Goedkoop NMEA/AIS -hub - RS232 na Wifi -brug vir gebruik aan boord: 6 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:23

Werk 9 Januarie 2021 by - Bygevoeg ekstra TCP -verbinding en hergebruik die laaste verbinding as meer kliënte aansluit Opdatering 13 Desember 2020 - Geen konfigurasie weergawe van die kode bygevoeg vir bote met bestaande routers

Inleiding

Hierdie NMEA / AIS RS232 na WiFi-brug is gebaseer op die ESP8266-01 WiFi Shield. AIS is 'n outomatiese identifikasiestelsel om die posisie van nabygeleë skepe aan te toon. NMEA 0183 is die National Marine Electronics Association -standaard wat gebruik word vir GPS -boodskappe.

Die RS232- tot WiFi-brug is verander van die ESP8266-01 WiFi Shield om aangedryf te word deur 'n 12V-battery en aanvaar 'n RS232-ingang (+/- 15V) en skep 'n plaaslike netwerk wat die data via TCP en UDP uitsaai. Dit is ontwikkel in samewerking met Jo wat 'n goedkoop en eenvoudige selfstandige plaaslike netwerk wou bedryf om toegang tot sy AIS -data te kry vanaf enige plek op sy seiljag. Hierdie gevolglike module skep 'n toegangspunt ('n router) en stel 'n TCP -bediener op vir tot 4 verbindings en saai ook die data uit op 'n UDP -uitsaaigroep. 'N Konfigurasiebladsy word voorsien om die TCP- en UDP -poortnommers, die WiFi Tx -krag en die inkomende RS232 -baud -tempo in te stel. In teenstelling met die WiFi -skild, is daar geen konfigurasie -knoppie nie, so sodra die module opgestel is, kan dit volledig waterdig verseël word. Beskermingskringe sluit in om hierdie toestel robuust te maak teen bedrading. Terwyl dit ontwerp is met NMEA (GPS) en AIS in gedagte, hanteer die module enige RS232 -data met baud -tariewe tussen 4800 en 38400 (en ander deur die Arduino -skets te wysig).

Kenmerke

• Gebruik die goedkoop en geredelik beskikbare ESP8266-01-module:- Ander ESP8266-modules kan ook gebruik word
• Robuust:- Die kring het 'n aantal ingeboude beveiligings om te beskerm teen foute tydens die bedrading.
• Kragdoeltreffend:- 'n DC-DC-omskakelaar se kragtoevoer dryf die eenheid effektief van 'n 12V-battery af en die WiFi Tx-krag kan verminder word om meer krag te bespaar.
• Eenvoudig om te gebruik:- Sluit net 'n 5,5V tot 12V voeding en die RS232 TX-lyn aan, en sluit dan u ontvanger aan by die netwerk en maak verbinding met die TCP- of UDP-diens om die data te ontvang. Kan vinnig verruil word vir 'n ekstra een as die eenheid misluk
• Eenvoudig om op te stel:- Daar is geen herprogrammering nodig nie, geen spesiale konfigurasiemodus nie. 'N Konfigurasiebladsy word verskaf waarmee u die RS232 -baudsnelheid en die WiFi -stuurkrag en die poortnommers vir die TCP- en UDP -bedieners kan instel

• Opsioneel Geen konfigurasie weergawe:- Daar is ook 'n ander skets waarin al die konfigurasies vooraf geprogrammeer is. Dit is vir die situasies wat reeds 'n plaaslike netwerk met 'n eie router (Access Point) het

Benodighede:

Hierdie ESP8266-01 RS232 na WiFi Bridge benodig die volgende dele of soortgelyk. Die pryse wat hier getoon word, is teen Augustus 2020 en sluit die afleweringskoste en 'n soort plastiekhouer uit:-

WiFi-module ESP8266-01-~ US $ 1,50 aanlyn (neem u kans) OF vir betroubare produk SparkFun ESP8266-01-US $ 6,95

MPM3610 3.3V Buck Converter Adafruit-US $ 5.95 Ingang van 5V tot 21V, OF DC-DC 3A Buck Step-down voedingsmodule online Aliexpress ~ US2.00

10-pins kopelement Element14-US $ 0,40 (of 28-pins kopstukstrook van Jaycar AU $ 0,95)

1 korting op 1N5711 Schottky Diode Digikey US $ 1,15 (of Jaycar AU $ 1,60)

2 af 1N4001 Diodes SparkFun US $ 0,30 (of 1N4004 Jaycar AU $ 1,00) Enige 1A 50V of hoër diode sal doen, bv. 1N4001, 1N4002, 1N4003, 1N4004

1 uit 2N3904 NPN -transistor SparkFun US $ 0,50 (of Jaycar AU $ 0,75 vir enige algemene NPN met Vce> 40V, Hfe> 50 by 1mA, Ic> 50mA bv. BC546, BC547, BC548, BC549, BC550, 2N2222

6 x 3K3 weerstande bv. 3K3 -weerstande - Digikey - US $ 0,60 (of 3K3ohm 1/2 Watt 1% metaalfilmweerstanden - Pk.8 van Jaycar AU $ 0,85)

3 af 330R -weerstand Element14 US $ 0,10 (of 330ohm 1/2 Watt 1% metaalfilmweerstand - Pk.8 van Jaycar AU $ 0,85)

1 uit 10K weerstand Element14 US $ 0,05 (of 10k Ohm 0,5 Watt metaalfilmweerstanden - 8 stuks van Jaycar AU $ 0,85)

Vero bord (skakels en busrails) Jaycar HP9556 OF (strook koper) (strook koper) bv. Jaycar HP9540 ~ AU $ 5,50

en 'n plastiekkas en aansluitdraad.

Totale koste ~ US $ 9,90 + gestuur en plastiekkas (vanaf Augustus 2020) met behulp van Aliexpress ESP8266-01 en DC-DC module OF ~ US $ 19,30 met behulp van Sparkfun ESP8266-01 module en Adafruit DC-DC boksomvormer. Goedkoop genoeg om 'n paar onderdele te maak.

Om die RS232 op WiFi Bridge te programmeer, benodig u ook 'n USB -na -seriële kabel. Hier word 'n SparkFun se USB -na -TTL -seriële kabel (US $ 10,95) gebruik omdat dit mooi gemerkte punte het en bestuurdersondersteuning vir 'n wye verskeidenheid bedryfstelsels insluitend die programmeringskabel, die koste vir slegs een RS232 na WiFi Bridge is ~ US $ 20 tot US $ 24 (plus aflewering en 'n tas).

Stap 1: Kringdiagram en kringbeskerming

Hierbo is die kringdiagram van die RS232 na WiFi Bridge (pdf -weergawe). Dit is aangepas vanaf die ESP8266-01 Wifi Shield en aangepas om RS232 en 'n 5V tot 12V (battery) toevoer te aanvaar. Die DC -na -DC -omskakelaar bied 'n effektiewe werking van 'n 12V -battery vir naggebruik as daar geen sonkrag is nie en die kragverbruik hoog is.

'N Aantal stroombeskerming is in die kring ingebou. Die verbindings aan die linkerkant van die stroombaan word slegs tydens konstruksie gebruik om die eenheid te programmeer/ontfout. Die 330R -weerstande R6 en R7 beskerm teen kortsluiting van 'n TX -uitset na 'n TX -uitset tydens programmering/ontfouting. By die programmering koppel u TX aan RX en RX aan TX. Die ontfout -TX -uitvoer moet aan 'n RX UART 3v3 -invoer gekoppel word om die ontfoutingsuitset te sien (sien die kommentaar in die ESP8266_NMEA_BRIDGE.ino -skets).

Die verbindings aan die regterkant van die kring word gebruik om die voltooide eenheid aan die kragtoevoer en die NMEA/AIS RS232 -bron te koppel. Dit is die enigste verbindings wat toeganklik moet wees sodra die eenheid gebou is. Hou hierdie verbindings in pare.

Die 2N3904 bied die inversie en vlakverskuiwing van die RS232 +/- 15V sein na die TTL UART-ingang na die ESP2866. Die omgekeerde spanning tussen die emitter en die basis van die 2N3904 is gespesifiseer om ten minste 6V te weerstaan. Die D4 beperk die omgekeerde emitter -basisspanning tot minder as 1V as die RS232 -ingang -15V is.

Laastens moet “RS-232 bestuurders en ontvangers onbepaalde kortsluiting tot grond kan weerstaan” (RS232 wikipedia), dus as u per ongeluk die RS232-lyne aan die kragtoevoer-aansluitings koppel, moet dit nie die NMEA/AIS-toestel beskadig nie.

Kragtoevoer

Die diode D1 verhoed dat omgekeerde spanning op die DC-DC-omskakelaar aangewend word as u die +V- en GND-aansluitings omruil tydens die aansluiting. D1 het 'n klein lekstroom. D2 bied 'n laespanningspad vir die lekstroom om die omgekeerde spanning op die DC -DC -omskakelaar onder -0.3V te hou. Die 330R -weerstand (R10) in die RS232 GND -lyn bied beskerming teen die kortsluiting van die battery na die aarde as die battery +ve -kabel aan die board se Power Supply GND -draad gekoppel is terwyl die RS232 GND verbind is.

Die DC-DC-omskakelaar het 'n nominale waarde van tot 21V, sodat dit geskik is vir 'n 12V-battery terwyl dit herverander word. 'N Battery met volle lading kan tot ~ 14,8V wees en die laaispanning kan hoër wees, 16V of meer. Die 21V-insetgradering van die DC-DC-omskakelaar word gegradeer om dit te hanteer. Toevallige omgekeerde toevoerverbinding (in die middel van die nag by swaar weer) word beskerm teen. Die absolute maksimum spanning vir die ingang van die omskakelaar is 28V en kan dus 'n RS232 -sein daaraan koppel. Die RS232-spanning is minder as +/- 25V.

As u per ongeluk die leidings van u kragtoevoer aansluit op die RS232 TX/GND -verbindings (óf omgeruil óf nie), sal die 10K- en die 330R -weerstande beskerm teen die onderbreking van die kragtoevoer.

Samevattend is die stroombaan beskerm teen die uitruil van krag en RS232 -leidings en die koppeling van die drade van die pare. Om drade te vermeng, een uit elke paar, word nie in alle kombinasies beskerm nie, dus hou die RS232 en kragdrade inmekaar en koppel dit in pare.

Die gemiddelde stroom wat die bord gebruik, is ongeveer 100mA (afhangende van die WiFi -stuurkrag en datatempo). As 'n eenvoudige lineêre reguleerder gebruik word om die bord van 'n 12V -battery af te dryf, sou die kragverbruik 12V x 100mA = 1.2W of 1.2Ahrs oor 'n 12 nag wees. Deur die DC na DC -omskakelaar te gebruik, wat ~ 70% doeltreffend is, verminder hierdie las na 'n 12 uur nag tot 0,47W of 0,47A.

Stap 2: Konstruksie

Ek het hierdie eenheid gebou met 'n klein stukkie vero -bord met skakels en kragbusse (pdf -weergawe). Hier is die voor- en onderkant van die voltooide bord. Maak seker dat u die bedrading noukeurig nagaan as u klaar is. Dit is maklik om na die verkeerde pen te draai as u omdraai en van onder af bedraad.

Stap 3: Programmering van die WiFi -skild

Elke RS232- tot WiFi -brug moet slegs een keer en nooit weer geprogrammeer word nie. 'N Ingeboude webbladsy bied toegang tot die beskikbare konfigurasies.

Installeer ESP8266 -ondersteuning

Om die skild te programmeer, volg die instruksies op https://github.com/esp8266/Arduino onder Installing With Boards Manager. As u die bestuurdersbestuurder in die menu → Gereedskap → raad oopmaak, kies Tipe bygedra en installeer die esp8266 -platform. Hierdie projek is saamgestel met behulp van die ESP8266 weergawe 2.6.3. Latere weergawes is miskien beter, maar het moontlik hul eie foute, aangesien die platform vinnig ontwikkel.

Sluit die Arduino IDE en maak dit weer oop, en u kan nou 'Generic ESP8266 Module' in die menu Tools 'Board' kies.

Installeer ondersteunende biblioteke

U moet ook, vanaf https://www.forward.com.au/pfod/pfodParserLibraries/index.html, die nuutste weergawes van pfodESP8266BufferedClient -biblioteek (vir pfodESP8266Utils.h en pfodESP8266BufferedClient.h) en millisDelay -biblioteek (en h).

Laai hierdie zip -lêers af na u rekenaar, skuif dit na u lessenaar of na 'n ander gids wat u maklik kan vind, en gebruik dan die menu -opsie Arduino IDE Skets → Invoer biblioteek → Voeg biblioteek by om dit te installeer. U moet ook die SafeString -biblioteek installeer. Die SafeString -biblioteek is beskikbaar by die Arduino -biblioteekbestuurder, of u kan die SafeString.zip -lêer direk aflaai vir handmatige installering via Sketch → Import Library → Add Library

Stop en herbegin die Arduino IDE en onder File-> Voorbeelde behoort u nou pfodESP8266BufferedClient en SafeString te sien.

Die programmering van die raad

Om die bord te programmeer, sit die bord in die programmeermodus deur die skakel (links onder) te kort. Koppel dan die USB aan die TTL UART -seriële kabel

Let daarop dat u slegs 3V3 TX/RX -kabels met die 3V3 TX/RX -aansluitings aan die linkerkant verbind met die 3V3 TX/RX -kabel van Sparkfun se USB na TTL -seriële kabel. Die kabelverbindings is RX (geel), TX (oranje), VCC (5V) (rooi), en GND (Swart). Let op die geel (RX) kabel is gekoppel aan die TX -pen op die bord en die oranje (TX) kabel is gekoppel aan die RX -pen op die bord. Die swart (GND) kabel is gekoppel aan die GND vir TX/RX -pen

Opmerking: daar blyk twee weergawes van hierdie kabel te wees. Ouer weergawes het 5V Vcc en RX (Brown), TX (Tan-like/Peach), VCC (Red) en GND (Black), in elk geval word die VCC-lead nie hier gebruik nie. Daar is ook opmerkings dat die TX- en RX -draad in sommige gevalle omgekeer is. As die Arduino IDE nie die bord kan programmeer nie, probeer om die TX/RX -kabels te ruil. Die 330R beskerm teen TX-TX kortbroeke.

Voed die bord van 'n 6V tot 12V 500mA of groter toevoer of battery. Koppel eers die voedingsleiding -Ve (GND) aan, sodat die stroomtoevoer nie deur die USB -verbinding probeer terugvloei nie. Gebruik verkieslik 'n geïsoleerde (drywende) 6V tot 12V toevoer of battery. Let daarop dat die Aliexpress DC-DC-modules ten minste 'n 6,5V-toevoer benodig.

Koppel dan die USB -kabel aan op u rekenaar. Kies die COM -poort in die menu → Gereedskap → Poort. Laat die CPU -frekwensie, flitsgrootte en oplaaisnelheid by hul standaardinstellings.

Gaan die foto en u bedrading na. Sien ook ESP8266 -programmeerwenke (espcomm misluk) Stel die ESP8266_NMEA_BRIDGE.ino -skets saam. Kies dan Lêer → Laai op of gebruik die pyltjie regs om die program saam te stel en op te laai. Twee lêers word opgelaai. As u 'n foutboodskap kry om op te laai, moet u seker maak dat u kabelverbindings die regte penne ingeprop het en probeer weer.

Sodra die programmering voltooi is, verwyder die programmeermodus wat die skakel en die programmeerbare TX/RX -verbindings kortmaak en skakel dan die kragtoevoer aan en aan om die bord weer in sy normale modus te herlaai.

Koppel die NMEA/AIS -toestel.

Geen konfigurasie weergawe nie

Daar is 'n ander weergawe van hierdie skets, ESP8266_NMEA_BRIDGE_noCfg.ino, waarin al die konfigurasie vooraf in die sketskode geprogrammeer is. In hierdie geval maak die NMEA -hub verbinding met 'n bestaande router (toegangspunt) om die data aan die netwerk beskikbaar te stel.

Die opset is bo -aan die ESP8266_NMEA_BRIDGE_noCfg.ino -lêer.

// ================= HARDGEKODEERDE CONFIG =====================

const char ssid = "yourRouterSSID"; // stel die SSID van u netwerk hier const char password = "yourRouterPassword"; // stel die wagwoord van u netwerk hier in IPAddress staticIP (10, 1, 1, 190); // stel die statiese IP -NMEA -hub hier in. Let op, tussen die nommers // maak seker dat geen ander toestel met dieselfde IP werk nie en dat die IP in u router se IP -reeks is // dat die algemene IP -reekse van 10.1.1.2 tot 10.1.1.254 // 192.168.1.2 tot 192.168 is.254.254 en // 172.16.1.2 tot 172.31.254.254 // die router is gewoonlik 10.1.1.1 of 192.168.1.1 of 172.16.1.1, afhangende van die reeks IPAddress udpBroadcaseIP (230, 1, 1, 1); // stel die UDP -uitsending -IP hier in. LET OP die, tussen die getalle. Hierdie IP is onafhanklik van die router -reeks, verander nie const uint16_t tcpPortNo = 10110; // stel NMEA tcp -bedienerpoort Nee hier const uint16_t udpPortNo = 10110; // stel NMEA UDP -uitsendingpoort Nee hier const unsigned int txPower = 10; // TX -krag in die reeks 0 tot 82; const unsigned int GPS_BAUD_RATE = 4800; // die seriële baud -koers van u GPS -module

Stap 4: Voeg indikatorlampe by (opsioneel)

My seilkonsultant oor hierdie projek, Jo, het voorgestel om 'n Red Power -led en 'n Green Data -led op die saak te monteer om aan te dui dat dinge aan die gang is. Hier is die aangepaste stroombaan met hierdie twee LED's bygevoeg. (pdf weergawe)

R9 en R11 stel die Led -stroom en dus die helderheid. Gebruik die grootste weerstand wat die LED's nog steeds sigbaar maak. Dit sal moeilik wees om dit in direkte sonlig of in 'n helder kajuit te sien, sodat die eenheid in 'n donker hoek gemonteer word vir maksimum sigbaarheid. Jaycar het geskikte omhulsel LED's rooi en groen (~ AU $ 2,75) en Sparkfun het 'n paar super helder rooi en groen leds (US $ 1,70), maar byna enige rooi en groen LED sal dit doen.

Stap 5: Stel die konfigurasie op via die ingeboude webblad

As u die bord na die programmering aanskakel, sal dit outomaties 'n plaaslike netwerk skep. Dit wil sê, dit sal 'n plaaslike toegangspunt (router) word. Die netwerknaam begin met NMEA_, gevolg deur 12 heksiesyfers wat uniek is vir elke bord, bv. NMEA_18FE34A00239 Die wagwoord vir die plaaslike netwerk is altyd NMEA_WiFi_Bridge. As u eenhede op see wil verruil, skakel die ou een uit, installeer die ekstra en soek dan die nuwe NMEA_….. netwerk en gebruik die wagwoord NMEA_WiFi_Bridge om daarby aan te sluit.

As u die netwerk nie kan sien nie, skuif u nader aan die printplaat en kyk of die kragkabels korrek gekoppel is. Die ESP8266-01-bord moet 'n blou lig hê.

Nadat u met u rekenaar of selfoon by die netwerk aangesluit het, kan u die konfigurasie -webblad oopmaak op https://10.1.1.1 (Let op: tik https://10.1.1.1 in as u net 10.1.1.1 tik, Google kan probeer om dit te soek en dit misluk, aangesien u nie aan die internet gekoppel is nie)

Met die konfigurasiebladsy kan u die WiFi -stuurkrag instel. Laer getalle vir minder krag en omvang en huidige verbruik. U kan ook die poortnommers vir die TCP- en UDP -verbindings verander. Die standaard 10110 is die aangewese poort vir NMEA -verbindings, maar u kan u eie kies as u wil. Die IP -nommers is vasgestel. Uiteindelik kan u die baud -tempo instel wat by u NMEA/AIS -bron pas. 4800 baud is die standaard baud rate vir NMEA. Terwyl 34800 baud die standaard baud -koers vir AIS is.

Nadat u u keuses gemaak het, klik op Submit en 'n opsommingsbladsy van die stoor veranderinge word gewys.

As dit nie korrek is nie, gebruik dan die terugknoppie van die blaaier om terug te gaan en dit reg te stel. Om die veranderinge toe te pas, moet die bord weer begin word. Deur op die knoppie Pas hierdie verandering toe te klik, sal dit gebeur.

Sodra die bord weer begin, sal die konfigurasiebladsy outomaties weer verskyn met die huidige konfigurasie.

Koppel u rekenaar of mobiele toestel aan die TCP- of UDP -verbinding en kyk of u data kry.

Dis klaar! Verseël alles in 'n waterdigte plastiekboks, wat slegs die twee kragkabels en die twee RS232 -kabels vrylaat.

Stap 6: Hulp - Geen data nie

As u eers aan die netwerk gekoppel is en u mobiele toestel ingestel het om aan te sluit by die TCP 10.1.1.1 en die poort wat u ingestel het (of by die UDP multicast -groep 230.1.1.1 aansluit met die poort wat u ingestel het), as u nog steeds nie kry nie enige data, probeer die volgende stappe.

1) Kyk of die NMEA / AIS -toerusting aangeskakel is

2) Kontroleer of die RS232 -kabels op die regte manier verbind is.

3) Kontroleer die instelling 'vloeibeheer' op u NMEA / AIS -toerusting. Stel dit op 'NONE' as dit 'n opsie is. Indien nie, kies dan 'hardeware' OF RTS / CTS vloei beheer en maak die RTS na CTS en DSR penne van die NMEA / AIS kabel kort. Dit is vir 'n DB-25-aansluiting; verbind penne 4 en 5 en 6 aan mekaar. Vir 'n DB-9-aansluiting, koppel penne 6 en 7 en 8 aanmekaar. Met 'hardeware' -beheer, bevestig die NMEA / AIS -toerusting (die DTE) RTS (ReadyToSend) wanneer dit data wil stuur. Met hierdie verbindings dryf die RTS -pen die ClearToSend (CTS) en DataSetReady (DSR) penne wat terug in die NMEA / AIS -toerusting ingevoer word om te vertel dat die ander kant gereed is en data kan ontvang.

Ontfouting

Om die Debugging TX -uitset aan te skakel, moet u dit nie opmerk nie, dit wil sê wysig na #define DEBUG naby die bokant van die ESP8266_NMEA_BRIDGE.ino -skets.

Verwyder die TX/RX USB -kabels en koppel net die Yellow RX -kabel aan op die Debug TX -uitvoer. Laat die Swart GND -kabel gekoppel aan GND vir TX/RX. Die Arduino IDE Serial Monitor sal nou ontfoutingsboodskappe wys.

Standaard word die UDP -multicast -groep begin, maar u kan dit deaktiveer deur kommentaar te lewer, dit wil sê wysig na // #define UDP_BROADCAST naby die bokant van die ESP8266_NMEA_BRIDGE.ino -skets.

Afsluiting

Hierdie NMEA/AIS RS232 na WiFi -brug is robuust en maklik om te gebruik. Dit werk doeltreffend vanaf 'n bron van 12 batterye en is goedkoop genoeg om 'n ekstra by u te hê wat u in die middel van die reis kan ruil indien nodig.