaycar AU 1,60 $)

2 off 1N4001 diody SparkFun US $ 0,30 (nebo 1N4004 Jaycar AU $ 1,00) Jakákoli 1A 50V nebo vyšší dioda bude stačit, např. 1N4001, 1N4002, 1N4003, 1N4004

1 off 2N3904 NPN tranzistor SparkFun US $ 0,50 (nebo Jaycar AU 0,75 $ jakýkoli NPN pro všeobecné použití s Vce> 40V, Hfe> 50 při 1mA, Ic> 50mA např. BC546, BC547, BC548, BC549, BC550, 2N2222

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

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

1 off 10K odporový prvek14 US $ 0,05 (nebo 10k Ohm 0,5 W kovové filmové rezistory - balení 8 kusů od Jaycara AU 0,85 $)

Deska Vero (odkazy a sběrnice) Jaycar HP9556 NEBO (pásková měď) (pásová měď) např. Jaycar HP9540 ~ 5,50 USD

a plastové pouzdro a propojovací drát.

Celkové náklady ~ 9,90 USD + poštovné a plastové pouzdro (k srpnu 2020) pomocí modulu Aliexpress ESP8266-01 a DC-DC NEBO ~ 19,30 USD pomocí modulu Sparkfun ESP8266-01 a převaděče Adafruit DC-DC. Dost levný na výrobu pár náhradních dílů.

K naprogramování mostu RS232 na WiFi potřebujete také kabel USB to Serial. Zde se používá sériový kabel USB k TTL SparkFun (10,95 USD), protože má pěkně označené konce a má podporu ovladačů pro širokou škálu operačních systémů. (plus poštovné a kufřík).

Krok 1: Schéma zapojení a ochrana obvodu

Nahoře je schéma zapojení mostu RS232 na WiFi (verze pdf). Toto bylo adaptováno z Wifi štítu ESP8266-01 a upraveno tak, aby přijímalo RS232 a napájení 5V až 12V (baterie). Převodník DC na DC poskytuje energeticky účinný provoz z baterie 12V pro noční použití, když není k dispozici solární energie a spotřeba energie je na špičkové úrovni.

Do obvodu byla zabudována řada obvodových ochran. Připojení na levé straně obvodu se používají pouze během výstavby k programování/ladění jednotky. Rezistory 330R R6 a R7 chrání při programování/ladění před zkratem výstupu TX na výstup TX. Při programování připojujete TX k RX a RX k TX. Výstup ladění TX by měl být připojen ke vstupu RX UART 3v3, aby se zobrazil výstup ladění (viz komentáře v náčrtu ESP8266_NMEA_BRIDGE.ino).

Připojení na pravé straně obvodu slouží k připojení dokončené jednotky k napájení a zdroji NMEA/AIS RS232. Toto jsou jediná připojení, která musí být přístupná, jakmile je jednotka postavena. Udržujte tato spojení v párech.

2N3904 poskytuje inverzi a posunutí úrovně ze signálu RS232 +/- 15V na vstup TTL UART do ESP2866. Zpětné napětí mezi vysílačem a základnou 2N3904 je specifikováno tak, aby vydrželo alespoň 6V. D4 omezuje napětí základny reverzního vysílače na méně než 1 V, pokud je vstup RS232 -15V.

Nakonec „Ovladače a přijímače RS-232 musí být schopné odolat neomezenému zkratu k zemi“(wikipedie RS232), takže pokud omylem připojíte linky RS232 ke svorkám napájecího zdroje, nemělo by dojít k poškození zařízení NMEA/AIS.

Zdroj napájení

Dioda D1 brání tomu, aby na měnič DC-DC bylo aplikováno zpětné napětí, pokud byste při zapojování vyměnili připojení +V a GND. D1 má malý svodový proud. D2 poskytuje nízkonapěťovou cestu pro tento svodový proud, aby udržovala zpětné napětí na měniči DC -DC pod -0,3V. Rezistor 330R (R10) v řadě RS232 GND poskytuje ochranu proti zkratování baterie na kostru, pokud je kladný vodič baterie připojen k vodiči GND napájecího zdroje desky, zatímco je připojen RS232 GND.

Převodník DC-DC je dimenzován na provozní vstup až 21 V, takže je vhodný pro výměnu baterie 12V. Baterie při plném nabití může být až ~ 14,8 V a napětí nabíječky může být vyšší, 16 V nebo více. Vstupní napětí 21 V měniče DC-DC je dimenzováno, aby to zvládlo. Náhodné připojení reverzního napájení (uprostřed noci za nepříznivého počasí) je chráněno proti. Absolutní maximální napětí pro vstup převodníku je 28 V, takže může být připojen signál RS232. Napětí RS232 je specifikováno jako menší než +/- 25V.

Pokud omylem připojíte vodiče ze svého napájecího zdroje k přípojkám RS232 TX/GND (buď zaměněné nebo ne), odpory 10K a 330R budou chránit před zkratem napájení.

Stručně řečeno, obvod je chráněn proti záměně napájení a kabelů RS232 a připojení vodičů z těchto párů oběma způsoby. Zamíchání vodičů, jeden z každého páru, není chráněno proti všem kombinacím, takže mějte RS232 a napájecí vodiče spárované a propojte je v párech.

Průměrný proud používaný deskou je asi 100 mA (v závislosti na vysílacím výkonu WiFi a rychlosti přenosu dat). Pokud by byl k napájení desky z baterie 12V použit jednoduchý lineární regulátor, spotřeba energie by byla 12 x 100 mA = 1,2 W nebo 1,2 Ah po dobu 12 nocí. Pomocí převodníku DC na DC, který má účinnost ~ 70%, sníží toto zatížení na 0,47 W nebo 0,47 Ah během 12 hodin v noci.

Krok 2: Konstrukce

Tuto jednotku jsem zkonstruoval pomocí malého kousku vero desky s odkazy a napájecími sběrnicemi (verze pdf). Zde jsou pohledy shora a zdola na dokončenou desku. Po dokončení pečlivě zkontrolujte zapojení. Je snadné připojit kabel na špatný kolík, když otočíte a zapojíte zespodu.

Krok 3: Programování štítu WiFi

Každý most RS232 na WiFi je třeba naprogramovat pouze jednou a nikdy více. Integrovaná webová stránka poskytuje přístup k dostupným konfiguracím.

Instalace podpory ESP8266

Při programování štítu postupujte podle pokynů na stránce https://github.com/esp8266/Arduino v části Instalace pomocí Správce desek. Při otevírání Správce desek z nabídky Nástroje → Deska vyberte Typ přispěl a nainstalujte platformu esp8266. Tento projekt byl sestaven pomocí ESP8266 verze 2.6.3. Pozdější verze mohou být lepší, ale mohou mít své vlastní chyby, protože se platforma rychle vyvíjí.

Zavřete a znovu otevřete Arduino IDE a nyní můžete vybrat „Obecný modul ESP8266“z nabídky Nástroje → Deska.

Instalace podpůrných knihoven

Musíte také nainstalovat z https://www.forward.com.au/pfod/pfodParserLibraries/index.html nejnovější verze knihovny pfodESP8266BufferedClient (pro pfodESP8266Utils.h a pfodESP8266BufferedClientDy) a knihovnu millisDela h).

Stáhněte si tyto soubory zip do počítače, přesuňte je na plochu nebo do jiné složky, kterou můžete snadno najít, a poté je použijte pomocí nabídky Arduino IDE Sketch → Import Library → Add Library. Musíte také nainstalovat knihovnu SafeString. Knihovna SafeString je k dispozici u správce knihovny Arduino nebo si můžete stáhnout soubor SafeString.zip přímo pro ruční instalaci pomocí Sketch → Import Library → Add Library

Zastavte a restartujte IDE Arduino a v části Soubor-> Příklady byste nyní měli vidět pfodESP8266BufferedClient a SafeString.

Programování rady

Chcete -li desku naprogramovat, přepněte desku do režimu programování zkratováním odkazu (vlevo dole). Poté připojte sériový kabel USB k TTL UART

Mějte na paměti, že připojte pouze vodiče 3V3 TX/RX k levostrannému připojení pomocí 3V3 TX/RX ze sériového kabelu USB k TTL Sparkfun. Kabelové připojení je RX (žlutý), TX (oranžový), VCC (5V) (červený), a GND (černý). Pamatujte, že žlutý (RX) kabel je připojen ke kolíku TX na desce a oranžový (TX) kabel je připojen ke kolíku RX na desce. Černý (GND) kabel je připojen ke kolíku GND pro TX/RX

Poznámka: Zdá se, že existují dvě verze tohoto kabelu. Starší verze mají 5 V Vcc a RX (hnědý), TX (Tan-like/Peach), VCC (červený) a GND (černý), každopádně zde není použit kabel VCC. Existují také komentáře, že vodič TX a RX je v některých případech obrácen. Pokud Arduino IDE neumí programovat desku, zkuste prohodit kabely TX/RX. 330R chrání před šortkami TX-TX.

Napájejte desku z 6V na 12V 500mA nebo většího zdroje nebo baterie. Nejprve připojte napájecí kabel -Ve (GND), aby se proud napájecího zdroje nepokoušel protékat zpět přes připojení USB. Přednostně použijte izolovaný (plovoucí) zdroj 6 V až 12 V nebo baterii. Moduly Aliexpress DC-DC potřebují napájení alespoň 6,5 V.

Poté připojte kabel USB k počítači. Vyberte jeho port COM v nabídce Nástroje → Port. Nechte frekvenci CPU, velikost Flash a rychlost odesílání na výchozím nastavení.

Zkontrolujte fotografii a vaše zapojení. Viz také Tipy k programování ESP8266 (espcomm se nezdařil) Zkompilujte skicu ESP8266_NMEA_BRIDGE.ino. Poté vyberte Soubor → Nahrát nebo pomocí tlačítka Šipka vpravo program zkompilujte a nahrajte. Nahrají se dva soubory. Pokud se vám při nahrávání zobrazí chybová zpráva, zkontrolujte, zda jsou vaše kabelová připojení zapojena do správných kolíků, a zkuste to znovu.

Jakmile je programování dokončeno, odeberte programovací režim zkratováním spojení a programovacích připojení TX/RX a poté vypnutím a zapnutím napájení restartujte desku v normálním režimu.

Připojte zařízení NMEA/AIS.

Žádná konfigurační verze

Existuje další verze této skici, ESP8266_NMEA_BRIDGE_noCfg.ino, ve které je veškerá konfigurace předprogramována v kódu skici. V tomto případě se hub NMEA připojí ke stávajícímu routeru (přístupovému bodu), aby byla data k dispozici v síti.

Celá konfigurace je v horní části souboru ESP8266_NMEA_BRIDGE_noCfg.ino.

// =================== HARD CODED CONFIG =====================

const char ssid = "yourRouterSSID"; // zde nastavte SSID vaší sítě const char heslo = "yourRouterPassword"; // zde zadejte heslo vaší sítě IPAddress staticIP (10, 1, 1, 190); // zde nastavte statickou IP adresu NMEA hub. UPOZORNĚNÍ, mezi čísly // se ujistěte, že se stejnou IP není spuštěno žádné jiné zařízení a že je IP v rozsahu IP routeru // běžné IP adresy routeru jsou 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 // router je obvykle 10.1.1.1 nebo 192.168.1.1 nebo 172.16.1.1 v závislosti na jeho rozsahu IPAddress udpBroadcaseIP (230, 1, 1, 1); // zde nastavte IP vysílání UDP. Všimněte si, mezi čísly. Tato IP je nezávislá na dosahu routeru neměňte konst uint16_t tcpPortNo = 10110; // nastavení portu serveru NMEA tcp Ne zde const uint16_t udpPortNo = 10110; // nastaví vysílací port NMEA UDP Ne zde const unsigned int txPower = 10; // TX výkon v rozsahu 0 až 82; const unsigned int GPS_BAUD_RATE = 4800; // Sériová přenosová rychlost vašeho GPS modulu // =================== KONEC TVRDÉ KÓDOVANÉ KONFIGURACE =================

Krok 4: Přidání indikátorů (volitelně)

Můj konzultant plavby pro tento projekt, Jo, navrhl namontovat na pouzdro LED diodu Red Power a Green Data, aby naznačil, že věci běží. Zde je upravený obvod s přidanými dvěma LED diodami. (verze pdf)

R9 a R11 nastavují proud LED a tím i jas. Použijte největší odpor, díky kterému jsou LED diody stále viditelné. Na přímém slunci nebo v prosvětlené kabině budou špatně viditelné, proto pro maximální viditelnost namontujte jednotku do tmavého rohu. Jaycar má vhodné LED diody červené a zelené (~ 2,75 USD) a Sparkfun má několik super jasných červených a zelených LED (1,70 USD), ale téměř jakákoli červená a zelená LED bude stačit.

Krok 5: Nastavení konfigurace prostřednictvím integrované webové stránky

Když desku po programování zapnete, automaticky vytvoří místní síť. To znamená, že se stane místním přístupovým bodem (routerem). Název sítě bude začínat NMEA_ následovaný 12 hexadecimálními číslicemi unikátními pro každou desku, např. NMEA_18FE34A00239 Heslo pro místní síť je vždy NMEA_WiFi_Bridge. Pokud potřebujete vyměnit jednotky na moři, vypněte starou, nainstalujte náhradní a poté vyhledejte novou síť NMEA_….. a připojte se pomocí hesla NMEA_WiFi_Bridge.

Pokud síť nevidíte, přejděte blíže k desce s obvody a zkontrolujte, zda jsou správně připojeny napájecí kabely. Deska ESP8266-01 by měla mít modré světlo.

Jakmile se připojíte k síti pomocí počítače nebo mobilního telefonu, můžete otevřít konfigurační webovou stránku na adrese https://10.1.1.1 (Poznámka: zadejte https://10.1.1.1, pokud zadáte pouze 10.1.1.1, může přimět Google, aby to hledal a selhal, protože nejste připojeni k internetu)

Stránka konfigurace vám umožňuje nastavit vysílací výkon WiFi. Nižší čísla pro menší výkon a dosah a aktuální spotřebu. Můžete také změnit čísla portů pro připojení TCP a UDP. Výchozí port 10110 je určený port pro připojení NMEA, ale pokud si přejete, můžete si vybrat svůj vlastní. Čísla IP jsou pevná. Nakonec můžete nastavit přenosovou rychlost tak, aby odpovídala vašemu zdroji NMEA/AIS. 4800 baudů je standardní přenosová rychlost pro NMEA. Zatímco 34800 baudů je standardní přenosová rychlost pro AIS.

Jakmile provedete výběr, klikněte na Odeslat a zobrazí se souhrnná stránka změn, které byly uloženy.

Pokud nejsou správné, vraťte se pomocí tlačítka zpět v prohlížeči a opravte je. Chcete -li použít změny, je třeba desku restartovat. To provedete kliknutím na tlačítko Použít tyto změny.

Jakmile se deska restartuje, automaticky znovu zobrazí konfigurační stránku s aktuální konfigurací.

Připojte počítač nebo mobilní zařízení k připojení TCP nebo UDP a zkontrolujte, zda přijímáte data.

Tím to skončilo !! Utěsněte každou věc ve vodotěsné plastové krabičce a ponechejte pouze dva napájecí vodiče a dva vodiče RS232.

Krok 6: Nápověda - žádná data

Jakmile se připojíte k síti a nastavíte mobilní zařízení tak, aby se připojovalo k TCP 10.1.1.1 a k portu, který jste nastavili (nebo se připojte k skupině UDP multicast 230.1.1.1 s portem, který jste nastavili), pokud se stále nedostanete jakákoli data vyzkoušejte následující kroky.

1) Zkontrolujte, zda je zapnuté zařízení NMEA / AIS

2) Zkontrolujte, zda jsou kabely RS232 připojeny správným způsobem.

3) Zkontrolujte nastavení „řízení toku“na vašem zařízení NMEA / AIS. Pokud je to možnost, nastavte ji na „ŽÁDNÝ“. Pokud ne, zvolte 'hardware' NEBO RTS / CTS řízení toku a zkratujte piny RTS na CTS a DSR kabelu NMEA / AIS. To je pro konektor DB-25, spojte piny 4 a 5 a 6 dohromady. Pro konektor DB-9 spojte piny 6 a 7 a 8 dohromady. S 'hardwarovým' ovládáním zařízení NMEA / AIS (DTE) potvrzuje RTS (ReadyToSend), když chce odesílat data. S těmito připojeními pin RTS pohání piny ClearToSend (CTS) a DataSetReady (DSR), které jsou vloženy zpět do zařízení NMEA / AIS, aby mu řekly, že druhá strana je připravena a schopna přijímat data.

Ladění

Chcete -li zapnout výstup ladění TX, odkomentujte, tj. Upravte #define DEBUGnear the top of the ESP8266_NMEA_BRIDGE.ino sketch.

Odstraňte kabely USB TX/RX a připojte žlutý kabel RX k výstupu Debug TX. Nechte černý GND kabel připojený k GND pro TX/RX. Sériový monitor Arduino IDE nyní zobrazí zprávy o ladění.

Ve výchozím nastavení je spuštěna skupina vícesměrového vysílání UDP, ale můžete ji deaktivovat komentářem, tj. Upravit // //define UDP_BROADCAST v horní části skici ESP8266_NMEA_BRIDGE.ino.

Závěr

Tento most NMEA/AIS RS232 na WiFi je robustní a snadno se používá. Efektivně běží ze zdroje 12 baterií a je dostatečně levný na to, aby s sebou nosil náhradní, který můžete v případě potřeby vyměnit během plavby.