Jeftino NMEA/AIS čvorište - RS232 na Wifi most za uporabu na ploči: 6 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:32

Ažuriranje 9. siječnja 2021. - Dodana dodatna TCP veza i ponovna upotreba posljednje veze ako se poveže više klijenata. Ažuriranje 13. prosinca 2020. - Dodana je konfiguracijska verzija koda za brodove s postojećim usmjerivačima

Uvod

Ovaj NMEA / AIS RS232 prema WiFi most temelji se na ESP8266-01 WiFi štitu. AIS je automatski sustav identifikacije za prikaz položaja obližnjih brodova. NMEA 0183 je standard Nacionalnog udruženja pomorske elektronike koji se koristi za GPS poruke.

Most RS232 prema WiFi izmijenjen je iz WiFi štita ESP8266-01 tako da se napaja baterijom od 12 V te prihvaća ulaz RS232 (+/- 15 V) i stvara lokalnu mrežu koja emitira podatke putem TCP-a i UDP-a. Razvijen je zajedno s Joom koji je želio voditi jeftinu i jednostavnu samostalnu lokalnu mrežu za pristup podacima svojih AIS -a s bilo kojeg mjesta na svojoj jahti. Ovaj rezultirajući modul stvara pristupnu točku (usmjerivač) i postavlja TCP poslužitelj za do 4 veze, a također emitira podatke na UDP grupi za emitiranje. Konfiguracijska web stranica omogućuje postavljanje brojeva TCP i UDP portova, WiFi Tx snagu i dolaznu brzinu prijenosa RS232. Za razliku od WiFi Shield -a, ne postoji gumb za konfiguraciju, pa se nakon izgradnje modul može potpuno zatvoriti vodom. Uključeni su zaštitni krugovi kako bi ovaj uređaj bio robustan protiv pogrešnog ožičenja. Iako je dizajniran imajući na umu NMEA (GPS) i AIS, modul će rukovati svim RS232 podacima sa brzinama prijenosa između 4800 i 38400 (i drugima uređivanjem Arduino skice).

Značajke

• Koristi jeftini i lako dostupni modul ESP8266-01:- Mogu se koristiti i drugi moduli ESP8266
• Robustan:- Krug ima ugrađene brojne zaštite za zaštitu od pogrešaka prilikom povezivanja.
• Učinkovito napajanje:- Napajanje iz DC-DC pretvarača učinkovito napaja jedinicu iz 12V baterije, a WiFi Tx snaga može se smanjiti radi uštede energije.
• Jednostavno korištenje:- Samo spojite napajanje od 5,5 V na 12 V i RS232 TX liniju, a zatim spojite prijemnik na mrežu i povežite se s TCP ili UDP uslugom za primanje podataka. Može se brzo zamijeniti za rezervnu ako jedinica otkaže
• Jednostavno konfiguriranje:- Nije potrebno ponovno programiranje, niti poseban način konfiguracije. Na raspolaganju je stranica za konfiguraciju koja vam omogućuje postavljanje brzine prijenosa RS232 i snage prijenosa WiFi -a te brojeva portova za TCP i UDP poslužitelje

• Izborno Nema verzije konfiguracije:- Postoji i druga skica na kojoj je sva konfiguracija unaprijed programirana. Ovo je za situacije u kojima već radi lokalna mreža sa vlastitim usmjerivačem (pristupna točka)

Pribor:

Za ovaj ESP8266-01 RS232 do WiFi most potrebni su sljedeći dijelovi ili slično. Ovdje prikazane cijene su u kolovozu 2020. i isključuju troškove dostave i neku vrstu plastičnog kućišta:-

WiFi modul ESP8266-01-~ 1,50 USD na mreži (iskoristite priliku) ILI za pouzdan proizvod SparkFun ESP8266-01-6,95 USD

MPM3610 3.3V Buck pretvarač Adafruit-5,95 USD 5V do 21V ulaz, ILI DC-DC 3A Buck Modul za opskrbu silaznim napajanjem na mreži Aliexpress ~ US2,00 USD

Element zaglavlja s 10 pinova14-0,40 USD (ili terminalna traka zaglavlja s 28 pinova od Jaycar 0,95 USD)

1 popust 1N5711 Schottky dioda Digikey 1,15 USD (ili Jaycar AU 1,60 USD)

2 isključena 1N4001 diode SparkFun 0,30 USD (ili 1N4004 Jaycar AU 1,00 USD) Bilo koja 1A 50V ili veća dioda će poslužiti, npr. 1N4001, 1N4002, 1N4003, 1N4004

1 isključeno 2N3904 NPN tranzistor SparkFun 0,50 USD (ili Jaycar AU 0,75 USD bilo koji NPN opće namjene s Vce> 40V, Hfe> 50 na 1 mA, Ic> 50 mA, npr. BC546, BC547, BC548, BC549, BC550, 2N2222

6 x 3K3 otpornici npr. 3K3 otpornici - Digikey - 0,60 USD (ili 3K3ohm 1/2 Watt 1% metalni filmski otpornici - Pk.8 od Jaycar AU 0,85 USD)

3 isključeno otpornik 330R Element14 0,10 USD (ili 330 ohma 1/2 vata 1% metalni filmski otpornici - Pk.8 od Jaycar AU 0,85 USD)

1 off 10K otpornik Element14 0,05 USD (ili 10k Ohm 0,5 W metalni filmski otpornici - pakiranje od 8 od Jaycar AU 0,85 USD)

Vero ploča (karike i sabirnice) Jaycar HP9556 ILI (trakasti bakar) (trakasti bakar) npr. Jaycar HP9540 ~ 5,50 USD

te plastično kućište i žica za spajanje.

Ukupni trošak ~ 9,90 USD + dostava i plastično kućište (od kolovoza 2020.) pomoću Aliexpress ESP8266-01 i DC-DC modula ILI ~ 19,30 USD pomoću Sparkfun ESP8266-01 modula i Adafruit DC-DC pretvarača. Dovoljno jeftino da napravite par rezervnih dijelova.

Za programiranje RS232 na WiFi Bridge potreban vam je i USB na serijski kabel. Ovdje se koristi SparkFunov serijski kabel USB na TTL (10,95 USD) jer ima lijepo označene krajeve i ima podršku za upravljačke programe za širok raspon OS -a, uključujući programski kabel, cijena samo jednog RS232 do WiFi mosta je ~ 20 do 24 USD (plus dostava i kovčeg).

Korak 1: Shema kruga i zaštita kruga

Iznad je dijagram sklopa za RS232 do WiFi most (pdf verzija). Ovo je prilagođeno iz ESP8266-01 Wifi Shield-a i modificirano tako da prihvaća RS232 i napajanje od 5V do 12V (baterija). Pretvarač istosmjerne struje u istosmjernu struju omogućuje energetski učinkovit rad od 12 V baterije za noćno korištenje kada nema solarne energije, a potrošnja energije je vrhunska.

U krug su ugrađene brojne zaštite kruga. Priključci na lijevoj strani kruga koriste se samo tijekom izgradnje za programiranje/ispravljanje pogrešaka u jedinici. Otpornici 330R R6 i R7 štite od kratkog spoja TX izlaza na TX izlaz pri programiranju/otklanjanju pogrešaka. Prilikom programiranja povezujete TX na RX i RX na TX. TX izlaz za otklanjanje pogrešaka trebao bi biti spojen na ulaz RX UART 3v3 da biste vidjeli izlaz za otklanjanje pogrešaka (pogledajte komentare u skici ESP8266_NMEA_BRIDGE.ino).

Priključci s desne strane kruga koriste se za spajanje dovršene jedinice na napajanje i izvor NMEA/AIS RS232. Ovo su jedine veze koje moraju biti dostupne nakon izgradnje jedinice. Držite ove veze u parovima.

2N3904 osigurava inverziju i promjenu razine iz RS232 +/- 15V signala na TTL UART ulaz na ESP2866. Obrnuti napon između emitera i baze 2N3904 specificiran je da podnese najmanje 6V. D4 ograničava napon osnovnog odašiljača na manji od 1 V ako je ulaz RS232 -15V.

Konačno, “upravljački programi i prijemnici RS-232 moraju izdržati neograničeni kratki spoj na masu” (RS232 wikipedia) pa ako slučajno spojite RS232 vodove na priključke za napajanje, to ne bi trebalo oštetiti NMEA/AIS uređaj.

Napajanje

Dioda D1 sprječava primjenu obrnutog napona na DC-DC pretvarač ako zamijenite +V i GND veze pri povezivanju. D1 ima malu struju curenja. D2 osigurava niskonaponski put za tu struju curenja kako bi se obrnuti napon na DC -DC pretvaraču održao ispod -0,3V. Otpor 330R (R10) u liniji RS232 GND pruža zaštitu od kratkog spoja baterije na masu ako je baterija +ve priključeni na žicu GND napajanja ploče dok je priključen RS232 GND.

DC-DC pretvarač je ocijenjen za radni ulaz do 21 V, pa je prikladan za 12V bateriju dok se mijenja. Baterija pri punom punjenju može biti do ~ 14,8 V, a napon punjača može biti veći, 16 V ili više. Ulazna snaga DC-DC pretvarača od 21 V ocijenjena je da to podnese. Slučajni povratni priključak napajanja (usred noći po lošem vremenu) zaštićen je od. Apsolutni maksimalni napon na ulazu pretvarača je 28 V i može se rukovati s priključenim RS232 signalom. RS232 napon je manji od +/- 25V.

Ako slučajno spojite vodiče iz vašeg izvora napajanja na RS232 TX/GND veze (zamijenjene ili ne), otpornici 10K i 330R zaštitit će vas od kratkog spoja.

Ukratko, krug je zaštićen od zamjene napajanja i vodiča RS232 i povezivanja žica iz tih parova na bilo koji način. Miješanje žica, po jedna iz svakog para, nije zaštićeno od svih kombinacija pa RS232 i kabele za napajanje držite uparene i povežite ih u paru.

Prosječna struja koju koristi ploča je oko 100mA (ovisno o WiFi prijenosu i brzini prijenosa podataka). Kad bi se za napajanje ploče iz 12V baterije koristio jednostavan linearni regulator, potrošnja energije bila bi 12V x 100mA = 1.2W ili 1.2Ahrs tijekom 12 noći. Korištenje DC / DC pretvarača, koji je ~ 70% učinkovit, smanjuje ovo opterećenje na 0,47W ili 0,47Ahrs tijekom 12 sati noći.

Korak 2: Izgradnja

Konstruirao sam ovu jedinicu koristeći mali komad vero ploče s vezama i sabirnicama (pdf verzija). Evo pogleda odozgo i odozdo dovršene ploče. Pažljivo provjerite ožičenje kad završite. Lako je spojiti na pogrešan pin kada okrenete i spojite žicu odozdo.

Korak 3: Programiranje WiFi štita

Svaki RS232 -WiFi most treba programirati jednom, samo, i nikad više. Ugrađena web stranica omogućuje pristup dostupnim konfiguracijama.

Instaliranje podrške za ESP8266

Za programiranje štita slijedite upute date na https://github.com/esp8266/Arduino pod Instaliranje s upraviteljem ploča. Prilikom otvaranja upravitelja ploča s izbornika Alati → Ploča i odaberite Unos doprinosa te instalirajte platformu esp8266. Ovaj je projekt sastavljen pomoću ESP8266 verzije 2.6.3. Kasnije verzije mogu biti bolje, ali mogu imati vlastite greške jer se platforma brzo razvija.

Zatvorite i ponovno otvorite Arduino IDE i sada možete odabrati "Opći modul ESP8266" u izborniku Alati → Ploča.

Instaliranje pratećih knjižnica

Također morate instalirati, s https://www.forward.com.au/pfod/pfodParserLibraries/index.html, najnovije verzije knjižnice pfodESP8266BufferedClient (za pfodESP8266Utils.h i pfodESP8266BufferedClient.h) i millisDela h).

Preuzmite ove zip datoteke na svoje računalo, premjestite ih na radnu površinu ili neku drugu mapu koju možete lako pronaći, a zatim upotrijebite opciju izbornika Arduino IDE Sketch → Uvezi biblioteku → Dodaj biblioteku da biste ih instalirali. Također morate instalirati knjižnicu SafeString. Knjižnica SafeString dostupna je od upravitelja knjižnice Arduino ili možete preuzeti datoteku SafeString.zip izravno za ručnu instalaciju putem Sketcha → Uvezi knjižnicu → Dodaj knjižnicu

Zaustavite i ponovno pokrenite Arduino IDE, a pod Datoteka-> Primjeri sada biste trebali vidjeti pfodESP8266BufferedClient i SafeString.

Programiranje ploče

Za programiranje ploče postavite ploču u način programiranja tako da skratite vezu (dolje lijevo). Zatim spojite USB na TTL UART serijski kabel

Pažljivo spojite samo 3V3 TX/RX vodiče na lijevu stranu veze pomoću 3V3 TX/RX sa Sparkfun -ovog USB na TTL serijski kabel Kabelski spojevi su RX (žuti), TX (narančasti), VCC (5V) (crveni), i GND (crno). Imajte na umu da je žuti (RX) kabel spojen na TX pin na ploči, a narančasti (TX) kabel na RX pin na ploči. Crni (GND) kabel spojen je na GND za TX/RX pin

Napomena: Čini se da postoje dvije verzije ovog kabela. Starije verzije imaju 5V Vcc i RX (smeđa), TX (poput preplanulog/breskve), VCC (crvena) i GND (crna), u svakom slučaju VCC vodič ovdje se ne koristi. Postoje i komentari da su TX i RX žica u nekim slučajevima obrnute. Ako Arduino IDE ne može programirati ploču, pokušajte zamijeniti TX/RX kabele. 330R štiti od kratkih hlača TX-TX.

Napajajte ploču iz 6V do 12V 500mA ili većeg napajanja ili baterije. Prvo spojite kabel napajanja -Ve (GND) kako struja napajanja ne bi pokušala teći natrag kroz USB vezu. Po mogućnosti koristite izolirano (plutajuće) napajanje ili bateriju od 6V do 12V. Imajte na umu da Aliexpress DC-DC moduli trebaju napajanje od najmanje 6,5 V.

Zatim priključite USB kabel na računalo. Odaberite njegov COM port u izborniku Alati → Port. Ostavite CPU Frekvenciju, veličinu bljeskalice i brzinu prijenosa na zadane postavke.

Provjerite fotografiju i ožičenje. Također pogledajte ESP8266 Savjeti za programiranje (espcomm nije uspio) Sastavite skicu ESP8266_NMEA_BRIDGE.ino. Zatim odaberite Datoteka → Prenesi ili upotrijebite gumb sa strelicom udesno za sastavljanje i prijenos programa. Učitavaju se dvije datoteke. Ako dobijete poruku o pogrešci pri prijenosu, provjerite jesu li kabelske veze pravilno priključene i pokušajte ponovno.

Nakon što je programiranje dovršeno, uklonite način programiranja tako da prekine vezu i programske TX/RX veze, a zatim isključite i uključite napajanje kako biste ploču ponovno pokrenuli u svom normalnom načinu rada.

Povežite NMEA/AIS uređaj.

Nema verzije konfiguracije

Postoji još jedna verzija ove skice, ESP8266_NMEA_BRIDGE_noCfg.ino, u kojoj je sva konfiguracija unaprijed programirana u kodu skice. U tom slučaju NMEA čvorište povezuje se s postojećim usmjerivačem (pristupnom točkom) kako bi podaci bili dostupni mreži.

Konfiguracija je na vrhu datoteke ESP8266_NMEA_BRIDGE_noCfg.ino.

// ================= KOD KOD KONFIGURACIJA ==================

const char ssid = "yourRouterSSID"; // ovdje postavite SSID svoje mreže const char password = "yourRouterPassword"; // ovdje postavite lozinku za svoju mrežu IPAddress staticIP (10, 1, 1, 190); // ovdje postavljamo statički IP NMEA čvorišta. NAPOMENA, između brojeva // provjerite radi li drugi uređaj s istim IP -om i je li IP u vašem rasponu IP usmjerivača // uobičajeni rasponi IP usmjerivača su 10.1.1.2 do 10.1.1.254 // 192.168.1.2 do 192.168.254.254 i // 172.16.1.2 do 172.31.254.254 // usmjerivač je obično 10.1.1.1 ili 192.168.1.1 ili 172.16.1.1 ovisno o svom rasponu IP Adresa udpBroadcaseIP (230, 1, 1, 1); // ovdje postavljamo IP UDP emitiranje. NAPOMENA, između brojeva. Ovaj IP je neovisan o rasponu usmjerivača ne mijenjajte const uint16_t tcpPortNo = 10110; // postavljanje NMEA tcp poslužiteljskog porta Nema ovdje const uint16_t udpPortNo = 10110; // postavljanje NMEA UDP porta za emitiranje Ne ovdje const unsigned int txPower = 10; // TX snaga u rasponu od 0 do 82; const unsigned int GPS_BAUD_RATE = 4800; // serijska brzina prijenosa vašeg GPS modula // ================= KRAJ HARD KODIRANE KONFIGURACIJE ==============

Korak 4: Dodavanje pokazivača (izborno)

Moj konzultant za jedrenje na ovom projektu, Jo, predložio je ugradnju crvene LED diode i zelene LED diode na kućište kako bi pokazalo da stvari teku. Ovdje je izmijenjeni krug s dodane dvije LED diode. (verzija u pdf -u)

R9 i R11 postavljaju LED struju, a time i svjetlinu. Upotrijebite najveći otpornik koji LED diode čini i dalje vidljivima. Bit će ih teško vidjeti na izravnoj sunčevoj svjetlosti ili u svijetloj kabini, pa postavite jedinicu u tamni kut za maksimalnu vidljivost. Jaycar ima prikladne crvene i zelene LED diode (~ 2,75 USD), a Sparkfun ima super svijetle crvene i zelene LED diode (1,70 USD), ali gotovo sve crvene i zelene LED diode će to učiniti.

Korak 5: Postavljanje konfiguracije putem ugrađene web stranice

Kad uključite ploču nakon programiranja, ona će automatski stvoriti lokalnu mrežu. To će postati lokalna pristupna točka (usmjerivač). Naziv mreže počet će s NMEA_, nakon čega slijedi 12 heksadecimalnih znamenki jedinstvenih za svaku ploču, npr. NMEA_18FE34A00239 Lozinka za lokalnu mrežu uvijek je NMEA_WiFi_Bridge. Ako trebate zamijeniti jedinice na moru, isključite staru, isključite rezervnu, a zatim potražite novu NMEA_….. mrežu i upotrijebite lozinku NMEA_WiFi_Bridge da joj se pridružite.

Ako ne vidite mrežu, približite se ploči i provjerite jesu li kabeli za napajanje pravilno spojeni. Na ploči ESP8266-01 trebala bi postojati plava svjetlost.

Nakon što ste se pridružili mreži sa svojim računalom ili mobilnim telefonom, možete otvoriti konfiguracijsku web stranicu na https://10.1.1.1 (Napomena: upišite https://10.1.1.1, ako samo upišete 10.1.1.1 možda će Google pokušati to tražiti, ali neće uspjeti jer niste povezani s internetom)

Stranica za konfiguraciju omogućuje vam postavljanje snage prijenosa WiFi veze. Niži brojevi za manju snagu, domet i potrošnju struje. Također možete promijeniti brojeve portova za TCP i UDP veze. Zadani 10110 je određeni port za NMEA veze, ali možete odabrati vlastiti ako želite. IP brojevi su fiksni. Na kraju možete postaviti brzinu prijenosa koja odgovara vašem NMEA/AIS izvoru. 4800 bauda je standardna brzina prijenosa za NMEA. Dok je 34800 bauda standardna brzina prijenosa za AIS.

Nakon što odaberete, kliknite Pošalji i prikazat će se stranica sa sažetkom pohranjenih promjena.

Ako ovo nije točno, upotrijebite gumb preglednika za povratak da biste se vratili i ispravili ih. Za primjenu promjena ploču je potrebno ponovno pokrenuti. Klikom na gumb Primijeni ove promjene učinit ćete to.

Nakon što se ploča ponovno pokrene, automatski će se ponovno prikazati stranica s konfiguracijom s trenutnom konfiguracijom.

Povežite svoje računalo ili mobilni uređaj s TCP ili UDP vezom i provjerite dobivate li podatke.

To je gotovo !! Zatvorite sve stvari u vodootpornu plastičnu kutiju ostavljajući slobodna samo dva kabela za napajanje i dva RS232 vodiča.

Korak 6: Pomoć - nema podataka

Nakon što se povežete na mrežu i postavite svoj mobilni uređaj na povezivanje s TCP 10.1.1.1 i priključkom koji ste postavili (ili se pridružite UDP grupi za višestruko emitiranje 230.1.1.1 s priključkom koji ste postavili), ako i dalje ne dobivate bilo koji podatak isprobajte sljedeće korake.

1) Provjerite je li oprema NMEA / AIS uključena

2) Provjerite jesu li RS232 kabeli ispravno spojeni.

3) Provjerite postavku 'kontrole protoka' na svojoj NMEA / AIS opremi. Postavite na "NONE" ako je to opcija. Ako nije, tada odaberite "hardver" ILI kontrolu protoka RTS / CTS i kratko spojite pinove RTS na CTS i DSR kabela NMEA / AIS. To je za konektor DB-25, spojite pinove 4 i 5 i 6 zajedno. Za priključak DB-9 spojite pinove 6 i 7 i 8 zajedno. S 'hardverskom' kontrolom, oprema NMEA / AIS (DTE) potvrđuje RTS (ReadyToSend) kada želi slati podatke. S tim vezama pin RTS pokreće pinove ClearToSend (CTS) i DataSetReady (DSR) koji se unose natrag u opremu NMEA / AIS kako bi mu rekli da je druga strana spremna i sposobna primiti podatke.

Otklanjanje pogrešaka

Da biste uključili TX izlaz za ispravljanje pogrešaka, uklonite komentare, tj. Uredite na #define DEBUGpribližite vrh skice ESP8266_NMEA_BRIDGE.ino.

Uklonite TX/RX USB kabele i samo spojite žuti RX kabel na izlaz za otklanjanje pogrešaka TX. Ostavite crni GND kabel spojen na GND za TX/RX. Arduino IDE serijski monitor sada će prikazivati poruke za otklanjanje pogrešaka.

Prema zadanim postavkama pokreće se UDP multicast grupa, ali je možete onemogućiti komentiranjem, tj. Uredite u // #define UDP_BROADCAST pri vrhu skice ESP8266_NMEA_BRIDGE.ino.

Zaključak

Ovaj NMEA/AIS RS232 to WiFi most robustan je i jednostavan za upotrebu. Učinkovito radi iz izvora baterije od 12 i dovoljno je jeftin da sa sobom ponese rezervni koji možete zamijeniti usred putovanja ako je potrebno.