Olcsó NMEA/AIS hub - RS232 - Wifi híd fedélzeti használatra: 6 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:39

Frissítés 2021. január 9 -én - Extra TCP -kapcsolat, és az utolsó kapcsolat újbóli használata, ha több ügyfél csatlakozik 2020. december 13 -i frissítés - Meglévő útválasztókkal rendelkező hajók kódjának konfigurációs verziója nincs hozzáadva

Bevezetés

Ez az NMEA / AIS RS232-WiFi híd az ESP8266-01 WiFi pajzson alapul. Az AIS egy automatikus azonosító rendszer, amely a közeli hajók helyzetét mutatja. Az NMEA 0183 a Nemzeti Tengeri Elektronikai Szövetség szabványa, amelyet a GPS -üzenetekhez használnak.

Az RS232-WiFi híd az ESP8266-01 WiFi pajzsból lett átalakítva, hogy 12 V-os akkumulátorral működjön, és fogadjon egy RS232 bemenetet (+/- 15 V), és hozzon létre egy helyi hálózatot, amely TCP és UDP-n keresztül sugározza az adatokat. Jo -val közösen fejlesztették ki, aki olcsó és egyszerű önálló helyi hálózatot akart üzemeltetni, hogy hozzáférhessen az AIS adataihoz bárhol a jachtján. Ez a modul létrehoz egy hozzáférési pontot (egy útválasztót), és beállít egy TCP -kiszolgálót legfeljebb 4 kapcsolathoz, és az adatokat egy UDP broadcast csoporton is sugározza. Egy konfigurációs weboldal áll rendelkezésre a TCP és UDP portszámok, a WiFi Tx tápellátás és a bejövő RS232 átviteli sebesség beállításához. A WiFi pajzzsal ellentétben nincs konfigurációs gomb, így a felépítés után a modul teljesen lezárható vízzáróan. Védőáramkörök tartoznak ahhoz, hogy ez az eszköz robosztus legyen a hibás huzalozás ellen. Miközben az NMEA (GPS) és az AIS szem előtt tartásával készült, a modul minden RS232 adatot 4800 és 38400 közötti átviteli sebességgel kezel (és másokat az Arduino vázlat szerkesztésével).

Jellemzők

• Az olcsó és könnyen hozzáférhető ESP8266-01 modult használja:- Más ESP8266 modulok is használhatók
• Robusztus:- Az áramkör számos védelemmel rendelkezik, amelyek megvédik a bekötéskor fellépő hibákat.
• Energiatakarékos:- A DC-DC átalakító tápegysége hatékonyan táplálja a készüléket 12 V-os akkumulátorról, és a WiFi Tx teljesítménye csökkenthető, hogy több energiát takarítson meg.
• Egyszerű használat:- Csak csatlakoztasson egy 5,5 V-12 V-os tápegységet és az RS232 TX vezetéket, majd csatlakoztassa a vevőt a hálózathoz, és csatlakozzon a TCP vagy UDP szolgáltatáshoz az adatok fogadásához. Gyorsan cserélhető egy tartalékra, ha az egység meghibásodik
• Egyszerű konfigurálás:- Nincs szükség újraprogramozásra, nincs speciális konfigurációs mód. Egy konfigurációs oldal található, amely lehetővé teszi az RS232 átviteli sebesség, a WiFi átviteli teljesítmény és a TCP- és UDP -kiszolgálók portszámának beállítását

• Opcionális Nincs konfigurációs verzió:- Van egy másik vázlat is, ahol az összes konfiguráció előre be van programozva. Ez azokra a helyzetekre vonatkozik, amelyekben már működik egy helyi hálózat saját útválasztóval (hozzáférési pont)

Kellékek:

Ennek az ESP8266-01 RS232-WiFi hídnak a következő alkatrészekre van szüksége. Az itt feltüntetett árak 2020 augusztusában vannak, és nem tartalmazzák a szállítási költségeket és valamilyen műanyag tokot:-

WiFi modul ESP8266-01-~ 1,50 USD online (kockáztatja) VAGY a megbízható termékért SparkFun ESP8266-01-6,95 USD

MPM3610 3,3 V-os Buck konverter Adafruit-5,95 USD

10 tűs fejlécelem14-0,40 USD (vagy 28 tűs fejléccsík a Jaycar-tól 0,95 USD)

1 kedvezmény 1N5711 Schottky Diode Digikey 1,15 USD (vagy Jaycar AU 1,60 USD)

2 db 1N4001 dióda SparkFun US $ 0.30 (vagy 1N4004 Jaycar AU $ 1.00) Bármilyen 1A 50V vagy nagyobb dióda alkalmas, pl. 1N4001, 1N4002, 1N4003, 1N4004

1 off 2N3904 NPN tranzisztor SparkFun US $ 0.50 (vagy Jaycar AU $ 0.75 minden általános célú NPN, Vce> 40V, Hfe> 50 1mA, Ic> 50mA, pl. BC546, BC547, BC548, BC549, BC550, 2N2222

6 x 3K3 ellenállás pl. 3K3 ellenállások - Digikey - 0,60 USD (vagy 3K3ohm 1/2 Watt 1% fémfólia ellenállások - Pk.8 a Jaycar -tól 0,85 USD)

3 db 330R ellenállás elem

1 db 10K ellenállás elem 14 US $ 0,05 (vagy 10 kOhm 0,5 wattos fémfólia ellenállások - 8 db -os csomag a Jaycar -tól 0,85 USD)

Vero tábla (linkek és buszsínek) Jaycar HP9556 OR (szalagréz) (szalagréz) pl. Jaycar HP9540 ~ 5,50 USD

és egy műanyag tok és egy összekötő vezeték.

Teljes költség ~ 9,90 USD + szállítás és műanyag tok (2020 augusztusától) Aliexpress ESP8266-01 és DC-DC modul használatával VAGY ~ 19,30 USD a Sparkfun ESP8266-01 modul és az Adafruit DC-DC bak konverter használatával. Elég olcsó ahhoz, hogy pár tartalékot készítsen.

Az RS232 WiFi Bridge programozásához USB -soros kábelre is szükség van. Itt a SparkFun USB -TTL soros kábelét (10,95 USD) használják, mert szépen felcímkézett végekkel rendelkezik, és illesztőprogram -támogatást nyújt az operációs rendszerek széles skálájához. (plusz szállítás és tok).

1. lépés: Az áramkör diagramja és az áramkörök védelme

Fentebb az RS232 - WiFi Bridge kapcsolási rajza (pdf verzió). Ezt az ESP8266-01 Wifi Shield-ből alakították ki, és úgy módosították, hogy elfogadja az RS232-t és az 5V-12V (akkumulátor) tápellátást. A DC -DC átalakító energiatakarékos működést biztosít 12 V -os akkumulátorról éjszakai használatra, ha nincs napenergia, és az energiafelhasználás kiemelkedő.

Az áramkörbe számos áramköri védelmet építettek be. Az áramkör bal oldalán található csatlakozásokat csak az építés során használják az egység programozásához/hibakereséséhez. A 330R R6 és R7 ellenállások megvédik a TX kimenetet a TX kimenet rövidre zárásától programozás/hibakeresés során. Programozáskor a TX -t az RX -hez és az RX -t a TX -hez csatlakoztatja. A hibakeresési TX kimenetet egy RX UART 3v3 bemenethez kell csatlakoztatni a hibakeresési kimenet megtekintéséhez (lásd az ESP8266_NMEA_BRIDGE.ino vázlat megjegyzéseit).

Az áramkör jobb oldalán található csatlakozások a kész egység áramellátáshoz és az NMEA/AIS RS232 forráshoz való csatlakoztatására szolgálnak. Ezek az egyetlen kapcsolatok, amelyeknek hozzáférhetőnek kell lenniük az egység felépítése után. Tartsa ezeket a kapcsolatokat párban.

A 2N3904 biztosítja az inverziót és a szinteltolást az RS232 +/- 15V jelről a TTL UART bemenetre az ESP2866-ra. A 2N3904 Emitter és a bázis közötti fordított feszültség legalább 6 V ellenáll. A D4 korlátozza a fordított Emitter Base feszültséget 1V -nál kisebb értékre, ha az RS232 bemenet -15V.

Végül: „Az RS-232 illesztőprogramoknak és vevőknek ellenállniuk kell a korlátlan rövidzárlatnak a földhöz” (RS232 wikipédia), így ha véletlenül csatlakoztatja az RS232 vezetékeket a tápegység termináljaihoz, az nem károsíthatja az NMEA/AIS eszközt.

Tápegység

A D1 dióda megakadályozza, hogy fordított feszültséget hozzon létre a DC-DC átalakító, ha véletlenül felcseréli a +V és a GND csatlakozást. A D1 kis szivárgási árammal rendelkezik. A D2 kisfeszültségű útvonalat biztosít ahhoz a szivárgási áramhoz, hogy a DC -DC átalakító fordított feszültsége -0,3 V alatt maradjon. Az RS232 GND vonal 330R ellenállása (R10) védelmet nyújt az akkumulátor testzárlatával szemben, ha az akkumulátor +ve vezeték csatlakoztatva van a tápegység GND vezetékéhez, miközben az RS232 GND csatlakoztatva van.

A DC-DC átalakító akár 21 V üzemi bemenetre van méretezve, így 12 V-os akkumulátorra alkalmas, miközben újratöltik. A teljesen feltöltött akkumulátor ~ 14,8 V, a töltő feszültsége pedig magasabb, 16 V vagy több lehet. A DC-DC átalakító 21 V-os bemeneti besorolása alkalmas erre. A véletlen fordított tápellátás (az éjszaka közepén, durva időben) védett. Az átalakító bemenetének maximális abszolút feszültsége 28V an, így kezelhető, ha RS232 jel van csatlakoztatva. Az RS232 feszültség kisebb, mint +/- 25V.

Ha véletlenül csatlakoztatja a tápegység vezetékeit az RS232 TX/GND csatlakozásokhoz (akár cserélve, akár nem), a 10K és a 330R ellenállások megvédik a tápegység rövidzárlatától.

Összefoglalva, az áramkör védve van az áram- és RS232 -vezetékek cseréjétől, és a párok vezetékeinek bármely módon történő csatlakoztatásától. A minden vezetékpárból egy -egy vezeték összekeverése nem védett minden kombinációban, ezért tartsa párosítva az RS232 és a tápvezetékeket, és kösse őket párban.

A kártya átlagos áramfelvétele körülbelül 100 mA (a WiFi átviteli teljesítményétől és adatátviteli sebességétől függően). Ha egy egyszerű lineáris szabályozót használtak a tápegység 12 V -os akkumulátorról történő táplálásához, akkor az energiafogyasztás 12 V x 100 mA = 1,2 W vagy 1,2 Ah 12 éjszaka alatt. A DC -DC átalakító használatával, amely ~ 70% hatékony, ez a terhelés 0,47 W -ra vagy 0,47 Ah -ra csökken 12 óra éjszaka alatt.

2. lépés: Építés

Ezt az egységet egy kis vero tábla segítségével építettem meg, linkekkel és erő buszokkal (pdf verzió). Íme az elkészült tábla felső és alsó nézete. Győződjön meg róla, hogy alaposan ellenőrizze a kábelezést, ha befejezte. Könnyen vezethet rossz csaphoz, ha megfordul, és alulról vezet.

3. lépés: A WiFi pajzs programozása

Minden RS232 -WiFi hídot egyszer kell programozni, és soha többé. A beépített weboldal hozzáférést biztosít a rendelkezésre álló konfigurációkhoz.

ESP8266 támogatás telepítése

A pajzs programozásához kövesse a https://github.com/esp8266/Arduino webhelyen az Installing With Boards Manager alatt található utasításokat. Amikor megnyitja a Fórumkezelőt az Eszközök → Tábla menüből, válassza a Típus hozzájárult lehetőséget, és telepítse az esp8266 platformot. Ez a projekt az ESP8266 2.6.3 verziójával készült. A későbbi verziók jobbak lehetnek, de saját hibáik lehetnek, mivel a platform gyorsan fejlődik.

Zárja be és nyissa meg újra az Arduino IDE-t, és most kiválaszthatja az „Általános ESP8266 modul” lehetőséget az Eszközök → Fórum menüben.

Támogató könyvtárak telepítése

Telepítenie kell a https://www.forward.com.au/pfod/pfodParserLibraries/index.html webhelyről a pfodESP8266BufferedClient könyvtár legújabb verzióit (a pfodESP8266Utils.h és a pfodESP8266BufferedClient.h) és a millisDe (millisDe h).

Töltse le ezeket a zip fájlokat a számítógépére, helyezze át az asztalára vagy más könnyen megtalálható mappába, majd használja az Arduino IDE menüvázlat Vázlat → Könyvtár importálása → Könyvtár hozzáadása telepítéséhez. Telepítenie kell a SafeString könyvtárat is. A SafeString könyvtár az Arduino könyvtárkezelőből érhető el, vagy közvetlenül letöltheti a SafeString.zip fájlt a kézi telepítéshez a Vázlat → Könyvtár importálása → Könyvtár hozzáadása menüpontban.

Állítsa le és indítsa újra az Arduino IDE-t, és a Fájl-> Példák alatt most látnia kell a pfodESP8266BufferedClient és SafeString parancsot.

A testület programozása

A tábla programozásához állítsa a táblát programozási módba a link rövidítésével (bal alsó). Ezután csatlakoztassa az USB -t a TTL UART soros kábelhez

Megjegyzés Óvatosan csak a 3V3 TX/RX vezetékeket csatlakoztassa a bal oldali csatlakozóhoz a 3V3 TX/RX segítségével a Sparkfun USB -csatlakozójáról a TTL soros kábelre. A kábelcsatlakozások RX (sárga), TX (narancssárga), VCC (5V) (piros), és GND (fekete). Megjegyzés: A sárga (RX) kábel az alaplapon lévő TX tűhöz, a narancssárga (TX) kábel pedig az alaplapon lévő RX csaphoz van csatlakoztatva. A fekete (GND) kábel a TX/RX tű GND -hez van csatlakoztatva

Megjegyzés: Úgy tűnik, hogy ennek a kábelnek két változata van. A régebbi verziókban 5V Vcc és RX (barna), TX (cserszínű/őszibarack), VCC (piros) és GND (fekete) van, mindenesetre itt nem használják a VCC vezetéket. Vannak megjegyzések arra vonatkozóan is, hogy a TX és RX vezetékek bizonyos esetekben megfordulnak. Ha az Arduino IDE nem tudja programozni a táblát, próbálja meg cserélni a TX/RX kábeleket. A 330R véd a TX-TX rövidnadrágok ellen.

Táplálja a táblát 6V -12V 500mA vagy nagyobb tápegységről vagy akkumulátorról. Csatlakoztassa először a tápegység -Ve (GND) vezetéket, hogy a tápáram ne próbáljon visszafolyni az USB -kapcsolaton keresztül. Lehetőleg szigetelt (lebegő) 6V -12V tápegységet vagy akkumulátort használjon. Megjegyzés: Az Aliexpress DC-DC modulok legalább 6,5 V-os tápfeszültséget igényelnek.

Ezután csatlakoztassa az USB -kábelt a számítógéphez. Válassza ki a COM portját az Eszközök → Port menüben. Hagyja a CPU frekvenciáját, a vaku méretét és a feltöltési sebességet az alapértelmezett beállításokon.

Ellenőrizze a fotót és a vezetékeket. Lásd még az ESP8266 programozási tippeket (az espcomm nem sikerült) Fordítsa össze az ESP8266_NMEA_BRIDGE.ino vázlatot. Ezután válassza a Fájl → Feltöltés lehetőséget, vagy használja a Jobbra nyíl gombot a program összeállításához és feltöltéséhez. Két fájl van feltöltve. Ha hibaüzenetet kap a feltöltéskor, ellenőrizze, hogy a kábelcsatlakozások a megfelelő tűkhöz vannak -e csatlakoztatva, és próbálja újra.

A programozás befejezése után távolítsa el a programozási módot, amely rövidre zárja a kapcsolatot, és a programozó TX/RX csatlakozásokat, majd kapcsolja ki és be a tápegységet, hogy újraindítsa a táblát a normál módban.

Csatlakoztassa az NMEA/AIS eszközt.

Nincs konfigurációs verzió

Ennek a vázlatnak van egy másik változata is, az ESP8266_NMEA_BRIDGE_noCfg.ino, amelyben az összes konfiguráció előre be van programozva a vázlatkódba. Ebben az esetben az NMEA hub egy meglévő útválasztóhoz (hozzáférési ponthoz) csatlakozik, hogy hozzáférhetővé tegye az adatokat a hálózat számára.

A konfiguráció az ESP8266_NMEA_BRIDGE_noCfg.ino fájl tetején található.

// ==================== Keményen kódolt CONFIG ==================

const char ssid = "yourRouterSSID"; // állítsa be a hálózat SSID -jét itt const char password = "yourRouterPassword"; // itt állítsa be a hálózat jelszavát IPAddress staticIP (10, 1, 1, 190); // itt állítsa be az NMEA hub statikus IP -címét. MEGJEGYZÉS: a számok között // győződjön meg arról, hogy más eszköz nem fut ugyanazzal az IP -címmel, és hogy az IP az útválasztó IP -tartományában van // // az általános útválasztó IP -tartományok 10.1.1.2 - 10.1.1.254 // 192.168.1.2 - 192.168.254.254 és // 172.16.1.2 - 172.31.254.254 // az útválasztó általában 10.1.1.1 vagy 192.168.1.1 vagy 172.16.1.1, tartományától függően IPAddd udpBroadcaseIP (230, 1, 1, 1); // itt állítsa be az UDP broadcast IP -t. MEGJEGYZÉS a számok között. Ez az IP független az útválasztó tartományától, ne változtassa meg a konst uint16_t tcpPortNo = 10110; // NMEA tcp szerver port beállítása Nem itt const uint16_t udpPortNo = 10110; // NMEA UDP broadcast port beállítása Nem itt const unsigned int txPower = 10; // TX teljesítmény 0 és 82 között; const unsigned int GPS_BAUD_RATE = 4800; // a GPS modul soros adatátviteli sebessége // ===================

4. lépés: Indikátor LED -ek hozzáadása (opcionális)

Vitorlázási tanácsadóm ezzel a projekttel kapcsolatban Jo javasolta, hogy szereljenek fel egy Red Power ledet és egy Green Data ledet az esetre, jelezve, hogy a dolgok futnak. Itt van a módosított áramkör, amelyhez két LED is tartozik. (pdf verison)

Az R9 és az R11 beállítja a Led áramot és ezáltal a fényerőt. Használja a legnagyobb ellenállást, amely még mindig láthatóvá teszi a LED -eket. Nehéz lesz látni őket közvetlen napfényben vagy világos kabinban, ezért a maximális láthatóság érdekében helyezze a készüléket egy sötét sarokba. A Jaycar megfelelő keretes vörös és zöld LED -ekkel rendelkezik (~ 2,75 USD), a Sparkfun pedig szuper fényes piros és zöld LED -ekkel (1,70 USD) rendelkezik, de szinte minden piros és zöld LED -es megcsinálja.

5. lépés: A konfiguráció beállítása a beépített weboldalon keresztül

Ha programozás után bekapcsolja a táblát, az automatikusan létrehoz egy helyi hálózatot. Vagyis helyi hozzáférési pont (útválasztó) lesz. A hálózat neve NMEA_ karakterrel kezdődik, amelyet 12 hexadecimális számjegy követ, amelyek mindegyik táblán egyediek, pl. NMEA_18FE34A00239 A helyi hálózat jelszava mindig az NMEA_WiFi_Bridge. Ha cserélnie kell az egységeket a tengeren, kapcsolja ki a régit, helyezze be a tartalékot, majd keresse meg az új NMEA_….. hálózatot, és csatlakozzon az NMEA_WiFi_Bridge jelszóval.

Ha nem látja a hálózatot, lépjen közelebb az áramköri laphoz, és ellenőrizze, hogy a tápkábelek megfelelően vannak -e csatlakoztatva. Az ESP8266-01 táblának kék fénynek kell lennie.

Miután csatlakozott a hálózathoz számítógépével vagy mobiltelefonjával, megnyithatja a konfigurációs weboldalt a https://10.1.1.1 címen (Megjegyzés: írja be a https://10.1.1.1 címet, ha csak beírja a 10.1.1.1 előfordulhat, hogy a Google megpróbálja megkeresni, és nem sikerül, mivel nincs internetkapcsolata)

A konfigurációs oldalon beállíthatja a WiFi átviteli teljesítményét. Alacsonyabb számok a kisebb áram- és hatótávolság és áramfelvétel érdekében. Megváltoztathatja a TCP és UDP kapcsolatok portszámát is. Az alapértelmezett 10110 az NMEA -kapcsolatok kijelölt portja, de tetszés szerint kiválaszthatja a sajátját. Az IP -számok rögzítettek. Végül beállíthatja az átviteli sebességet az NMEA/AIS forráshoz. A 4800 baud az NMEA szabványos átviteli sebessége. Míg a 34800 baud az AIS szabványos átviteli sebessége.

A kiválasztás után kattintson a Küldés gombra, és megjelenik a tárolt módosítások összefoglaló oldala.

Ha ezek nem helyesek, akkor a böngésző Vissza gombjával lépjen vissza és javítsa ki őket. A módosítások alkalmazásához a táblát újra kell indítani. Ha rákattint az Alkalmazni ezeket a változtatásokat gombra, ez megtörténik.

Miután a tábla újraindul, automatikusan újra megjeleníti a konfigurációs oldalt az aktuális konfigurációval.

Csatlakoztassa számítógépét vagy mobileszközét a TCP vagy UDP kapcsolathoz, és ellenőrizze, hogy adatokat kap -e.

Ezzel kész !! Zárjon le mindent vízzáró műanyag dobozban, és csak a két tápkábelt és a két RS232 vezetéket hagyja szabadon.

6. lépés: Súgó - nincs adat

Miután csatlakozott a hálózathoz, és beállította, hogy mobileszköze csatlakozzon a TCP 10.1.1.1 és a beállított porthoz (vagy csatlakozzon a 230.1.1.1 UDP multicast csoporthoz a beállított porttal), ha továbbra sem bármilyen adat esetén próbálja meg a következő lépéseket.

1) Ellenőrizze, hogy az NMEA / AIS berendezés be van -e kapcsolva

2) Ellenőrizze, hogy az RS232 kábelek megfelelően vannak -e csatlakoztatva.

3) Ellenőrizze az NMEA / AIS berendezés "flow control" beállítását. Ha ez opció, állítsa a „NONE” értékre. Ha nem, akkor válassza a „hardver” VAGY RTS / CTS áramlásszabályozót, és zárja rövidre az RTS -t az NMEA / AIS kábel CTS és DSR csapjaihoz. Ez a DB-25 csatlakozó esetében a 4-es, 5-ös és 6-os csatlakozót csatlakoztassa egymáshoz. DB-9 csatlakozó esetén csatlakoztassa a 6-os, 7-es és 8-as érintkezőket. A „hardver” vezérléssel az NMEA / AIS berendezés (DTE) az RTS (ReadyToSend) rendszert állítja be, amikor adatokat akar küldeni. Ezekkel a kapcsolatokkal az RTS csap meghajtja a ClearToSend (CTS) és a DataSetReady (DSR) csapokat, amelyeket visszaadnak az NMEA / AIS berendezésbe, jelezve, hogy a másik fél kész és képes az adatok fogadására.

Hibakeresés

A Hibakeresési TX kimenet bekapcsolásához törölje a megjegyzéseket, azaz szerkessze a #define DEBU -tLegyen közel az ESP8266_NMEA_BRIDGE.ino vázlat tetejéhez.

Távolítsa el a TX/RX USB kábeleket, és csak csatlakoztassa a sárga RX kábelt a Debug TX kimenethez. Hagyja a fekete GND kábelt a TX/RX GND -hez csatlakoztatva. Az Arduino IDE Serial Monitor most hibakeresési üzeneteket jelenít meg.

Alapértelmezés szerint az UDP multicast csoport indul, de a megjegyzésekkel letilthatja, azaz szerkesztheti a // #define UDP_BROADCAST formátumba az ESP8266_NMEA_BRIDGE.ino vázlat tetején.

Következtetés

Ez az NMEA/AIS RS232 - WiFi híd robusztus és egyszerűen használható. Hatékonyan 12 elemes akkumulátorról működik, és elég olcsó ahhoz, hogy magával vigyen egy tartalékot, amelyet szükség esetén az út közepén cserélhet.