Меню
ГлавнаяИнтернет

Опыт работы с GSM-модемом SIM900

Может применяться в устройствах, где необходима связь на большие расстояния. Например, роботом в Москве человек управляет сидя в Краснодаре! Или фермер включает водяной насос на рисовом поле из своего дома, расположенного за несколько километров от поля! Есть несколько вариантов связи с устройством:

Простая связь на основе SMS сообщений:
Включение/выключение устройства при помощи простых SMS команд. Для управления устройством можно использовать любой мобильный телефон.
Охранная/пожарная сигнализация, которая информирует хозяина о чрезвычайной ситуации в доме при помощи SMS.

Связь на основе вызовов:
“Умная” охранная/пожарная сигнализация, которая вызывает полицию или пожарных и сообщает о чрезвычайной ситуации при помощи заранее записанных голосовых сообщений.

Связь с использованием интернета (GPRS) :
Пользователь может управлять устройством с любого ПК/планшета/мобильного телефона, подключенного к интернету. Например, информационные дисплеи, установленные на трассах, управляются из центральной диспетчерской.
Робот, управляемый через интернет. Такой робот доступен с любого устройства подключенного к интернету из любой точки мира.
Портативные устройства, установленные в транспортных средствах, которые подключаются к интернету с помощью GPRS модуля SIM300 и добавляют текущую позицию (с помощью GPS (Global Position System, Глобальная Система Позиционирования)) на сервер. Эти данные сохраняются с базу данных на сервере вместе с идентификатором автомобиля. Для просмотра маршрута автомобиля можно соединиться с сервером с компьютера при помощи World Wide Web (Всемирной Паутины).

Преимущества использования модуля SIM300

Набор SIM300 Kit является полностью самостоятельным модулем с разъёмом SIM-карты, блоком питания и т.д. Этот модуль может быть легко связан с дешевыми микроконтроллерами AVR/PIC/8051. Связь с микроконтроллером осуществляется через асинхронный последовательный порт. Это основной тип последовательной связи, который аппаратно поддерживается большинством микроконтроллеров. Данные передаются бит за битом и собираются в байты. На высоком уровне это выглядит как простой текстовый поток. Всего потоков два: один от микроконтроллера к SIM300 и другой от SIM300 к микроконтроллеру. Команды передаются как простой текст.

Если вы никогда не использовали последовательную передачу данных и не слышали о ней, то желательно разобраться в её работе и попрактиковаться на более простых примерах.

Связь с модулем SIM300 при помощи AVR UART

Аппаратная часть микроконтроллера, используемая для последовательной связи, называется UART, и мы используем его для связи с модулем SIM300 (Также он может использоваться для связи с другими устройствами, например считывателями RFID, GPS модулями, сканерами отпечатков пальцев и т.д.). UART является очень распространенным способом связи в мире электроники, мы написали для него чистую и простую библиотеку, которую мы применяем во всех своих проектах с использованием UART.

Поскольку байт от SIM300 может прийти на микроконтроллер в любое время, то, что произойдет, если микроконтроллер занят чем-то другим? Чтобы решить эту проблему, мы сделали буферизацию входящих данных, основанную на прерываниях. Буфер находится в оперативной памяти микроконтроллера. У него есть функция, позволяющая определить количество байт в очереди.

Ниже приведены функции библиотеки AVR USART:

void USARTInit(uint16_t ubrrvalue)

Инициализация аппаратной части AVR USART. Значением параметра ubrrvalue устанавливается желаемая скорость передачи данных. По умолчанию скорость передачи данных для SIM300: 9600 бит/сек. Для микроконтроллера AVR работающего на частоте 16 МГц значение ubrrvalue для такой скорости должно быть 103 .

char UReadData()

Чтение одного символа из очереди. Если в очереди ничего нет, то ответ 0.

void UWriteData(char data)

Записывает один байт данных на линию Tx, используя функцию UWriteString ().

uint8_t UDataAvailable()

Сообщает количество данных в очереди FIFO.

void UWriteString(char *str)

Записывает строку в Си стиле, оканчивающуюся нуль символом в линию Tx.
Пример 1: UWriteString("Hello World !");
Пример 2: char name="Avinash !"; UWriteString(name);

void UReadBuffer(void *buff,uint16_t len)

Копирует содержимое FIFO буфера в память, определенную buff, количество скопированных данных определяется параметром len. Если по UART в FIFO буфер пришло меньше данных, чем надо (в соответствии с параметром len), то оставшееся место будет заполнено нулями.

char gsm_buffer;
UReadBuffer(gsm_buffer,16);

Приведенный выше пример будет считывать 16 байт данных (если они есть) из FIFO буфера в переменную gsm_buffer . Обратите внимание, что gsm_buffer выделен массив 128 байт, поскольку позже нам может потребоваться более 16 байт. Таким образом, этот буфер можно будет использовать для чтения до 128 байт в дальнейшем.

Функция, показанная выше, обычно применяется вместе с UDataAvailable ().

while(UDataAvailable()<16)
{
//Do nothing
}

char gsm_buffer;
UReadBuffer(gsm_buffer,16);

Фрагмент кода показанный выше, ждет пока в буфере накопится 16 байт данных, а затем считывает их.

void UFlushBuffer()

Отменяет ожидание данных FIFO буфером. Прежде чем отправлять новую команду GSM модулю, сначала отмените ожидание данных FIFO буфером.

Приведенные выше функции используются для отправки и получения текстовых команд от GSM модуля SIM300.

Набор AT команд для SIM300

Теперь, года Вы знакомы с основами библиотеки AVR USART и её использованием для инициализации USART, отправки и получения данных, настало время, чтобы изучить команды модуля SIM300 и как отправлять их и принимать ответы. SIM300 имеет несколько функций: отправка текстового сообщения, звонок и т.д. Каждая из этих функций выполняется после определённой команды, и SIM300 имеет свой набор команд.

Все команды SIM300 начинаются с префикса AT+ и заканчиваются Carriage Return (сокращенно, возврат каретки). ASCII код CR - 0x0D (десятичное 13). Все команды, которые вы отправляете SIM300, будут возвращаться по TX линии SIM300. То есть если вы отправляете команду 7 байт (включая завершающий CR), то вы сразу получите эти 7 байт в буфер по UART. Если вы не получили её, то это значит, что-то не в порядке!

Первая функция, которую мы изучим будет SIM300Cmd(const char *cmd) , она выполняет следующие действия:

  • Пишет команды, заданные параметром cmd .
  • Добавляет CR после команды.
  • Ожидает возврата команды, и если она приходит до тайм-аута, она отвечает SIM300_OK (константа, определенная в sim300.h). Если возврата ждали слишком долго, а его не было, она отвечает SIM300_TIMEOUT.

Примечание: Все зависимые функции SIM300 хранятся в файле sim300.c. Образцы и константы хранятся в sim300.h

Работа с SIM300Cmd ()

Int8_t SIM300Cmd(const char *cmd) { UWriteString(cmd); //Send Command UWriteData(0x0D); //CR uint8_t len=strlen(cmd); len++; //Add 1 for trailing CR added to all commands uint16_t i=0; //Wait for echo while(i < 10*len) { if(UDataAvailable() < len) { i++; _delay_ms(10); continue; } else { //We got an echo //Now check it UReadBuffer(sim300_buffer,len); //Read serial Data return SIM300_OK; } } return SIM300_TIMEOUT; }

За командой обычно следует ответ. Форма ответа такая:
LF - Line Feed, его ASCII код 0x0A (10 в десятичной системе)

Таким образом, во время ожидания ответа после отправки команды могут случиться три вещи:

  • Ответа нет в течении длительного времени. Вероятной причиной может быть то, что SIM300 не подключен к микроконтроллеру.
  • Ответ получен, но не тот, который ожидался. Причиной может быть неисправность последовательной линии, неверно установленная скорость передачи данных или микроконтроллер, работающий с неверной частотой.
  • Получен правильный ответ.

Например, команда Get Network Registration (Регистрация в сети) выполняется следующим образом: Command String (Команда): "AT+CREG? "

Response (Ответ): +CREG: , OK

Вы видите правильный ответ 20 байт. То есть после отправки команды "AT + CREG?" необходимо ждать получения 20 байт или пока истечет определенное время. Второе условие выполняется во избежание зависания, если SIM300 неисправен. То есть вместо того, чтобы вечно ждать ответа, будет выдана ошибка, если SIM300 отвечает слишком долго (это называется тайм-аут)

Если получен правильного ответа, то мы анализируем переменную для получения информации о регистрации в сети.

В зависимости от текущего состояния регистрации в сети значение может быть: 0 - Не зарегистрирован, сейчас SIM300 не ищет нового оператора для регистрации. 1 - Зарегистрирован в домашней сети. 2 - Не зарегистрирован, сейчас SIM300 ищет нового оператора для регистрации. 3 - В регистрации отказано. 4 - Неизвестно. 5 - Зарегистрирован, роуминг.

Работа с SIM300GetNetStat ()

Int8_t SIM300GetNetStat() { //Send Command SIM300Cmd("AT+CREG?"); //Now wait for response uint16_t i=0; //correct response is 20 byte long //So wait until we have got 20 bytes //in buffer. while(i<10) { if(UDataAvailable()<20) { i++; _delay_ms(10); continue; } else { //We got a response that is 20 bytes long //Now check it UReadBuffer(sim300_buffer,20); //Read serial Data if(sim300_buffer=="1") return SIM300_NW_REGISTERED_HOME; else if(sim300_buffer=="2") return SIM300_NW_SEARCHING; else if(sim300_buffer=="5") return SIM300_NW_REGISTED_ROAMING; else return SIM300_NW_ERROR; } } //We waited so long but got no response //So tell caller that we timed out return SIM300_TIMEOUT; }

Точно так же реализована функция: int8_t SIM300IsSIMInserted()

При другом типе ответов мы не знаем заранее точный размер ответа как в приведенной выше команде. Например, это команда Get Service Provider Name(Получение названия оператора (провайдера)), где длина имени оператора неизвестна заранее. Это может быть MTS, Beeline и т.п.. Для решения этой проблемы мы пользуемся тем, что перед и после ответа находится CR LF . Таким образом, мы просто записываем в буфер все символы до тех пор, пока мы не встречаем CR , что означает конец ответа.

Для упрощения обработки таких команд, мы сделали функцию
SIM300WaitForResponse (uint16_t timeout)

Эта функция ждет ответа от SIM300 (конец ответа обозначается CR) и сообщает размер ответа, в то время, когда сам ответ копируется в глобальную переменную sim300_buffer .

Если ответ не получен до тайм-аута, то ответ 0. Время тайм-аута в миллисекундах можно задать параметром timeout . Она не считает запаздывающие LF или последние OK , они остаются в UART FIFO буфере. Поэтому перед возвратом мы используем команду UFlushBuffer () , чтобы удалить их из буфера.

Работа с SIM300WaitForResponse (uint16_t timeout)

Int8_t SIM300WaitForResponse(uint16_t timeout) { uint8_t i=0; uint16_t n=0; while(1) { while (UDataAvailable()==0 && n

Работа с SIM300GetProviderName (char *name) Функция выполняет следующие действия:

  1. Очищает USART буфер, чтобы удалить все ошибки или ответы.
  2. Отправляет команду "AT + CSPN?" используя функцию SIM300Cmd ("AT + CSPN?");
  3. Затем она ждет ответа, используя функцию SIM300WaitForResponse ()
  4. Если мы получаем не нулевой ответ, она разбирает его чтобы получить название оператора.

Подобным образом реализованы следующие функции:

  • uint8_t SIM300GetProviderName(char *name)
  • int8_t SIM300GetIMEI(char *emei)
  • int8_t SIM300GetManufacturer(char *man_id)
  • int8_t SIM300GetModel(char *model)
uint8_t SIM300GetProviderName(char *name) { UFlushBuffer(); //Send Command SIM300Cmd("AT+CSPN?"); uint8_t len=SIM300WaitForResponse(1000); if(len==0) return SIM300_TIMEOUT; char *start,*end; start=strchr(sim300_buffer,"""); start++; end=strchr(start,"""); *end="\0"; strcpy(name,start); return strlen(name); }

SIM300 и ATmega32. Аппаратная часть

Для демонстрации связи с SIM300 используя AVR ATmega32, нам понадобится следующие компоненты:
- ATmega32 с обвязкой – регистром сброса, ISP штырьками, кварцем 16 МГц.
- источник +5В для питания ATmega32 и ЖК-дисплея.
- символьный ЖК-дисплей 16x2 для индикации результатов.
- модуль SIM300.

Мы использовали отладочную плату Xboard , поскольку она имеет ATmega32 с обвязкой, источник +5В и ЖК-дисплей.

Демонстрационный исходный код для AVR и SIM300

Демонстрационный исходный код написан на языке C и скомпилирован с использованием бесплатного AVR-GCC компилятора, использую последнюю . Проект разделен на следующие модули:

  • Библиотека ЖК-дисплея
    - Файлы lcd.c, lcd.h, myutils.h, custom_char.h
    - Её работа заключается в контроле стандартного ЖК-дисплея 16x2.
    - Более подробную информацию можно найти по ссылке .
  • Библиотека USART
    - Файлы usart.c, usart.h
    - Её работа заключается в контроле аппаратного USART микроконтроллера AVR. Включает в себя функции инициализации USART, отправки/приема символов, отправки/приема строк.
  • Библиотека SIM300
    - Файлы sim300.c, sim300.h

Пошаговая настройка проекта AS6

Создайте новый проект AS6 под названием "Sim300Demo".
Используя solution explorer (дерево проектов) создайте папку с именем "lib" в текущей папке.
Внутри папки "lib" создайте папки "LCD", "USART" и "SIM300".
Скопируйте файлы (с помощью проводника Windows) lcd.c, lcd.h, myutils.h, custom_char.h в папку lcd.
Скопируйте файлы (с помощью проводника Windows) usart.c, usart.h в папку USART
Скопируйте файлы (с помощью проводника Windows) sim300.c, sim300.h в папку SIM300.
Добавьте файлы lcd.c, lcd.h, myutils.h, custom_char.h в проект с помощью solution explorer (дерева проектов).
Добавьте filesusart.c, usart.h в проект с помощью solution explorer (дерева проектов).
Добавить файлы sim300.c, sim300.h в проект с помощью solution explorer (дерева проектов).
Определите значение F_CPU = 16000000 использования AS6.
Скопируйте и вставите основной файл Sim300Demo.c в программу.
Скомпилируйте проект чтобы получить hex файл.
Прошейте Xboard с помощью USB программатора.
Если вы используете новый микроконтроллер ATmega32, установите LOW FUSE на 0xFF и HIGH FUSE на 0xC9 .

Что делает демонстрационная программа?

Инициализирует ЖК-дисплей и модуль SIM300.
Проверяет, что модуль SIM300 подключен к USART и реагирует должным образом.
Отображает IMEI SIM300 модуля.
Отображает ID производителя
Проверяет наличие SIM-карты.
Ищет GSM сеть и устанавливает соединение. Для этого должна быть активная SIM-карта.
Показывает название оператора, например MTS или Megafon.

Возможные проблемы

Нет изображения на ЖК-дисплее

Убедитесь, что в проекте AVR Studio установлена тактовая частота 16 МГц (16000000Hz)
Отрегулируйте контрастность потенциометром.
Нажмите кнопку сброса несколько раз.
Включите/выключите устройство несколько раз.
Подключайте ЖК-дисплей только так, как показано на схеме.

Во время инициализации SIM300 появляется ошибка "No Response (Нет ответа)"

Проверьте целость Rx, Tx и GND линий между SIM300 и Xboard.
Убедитесь, что микроконтроллер работает на частоте 16 МГц.
Установите фьюзы точно, как описано выше.

Ошибки компилятора

Многие люди используют уже написанные и скомпилированные программы. У них отсутствует опыт и они не знакомы с основами программирования и компиляции. Ознакомится с компиляторами и их работой на разных платформах (PC / MAC / Linux) будет отличным началом. Встроенные системы не подходят для изучения основ. Они предназначены тем, кто имеет эти навыки и просто пользуется ими.
Убедитесь, что все файлы библиотеки ЖК-дисплея добавлены к проекту.
Убедитесь, что AVR-GCC установлен. (Дистрибутив Windows называется WinAVR)
Убедитесь, что в проекте AVR Studio указан AVR GCC.

Общие советы для новичков

Используйте готовые отладочные платы и программаторы.
Попробуйте изучать , основываясь на статьях и учебниках.

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество Примечание Магазин Мой блокнот
U1 МК AVR 8-бит

ATmega32

1 В блокнот
U2 Линейный регулятор

LM7805

1 В блокнот
D1 Выпрямительный диод

1N4007

1 В блокнот
D2 Светодиод 1 В блокнот
С1, С2 Конденсатор 22 пФ 2 В блокнот
С3, С4, С6 Конденсатор 0.1 мкФ 3

В последнее время появилось много различных вариантов схем устройств сигнализаций GSM. Если в данной схеме применяется модуль GSM, то в большинстве случаев – широко распространенный модуль производства китайской фирмы SimCom SIM300. Данный модуль показал себя с хорошей стороны, как в плане надежности, так и низкой стоимости.
В представлено описание устройства сигнализации GSM на основе модуля SIM300, разработанное автором. Там же приводятся чертежи печатных плат и полнофункциональная версия прошивки микроконтроллера. Так же под данную систему сигнализации разработаны различные модули расширения, пульты ДУ, клавиатурные блоки управления, блоки питания…
Но фирмой-производителем было заявлено , что с конца 2010 года производство модулей GSM линейки SIM3xx будет прекращено. Вместо него рекомендуется использовать новый модуль, выпускающийся этим же производителем – SIM900. Причем, как было заявлено, SIM900 будет намного функциональнее своего «предка», и, что для нас является одним из самых важных критериев, дешевле.

Кое-что о SIM900…

Так что же представляет собой модуль SIM900? Возьмем в руки datasheet и попробуем его прочитать.
Модуль SIM900 представляет собой четырехдиапазонный GSM/GPRS прибор, работающий на частотах 850/900/950/1900 МГц, предназначен для передачи голоса, данных, SMS сообщений и пр.
Основные технические характеристики модуля:
Диапазон частот:
GSM850, EGSM900, DCS1800, PCS1900
совместимость с GSM phase 2/2+.
Излучаемая мощность:
class 4 (2W/900 MHz)
class 1 (1W/1800 MHz)
Управление: AT commands (GSM 07.10)
Напряжение питания модуля: 3,4 – 4,5 В
Ток потребления:
в спящем режиме – 1,5 мА
в режиме передачи – до 500 мА
максимальный – 1,8 А
Рабочая температура: -30 … +80 С
Размеры: 24х24х3 мм
Масса: 3,4 г
Как можно увидеть, данный модуль по габаритам отличается от своего предшественника, модуля SIM3xx, примерно в полтора раза. Но и по параметрам и функциональности тоже превосходит на порядок.


Рисунок 1 – Внешний вид модуля GSM SIM900



Рисунок 2 – Назначение выводов модуля SIM900

Внешний вид модуля представлен на рис. 1, а назначение выводов – на рис. 2. По рисункам можно определить, что помимо стандартного интерфейсного набора, присущего предыдущим моделям (порты UART для обмена данными, вывод статуса модуля STATUS, выводы интерфейса SIM-карточки, и пр.), добавлено несколько новых (выводы подключения клавиатуры KBR/KBC, ШИМ-выход PWM, вывод сброса модуля NRESET).
Ввиду того, что данный модуль на момент написания данной статьи еще не прошел полной «обкатки» на просторах Украины, постоянно производятся доработки программного обеспечения, в описании возможны изменения, не ухудшающие работу в целом.

Основные параметры устройства

Данное устройство является продолжением линейки приборов сигнализации GSM, разработанных автором . Поэтому параметры во многом идентичны.
Наблюдение за состоянием четырёх шлейфов сигнализации (ШС) во всех режимах работы, кроме режима «Программирование», и отображения состояния шлейфов при помощи светодиодных индикаторов, расположенных на передней панели прибора (свечение индикатора – «шлейф в нормальном состоянии», в другом случае – присутствует обрыв или замыкание шлейфа сигнализации).
В шлейфы сигнализации могут быть включены:
> сигнализаторы магнитоконтактные (герконы СМК, СОМК);
> извещатели типа «Фольга», «Окно»;
> извещатели пожарные (ИП-104, ИП-105);
> датчики движения, объема, бития;
> прочие датчики, имеющие замкнутый выход в нормальном состоянии, и размыкающие контакты при нарушении.
Поддержка прибором следующих типов зон (шлейфов) сигнализации:
«нормальная» (сигнал «Тревога» формируется сразу при поступлении сигнала нарушения целостности шлейфа сигнализации, шлейф после срабатывания не восстанавливается);
«с задержкой» (пользователю предоставляется время на выход и на вход, чтобы можно было успеть включить прибор и покинуть объект или вскрыть объект и отключить прибор);
«коридор» (при срабатывании зоны и дальнейшем её возвращении в нормальное состоянии данный тип зоны снова берется под охрану);
«круглосуточная, пожарная» (шлейф сигнализации постоянно под охраной, снятие и взятие производится при помощи специальной SMS-команды);
«круглосуточная, тревожная кнопка» (шлейф сигнализации постоянно под охраной, снятие и взятие производится при помощи специальной SMS-команды, при срабатывании шлейфа производится только дозвон, отправка SMS-сообщения о саботаже, сирена при этом не включается);
«отключена» (система не реагирует ни на какие изменения на входе ШС).
Включение режима «Охрана» при помощи «скрытой», или «секретной» кнопки, «секретного» переключателя (вместо которого может быть использованная клавиатура с замыкающими контактами, типа «Satel»), пульта дистанционного управления, ключа TouchMemory (Dallas) или дополнительной клавиатуры, в зависимости от прошивки контроллера. Описываемая здесь прошивка использует только «секретный» переключатель, остальные версии будут рассмотрены позже.
Поддерживается два режима работы прибора:
сигнализация GSM (GSM-терминал подключен и с ним осуществляется обмен данными);
автономная сигнализация (GSM-терминал не участвует в работе системы, устройство работает как автономная сигнализация).
Снятие с охраны и постановка под охрану при помощи звонка с определенного телефона (может быть отключено) с передачей соответствующего SMS о состоянии системы.
Передача подтверждающего sms-сообщения при взятии объекта под охрану (может быть отключено).
Формирование сигнала «Тревога» (включение сирены, передача данных «тревоги» на мобильный телефон) при нарушении целостности («обрыв» или «замыкание») хотя бы одного из шлейфов сигнализации.
Отправка SMS-сообщений и автодозвон на три мобильных или стационарных (если обеспечивается поддержка SMS-функций оператором связи) номера телефонов.
Перевод прибора в режим «Снят с охраны» при помощи только пульта дистанционного управления, клавиатуры, путем приема SMS-сообщения с мобильного номера 1 и(или) дозвона с этого номера (может быть отключено), а также «секретного» переключателя, в зависимости от прошивки контроллера.
Возможность дистанционного управления устройством путем передачи SMS-сообщений определенного содержания (может быть отключена).
Программирование основных функций и параметров прибора (номера телефонов, время задержки, время работы сирены и т.д.) при помощи компьютерной программы Lite Programmer в режиме «Программирование» прибора. При этом выход СОМ-порта компьютера (выводы RxD и TxD) подключаются к соответствующему разъёму прибора сигнализации с помощью специального кабеля.
Подача прибором определенного сигнала пользователю о недостатке средств на счету мобильной карты.
Подача прибором определенного сигнала пользователю об отсутствии сигнала связи с мобильной станцией.
Передача сигнала SMS при пропадании питающего напряжения сети (220В) в режиме "Охрана" (может быть отключено).
Применение встроенного модема GSM позволяет обойтись без лишних блоков и подключений, а также повысить совместимость и стабильность связи GSM-канала.
Программированная реакция силового выхода: включение выхода только в режиме "Тревога" на установленное пользователем время (от 60 до 240 секунд).
Использование оригинального протокола передачи данных ИК-излучения пультом дистанционного управления для управления устройством и пультом радиоизлучения, а также оригинальная кодировка данных, поступающих с клавиатуры.
Имеется возможность контроля прибором напряжения питания сети и напряжения аккумуляторной батареи, при этом при пропадании и появлении напряжения сети отсылаются соответствующие SMS-сообщения. Также при понижении напряжения питания резервного источника (аккумулятора) ниже заданного уровня (8-9В) отсылается сообщение, после чего прибор переходит в «спящий» режим, выход из которого возможен только при возобновлении питания (сетевого или аккумуляторного).
Отправка SMS-сообщения на мобильный номер 1 при поступлении входящих звонков с указанием входящего номера (может быть отключена).
Прибор позволяет осуществить коммутацию внешних звуковых или световых оповещателей (звонок, сирена, лампа) с рабочим напряжением 12В и потребляемым током до 1,25А.
Прошивка микроконтроллера, описанная в данной статье, предназначена для работы устройства совместно с «секретным» переключателем, а также включения-отключения прибора при помощи дозвона и отсылки SMS-сообщений. Остальные варианты исполнения устройства будут описаны в следующих материалах, при наличии, естественно, читательского интереса.

Технические характеристики

Количество шлейфов сигнализации – 4.
Сопротивление выносного элемента (оконечного), кОм – 2,7.
Максимальное сопротивление шлейфа охраны без учета сопротивления выносного элемента, Ом – 750.
Потребляемый ток от источника постоянного тока (без подключенных активных датчиков сигнализации), при напряжении 12,6 В, в следующих режимах работы, не более:
- «дежурный», без использования GSM-модуля – 0,16 А;
- «дежурный», при использовании GSM-модуля – 0,23 А;
- «охрана», при использовании GSM-модуля – 0,28 А;
- «тревога», при использовании GSM-модуля и отключенной сирене – 0,34 А;
- пиковое (импульсное) потребление – 1,8 А.
Поддерживаемые стандарты GSM: 850/900/1800/1900 MHz.
Пределы установок времени:
- Время задержки на вход – 0…150 секунд;
- Время задержки на выход – 0…250 секунд;
- Время работы сирены – 30…250 секунд.

Описание схемы

Схема электрическая принципиальная основного блока приведена на рис. 3. Я уточняю – «основного блока», ведь к данным системам сигнализации дополнительно разработан большой набор периферии: здесь и разнообразные пульты управления, блоки расширения и пр. .
По сравнению с предыдущим вариантом схема претерпела качественные изменения: кроме, как уже говорилось выше, применения другого модуля GSM, также исключено реле (вместо него применена ИМС – набор мощных транзисторных ключей), а также исключен блок преобразователя RS232-UART (как показала практика, программирование производится не очень часто, и для этого используют, в основном, ноутбук, в котором порт RS232 зачастую просто отсутствует).



Рисунок 3 – Схема электрическая принципиальная

Главным управляющим элементом устройства является микроконтроллер ATmega168 производства компании Atmel . Микроконтроллер контролирует состояния шлейфов сигнализации, подключенных к входам АЦП, и, в зависимости от режима работы, осуществляет дальнейшие действия, как то: дозвон и отсылку SMS-сообщений, включение сирены, и т.д.
Входы АЦП PC0-PC3 предназначены для контроля состояния шлейфов сигнализации, МК производит измерение напряжения на этих выводах, и, в зависимости от напряжения, формирует сигнал «обрыв», «норма» или «замыкание». На PC5, PC6 подаются напряжения с выхода блока питания для контроля их значений. Кстати, если эти вывода не будут подключены, устройство не запустится!
В схеме используются контрольные светодиоды: LED1 – контроль работы модуля GSM (при наличии связи и работы модуля моргает с частотой 1 вспышка в течении 2-3 секунд, в остальных случаях имеются проблемы со связью или с самим модулем), LED2 – контроль работы системы (в рабочих режимах моргает с частотой 3-5 раз в секунду, в режиме программирования горит постоянным светом). Кроме этого, к выводам IND1…IND4 подключаются светодиоды контроля состояния шлейфов сигнализации LED4…LED7. KEY_S – собственно, сама «секретная» кнопка или переключатель. SPEAKER – разъем для подключения динамика, он может быть на любое сопротивление, мощность не менее 0,25 Вт.

О питании прибора. Данное устройство требует напряжения питания в пределах 10 – 18 В, при токе до 2 А. Блок питания целесообразно построить таким образом, чтобы напряжение питания не пропадало даже при пропадании сети, то есть предусмотреть аккумуляторную батарею. Рекомендуется использовать блок питания, применяемый в предыдущих версиях описываемого устройства . Там же описано и подключение блока питания к прибору сигнализации.

Программирование основных функций устройства

Программирование основных функций прибора осуществляется при помощи специальной программы – Lite Programmer. Последнюю версию программы всегда можно скачать на сайте автора. В принципе, вместо компьютера для программирования прибора возможно использовать мобильный телефон, подключенный к устройству через data-порт, или ИК-порт, но для этого нужно написать хотя бы java-мидлет, а за неимением свободного времени автору просто некогда этим заняться, да и программирование при помощи ноутбука пока устраивает. Если есть желающие заняться решением этого вопроса – пишите автору на электронную почту , вся документация будет представлена.
Подключение устройства производится к свободному СОМ-порту компьютера через специальный преобразователь RS232-UART, или к USB-порту через переходник USB-UART. Только не вздумайте подключать напрямую, без переходника (есть сейчас и такие умельцы)! Это грозит смертью микроконтроллеру или порту компьютера!
Порядок переключения в режим программирования:
1. Нажать на кнопку S1 на время не менее 2 секунд и дождаться прекращения мигания индикатора состояния работы модуля 2HL1 (обычно не более 10 секунд)
2. Обесточить устройство.
3. Установить джампер J1, переведя прибор в режим «Программирование».
4. Подключить кабель для связи устройства с компьютером.
5. Произвести установку связи с устройством и программирование (описано ниже).
6. Обесточить устройство.
7. Отключить кабель для связи с ПК и убрать джампер J1.
8. Программирование завершено, можно подать питание и пользоваться прибором.
Главная форма программы является стандартной, никаких излишеств и «наворотов». В правой части формы устанавливается номер СОМ-порта, а также скорость приема-передачи данных (для нашего случая – 115200 бод), для перевода устройства в режим программирования выбрать во фрейме «Действие» (в правом нижнем углу) – «установить связь», при этом светодиод 1LED1 загорится постоянным светом. Можно программировать!



Рисунок 4 – Главная форма программы Lite Programmer

Особых трудностей работа с программой для пользователя, хотя бы раз в жизни включающего компьютер не представляет. Кроме того, всё подробно описано в упоминаемой не раз Инструкции по эксплуатации и программированию. Если коротко: устанавливаете нужные вам параметры, убеждаетесь, что в третьей колонке красным цветом появилась надпись «Изменить», во фрейме «Действие» выбираете пункт «Программирование», нажимаете кнопку «Выполнить», и всё. Если параметр запрограммирован, то в пятой колонке появится надпись «Запрограммировано», при ошибках программа также выдаст соответствующее сообщение.

Некоторые нюансы программирования.

Следует особое внимание уделить процессу программирования, так как от этого зависит работа устройства в целом. Как показала практика, основная ошибка допускается при установке номера SMS-центра мобильного оператора. Если Вы этот номер не знаете, или не уверены, то лучше его совсем не программировать. Программное обеспечение модуля GSM в этом случае самостоятельно определит номер.
Также внимательно отнеситесь к установке номера USSD-запроса об остатке средств, если планируется его использовать. Первоначально устройство разрабатывалось для украинских пользователей, поэтому минимальная сумма остатка средств равна одному-девяти гривням-рублям. Возможны два варианта выбора установки. Первый – выбрать нужного оператора, и программа сама выставит требуемый номер и сумму минимального остатка, равную двум гривням. Второй вариант – выбрать из ниспадающего меню выбора оператора USSD-запроса пункт TUNE USSD, и затем в появившейся форме заполнить требуемые параметры: минимальная сумма (от одного до девяти рублей), разделитель рубли-копейки (некоторые операторы применяют различные знаки разделения, например, точка, запятая, двоеточие).
Программа пока поддерживает только латиницу при вводе текстов SMS-сообщений, так как данная функция поддерживается и программой микроконтроллера. В настоящее время ведутся работы по включению и кириллицы.

Краткое Руководство по эксплуатации.

Перед установкой в прибор сигнализации следует некоторым образом «подготовить» SIM-карточку, а именно: отключить пароль. Рекомендуется использовать в устройстве SIM-карточку того же мобильного оператора, что и телефоны дозвона. По крайней мере, вероятность доставки SMS-сообщений неоднократно возрастет.
После подачи питания и запуска прибор издаст один длинный звуковой сигнал внутренним динамиком, затем производится установка связи с модулем, по завершению которой звучат три коротких звуковых сигнала. Прибор готов к работе.
Далее пойдет речь об использовании прибора в качестве устройства охранной сигнализации помещений домов и пр. Для использования устройства в качестве автомобильной сигнализации или прочих функциях требуется в первую очередь другая прошивка микроконтроллера, а это выходит за рамки настоящей статьи. Это тема последующих публикаций.
Для того, чтобы поставить прибор под охрану, нужно замкнуть переключатель KEY_S. Кстати, вместо данного переключателя можно использовать любую клавиатуру с замыкающими контактами, например Satel SW02. После этого прибор начнет отсчитывать время на выход (время устанавливается при программировании), в течении которого необходимо покинуть охраняемый объект. Если по истечении времени на выход все шлейфы находятся в собранном состоянии, прибор переходит в режим охраны. В том случае, если по истечении времени на вход хотя бы один из шлейфов будет в обрыве или замыкании, прибор издает прерывистый звук в течении 100-140 секунд, отправляется сообщение о невзятии объекта под охрану на номер 1 (если запрограммировано), после чего переходит в режим тревоги с отправкой всех сообщений и дозвоном. Также можно поставить прибор под охрану дозвоном с номера, запрограммированного первым, или отправленным SMS-сообщением с текстом «START» с этого же номера. Следует помнить, что в данной версии прошивки не рекомендуется совместное использование при постановке под охрану «секретного» переключателя и функций GSM для исключения их взаимного влияния. При совместном использовании приоритет будет на стороне переключателя, GSM-функции работать не будут!
В режиме охраны прибор постоянно контролирует состояние всех шлейфов сигнализации, а также состояние модуля GSM. При этом, если происходит срабатывание шлейфа, отправляются SMS-сообщения и производится дозвон, в соответствии с картой программирования. Дозвон осуществляется до снятия абонентом трубки, но не более восьми раз. Также в режиме охраны контролируется питание сети 220В, и аккумуляторной батареи резервного источника. При этом, при каждом пропадании 220В и последующем его появлении происходит передача соответствующего SMS-сообщения (эту функцию можно отключить при программировании).
Для снятия прибора с охраны необходимо вскрыть объект, и в течении времени на выход разомкнуть контакты переключателя. Если этого не сделать, прибор переходит в режим тревоги. Или снять объект с охраны до вскрытия, позвонив по телефону, или отправив с первого номера SMS-сообщение «STOP».
В дежурном режиме устройство также контролирует состояние шлейфов сигнализации, а также модуль GSM. При потере связи с модулем или потере сети через каждые 2-4 минуты раздается пять кратковременных зуммера. Также каждые 30-40 минут идет опрос состояния счета мобильного номера. При этом раздаются десять кратковременных звуковых сигнала («трель»), и отсылается одно SMS-сообщение (“NO MONEY!!”) на номер 1.
В таблице приведены служебные сообщения, которые может отправлять устройство при появлении тех или иных событий (при отключенной функции отправки, при программировании, данные сообщения не отправляются!):

Текст SMS

Описание

Примечание

Stop guard!

Подтверждение снятия системы с охраны

Дежурный режим

POWER OFF!!!

Неисправность или отсутствие напряжения сети 220В

Только в режиме охраны

Power ON

Появление напряжения сети 220В (после отсутствия)

ALL POWERS OFF!!!

Все питающие напряжения ниже нормы. Через некоторое время устройство перейдет в спящий режим.

Во всех режимах работы

Start after sleeping

Возобновление работы устройства после пропадания питания

NO MONEY!!!

Минимальная сумма средств на счете. Необходимо пополнить счет!

Данное устройство имеет большой потенциал в плане усовершенствования и модернизации, его можно использовать не только как сигнализацию, но и в качестве любого устройства сбора-передачи данных, сконфигурировав программу микроконтроллера под каждый конкретный случай.

Заключение

Описываемое устройство прошло первоначальное тестирование в лаборатории автора и показало неплохие результаты. Модуль SIM900 показал стабильную работу при управлении стандартными AT-командами, особых жалоб не наблюдается. В скором времени будут разработаны печатные платы данного прибора и подготовлена соответствующая документация. Демо-версия прошивки микроконтроллера прилагается к данной статье. Полнофункциональная версия прошивки микроконтроллера устройства предоставляется любому желающему бесплатно. Для этого следует направить соответствующий запрос на электронный ящик автора или по ICQ . Также рассматриваются любые предложения по организации производства описываемого прибора сигнализации и периферийных устройств.
В дальнейшем планируется обеспечить совместимость прибора со всеми периферийными устройствами, предназначенными для предыдущей версии устройства сигнализации GSM авторства Д. Дмитренко . Здесь собраны дополнения к статье для различных частных применений

Все прошивки в настоящее время - полнофункциональные, кроме прошивок, поддерживающих ключи iButton, там ограничения на количество максимально используемых ключей - от одного до трех.

1. Использование для управления устройством ключа TouchMemory

В настоящее время разработана прошивка микроконтроллера для работы с ключами TouchMemory . Для этого необходимо устройство дополнить несложным устройством, состоящим из двух резисторов, емкости и стабилитрона. И, естественно, использовать прошивку для этого типа устройств.
Пример использования такого устройства наглядно описывается в статье Сигнализация GSM с применением ключей iButton . Там же, на схеме электрической принципиальной, показано подключение дополнительного устройства, приведены чертежи печатной платы.
Прошивку можно скачать [ищем для устройства DDN Research HG45Q]

Опыт использования SIM900, описанный ниже будет более полезен тем, кто уже успел немного поработать с модулем. Для тех же читателей, кто только начинает изучение данной микросхемы и планирует использовать её для обмена данными через интернет мы подготовили серию уроков на эту тему. Вот .

Итак, SIM900 – GSM-модуль компании SIM COM, управляется AT-командами, умеет посылать SMS, совершать звонки, организовывать прямое CSD-соединение, обмениваться информацией по GPRS.

В моих руках оказалась заказанная из Китая отладочная плата SIM900 GPRS shield – совместимая с платформой Arduino.

На плате находится сам чип SIM900, разъёмы для микрофона и наушников, переключатель источника питания (от внешнего разъёма или от Arduino), антенна, несколько светодиодов для индикации режимов работы, разъём для батарейки (если нужны часы реального времени), кнопка включения/выключения. Хорошее описание я нашёл на wiki производителя . Там же приведён код для управления модемом в различных режимах.

Как заявляет нам производитель плата отлично совместима с Arduino Uno. Действительно, плата SIM900 просто втыкается в Uno и сразу же начинает работать. Однако, как выяснилось, Arduino Uno может оказаться «слабоватой» для реализации некоторых функций, но об этом я расскажу чуть ниже.

С Arduino Mega плата работает с некоторыми ограничениями. Это связано с тем, что у Меги в отличие от Uno пины 7 и 8, недоступны для использования в качестве software serial (программный USART). Это решается переключением интерфейса USART на ноги 0 и 1, для этого на плате SIM900 предусмотрены джамперы.

Вообще, плату можно подключить к любому контроллеру с интерфейсом USART. Например, пробовал управлять модемом с помощью контроллера STM32F4.

SIM900: SMS-сообщения и звонки

Испытания модуля для обмена SMS-сообщениями и звонков прошли «на УРА»! Модуль справился с этими задачами без особых проблем, для этого я просто скопировал c того же сайта , скомпилировал и прошил в Arduino Uno вот этот код:

//Serial Relay - Arduino will patch a //serial link between the computer and the GPRS Shield //at 19200 bps 8-N-1 //Computer is connected to Hardware UART //GPRS Shield is connected to the Software UART #include SoftwareSerial GPRS(7, 8); unsigned char buffer; // buffer array for data recieve over serial port int count=0; // counter for buffer array void setup() { GPRS.begin(19200); // the GPRS baud rate Serial.begin(19200); // the Serial port of Arduino baud rate. } void loop() { if (GPRS.available()) // if date is comming from softwareserial port ==> data is comming from gprs shield { while(GPRS.available()) // reading data into char array { buffer=GPRS.read(); // writing data into array if(count == 64)break; } Serial.write(buffer,count); // if no data transmission ends, write buffer to hardware serial port clearBufferArray(); // call clearBufferArray function to clear the storaged data from the array count = 0; // set counter of while loop to zero } if (Serial.available()) // if data is available on hardwareserial port ==> data is comming from PC or notebook GPRS.write(Serial.read()); // write it to the GPRS shield } void clearBufferArray() // function to clear buffer array { for (int i=0; i

Для того, чтобы посылать модулю команды, его нужно подключить к компьютеру. Это можно сделать, используя USB порт Arduino. На компьютере для этого нужен любой монитор COM-порта. Его можно скачать отсюда , а можно использовать монитор, встроенный в Arduino IDE.

Всё, что делает прошитая программа Arduino, — «ловит» команды пользователя и посылает их модулю, а затем возвращает пользователю ответы SIM900. Таким образом, передавая модулю AT-команды в ручном режиме, я опробовал приём и передачу SMS-сообщений, а подключив в соответствующие разъёмы микрофон и наушники — воспользовался модулем SIM900 в качестве мобильного телефона.

Передача данных по GPRS с помощью SIM900

Свои первые опыты по передаче данных через GPRS я начал, используя для управления SIM900 платформу Arduino UNO (просто потому, что она была под рукой). Для начала купил хостинг с сервером под Apatche и развернул на нём простейшее приложение, которое умело отвечать на GET-запросы. Получилось! Я все так же посылал команды с ПК контроллеру Arduino, который в свою очередь пересылал их SIM900.

Всё работало корректно до тех пор, пока GET-запросы были достаточно короткими (до 100 символов). Но как только запросы стали длиннее — начались сбои: запросы передавались не полностью. Было замечено, что глюки могут появиться или исчезнуть даже при увеличении/уменьшении управляющей программы Arduino на несколько строк. Впоследствии выяснилось, что сбои связаны с программным USARTом, которой Arduino UNO использует для общения с SIM900, т.к. такой USART целиком и полностью зависит от программного цикла ядра контроллера. При малом количестве данных, они успевают передаваться всегда, а при увеличении их количества — результат передачи зависит от длительности программного цикла.

Вывод из всего вышесказанного: использовать программный USART при общении с SIM900 НЕЛЬЗЯ , особенно когда речь идёт о большом количестве передаваемых данных.

У Arduino Uno всего один «железный» интерфейс USART, который был занят под обмен с ПК, поэтому пришлось отказаться от UNO, заменив её на Arduino Mega, которая не страдает недостатком «железных» USARTов. После такой «рокировки» работа устройства стала стабильной и корректной.

SIM900: TCP-IP стек или HTTP? Что лучше?

Изучая руководство по управлению модемом, я обнаружил что существует две группы AT-команд. Первая группа используется для передачи данных через встроенный TCP-IP стек, а вторая использует HTTP протокол уже реализованный внутренней логикой SIM900. Сколько я ни мучал Google и Яндекс пытаясь узнать, чем же отличаются данные способы, каковы плюсы и минусы каждого из них, — ничего не нашёл, поэтому попробовал оба и делюсь своим практическим опытом тут.

Оба способа рабочие и имеют право на существование.

TCP-IP стек немного сложнее инициализируется (больше команд нужно передать модулю), им немного сложнее управлять. Для того, чтобы передать запрос, необходимо открыть соединение, дождаться ответа и корректно закрыть его.

HTTP — это, говоря простыми словами, браузер встроенный в SIM900. Он прост в инициализации, для того чтобы начать обмен с сервером необходимо открыть сеанс. При этом открытие и закрытие соединения при каждом запросе и решение других «организационных задач» ложиться на плечи SIM900. Это удобно, к тому же передача данных таким способом происходит несколько быстрее, как раз из-за того, что у SIM900 быстрее получается выполнять все «вспомогательные операции», чем это может делать управляющий контроллер.

Таким образом, при выборе способа обмена я все-таки остановился на протоколе HTTP.

Некорректный GET-запрос на сервер

В самом начале своей работы по передаче данных по GPRS я допустил ошибку, которая стоила мне не одного дня мучений. Не имея достаточного опыта работы по взаимодействию с сервером посредством GET-запросов, я, набравшись поверхностных знаний в интернете, составил запрос вида:

GET http://xxx.ru/d_command.php?UC=1111 HTTP/1.1
HOST: xxx.ru

Этот запрос не является корректным, однако его отлично «кушал» браузер и прокси сервер, с которого я отправлял запросы для отладки — именно поэтому я считал запрос верным.

Самое удивительное то, что SIM900 тоже отлично справлялся с «плохим» запросом (а отправлял запросы я тогда через TCP-IP стек). Однако, в один прекрасный день сервер начал отвечать на такие запросы ошибкой 404. Произошло это по так и не выясненным обстоятельствам, то ли хостинг-провайдер поменял алгоритмы обработки запроса (он открещивается от этого), то ли это сделал мобильный оператор. Но факт остаётся фактом. Тогда же я попробовал передать тот же запрос через HTTP — всё работало. Объясняется это тем, что внутренний HTTP протокол модуля SIM900 (как я уже говорил, по-сути встроенный браузер) умеет сам правильно «распарсивать» некорректные запросы и транслировать в сеть уже в правильном виде. Это еще один плюс (сомнительный, конечно же) использования HTTP, поскольку позволяет программисту некоторые неточности. А вообще, конечно, запрос должен быть написан правильно и выглядеть вот так:

GET /d_command.php?UC=1111 HTTP/1.1
HOST: xxx.ru

С таким корректным запросом SIM900 успешно обменивается и через TCP-IP стек, и через HTTP.

Зависание SIM900

Иногда при обмене по GPRS возникают ситуации, после которых модуль может зависнуть. Этому виной могут быть некорректные данные, пришедшие по сети и загнавшие в ступор SIM900, или помехи на линии обмена модуля и контроллера, при которых SIM900 получил «не то, что ждал», или ещё какие-то неведомые проблемы. Производитель чипа предупреждает о том, что это может происходить и предлагает в таких случаях перезагружать модуль с помощью специальной последовательности импульсов, подаваемых на вход PWRKEY.

Однако, как выяснилось, это не всегда помогает — после такой перезагрузки модуль может «проснуться» всё ещё «глюкнутым». И об этом тоже нас предупреждает производитель, если внимательно читать DataSheet на модуль. Вот что рекомендуется в документации:

NOTE: It is recommended to cut off the VBAT power supply directly instead of using external reset pin when SIM900 can not respond to the AT command “AT+CPOWD=1” and PWRKEY pin.

Поэтому самым правильным способом перезагрузки модуля является полное снятие с него питания (с ножки VBAT), выдержка некоторой паузы (хотя бы секунду на всякий случай) и повторная подача питания. Для перезагрузки модуля на плате лучше предусмотреть реле или транзисторный ключ, управляемый контроллером.

Заключение

В дальнейшем я планирую выпустить серию статей-уроков, в которых расскажу как организовать обмен между серверным веб-приложением и SIM900, начиная с покупки хостинга у провайдера заканчивая написанием кода управляющих программ.

До свидания! Следите за обновлениями на LAZY SMART .

Итак, после продолжительного времени раскуривания тонкостей работы с GSM модулем SIM900D анонсируем первый рабочий проект, совмещающий в себе охранную систему с возможностью удаленного контроля. Если кратко, то устройство способно отправлять информирующие SMS в случае срабатывания датчика проникновения, делать дозвон для возможности аудиоконтроля помещения, следить за температурой и отправлять ее смс-кой по запросу, а также управлять какой-нибудь нагрузкой по команде отправленной по смс.

Кто следил за данной темой, тот в курсе, что у меня GSM модуль и модуль управления им - две разные платы, соединенные бутербродом (см. плата с SIM900D и плата управления ). На управляющей плате помимо микроконтроллера ATmega32a стоит модуль питания, выполненный на преобразователе LM2596 , он запитывает схему постоянным напряжением 3,5 вольт. В принципе подойдет любой другой источник питания, главное чтобы он был способен кратковременно вытянуть до 2 ампер (именно такое потребление GSM-модуля в момент регистрации).

Удобства ради, к плате управления подключен дисплей от телефона Nokia3310, методы работы с котором уже ни раз описывались на этом сайте. Благодаря дисплею можно быстро определить состояние устройства и значение датчиков.

В итоге получившаяся схема подключения вышла такая (кликабельно):

Нумерация выводов микроконтроллера на схеме приведена для DIP корпуса, поэтому если повторяете схему с использованием мк в корпусе TQFP будьте внимательны, нумерация выводов у него отличается. Тактируется микроконтроллер от внешнего кварца на 16 МГц.

Линия Control идущая от коллектора транзистора Q2 к выводу PortD.4 микроконтроллера добавлена для перестраховки и нужна за тем чтобы следить включен ли модуль. Так как порог выключения у SIM900 составляет 3,2 вольта то даже при незначительной просадке напряжения модуль автоматически выключится, тогда как микроконтроллер продолжит работать и выполнять программу (порог сброса у ATmega32a 2,7 вольта). В рабочем состоянии на этой линии находится низкий уровень. Если микроконтроллер обнаружит что на этой линии высокий уровень, выполнится функция повторного запуска GSM модуля.

А вот так это выглядит в работе на данный момент.

После окончательной обгонки программы, все это будет засунуто в корпус, а разъемные соединения для надежности будут запаяны.

На дисплей выводится основная информация о состоянии устройства: название оператора, качество сигнала связи, значение температуры с датчика 18b20, состояние выхода нагрузки и датчика проникновения, а так же время и дата.

Видео включения модуля

Время и дата берутся от встроенных в GSM-модуль часов. Для их работы обязательно наличие 3-х вольтовой батарейки подключенной к выводу 15 (VRTC). Диод D1 рекомендуется ставить с низким падением напряжения, например Шоттки. Настройка часов и даты делается в ручную, команды были описаны ранее

Дата выводится на дисплей в том формате как получается с модуля, тоесть сначала год, затем месяц и дата. Здесь пока ничего менять не стал.

За измерение температуры отвечает датчик DS18B20, он подключается к выводу PortD.3 микроконтроллера.

К PortD.6 можно подключить какую-нибудь нагрузку и управлять ей посредством команд смс. У меня сейчас висит светодиод - D4 на схеме. Но ничего не мешает повесить сюда релюху или симистор и управлять чем-нибудь посерьезней.

В охранных целях планируется применение датчика движения HC-SR501 , купленного на E-bay. В случае срабатывания на выходе датчика появляется логическая единица. Поймав ее, микроконтроллер даст команду на отправку SMS сообщения по телефонному номеру, заданному в программе.

Выход датчика подключается к выводу PortD.7 микроконтроллера, на схеме, датчик условно заменен на кнопку.

Заместо датчика движения можно ставить любые другие средства обнаружения проникновения - датчики открывания окон и дверей, датчики разбития стекла, фотоэлектрические датчики и др. в общем все на что способна фантазия.

Для того чтобы предотвратить многократное отсылание предупреждающих смс в случае срабатывания датчика, в программу введено ограничение: после первого отправленного смс ставится запрет на последующую отправку. Чтобы заново разрешить отправку уведомляющих сообщений при срабатывании датчика, необходимо отослать на модуль смс с определенной командой. Когда посылка смс запрещена на дисплей возле состояния датчика, выведется восклицательный знак.

Список команд

А вот и список команд в смс которые обрабатывает модуль. Для удобства и простоты комады цифровые, возможно в следующих версиях прошивки будут более осмысленные имена команд:)

0 - Отключение нагрузки (на выводе PortD.6 выставляется логический 0)

1 - Включение нагрузки (на выводе PortD.6 выставляется логическая 1)

2 - Приняв эту команду, модуль перезвонит на указанный в программе телефонный номер

3 - Запрос баланса и отправление его смс-кой обратно на указанный номер. Здесь есть один важный нюанс - ответы на USSD запросы обязательно должны приходить в латинице. Иначе заместо осмысленного текста в ответ придет сообщение в шестнадцатеричной кодировке. Как перевести USSD в латиницу нужно уточнить у своего оператора. К примеру, на используемой мной симке от Смартса, нужно ввести *102*1# (в мегафоне *105*0#)

4 - Запрос температуры. Значение температуры будет отправлено нам в смс.

5 - Разрешенить отсылать сообщения в случае срабатывания датчика проникновения.

6 - Запрет на отправление уведомляющих смс от датчика проникновения.

? - По этой команде модуль пришлет нам смс, в котором находится общая информация об устройстве, такие как значение с датчика температуры, включена ли нагрузка, состояние на входе от датчика проникновения и разрешена ли отправка уведомляющих смс от него. К примеру, вот как может выглядеть такое сообщение: температура +24, нагрузка выключена, на выходе датчика движения 0, отправка смс в случае срабатывания запрещена.

Теперь как настроить чтобы модуль отправлял sms именно на ваш номер. В архиве с программой находим основной файл программы, она так и называется "программа" :) и находим в ней константу:

Const Phonenumber = "+7908390хххх"

подставляем сюда свой номер телефона, компилируем программу и получаем hex файл прошивки.

Программа как и всегда написана в Bascom-AVR, поэтому разобраться с алгоритмом работы с GSM модулем достаточно просто. Удачи!

Ну и напоследок демонстрация того как модуль обрабатывает команды.

Отдельное спасибо за участие и помощь в разработке, давнему товарищу сайта Сергею RD3AVJ!

UPD: от 31.10.12

Немного доработал прошивку, теперь для того чтобы задать номер на который будут слаться уведомляющие SMS не нужно перекомпилировать программу. Достаточно послать на модуль смску с сообщением "Firstnumber" (без ковычек) и номер, с которого была отправлена эта команда, записывается в энергонезависимую память микроконтроллера.

Не так давно друг предложил мне работу, связанную с созданием прошивки для микроконтроллера, который должен был связываться с сервером при помощи GSM-модуля SIM900D . Ранее я с программированием микроконтроллеров дела не имел, да и на C программировал последний раз в студенческие времена, но любопытство перевесило и я принялся за работу. Документация по данной железке присутствует в интернете, однако хороших примеров работы с TCP/IP в коде найти не удалось. Ничего не оставалось, кроме как обложиться документацией, запастись сигаретами и чаем и приступить к лавированию между граблями. А граблей оказалось немало. Собственно, поэтому я и написал эту статью - чтобы другим было легче.

Что было нужно

Требовалось написать код, который мог бы инициализировать GSM-модуль, устанавливать подключение с сервером, получать и отправлять произвольные данные, проверять состояние подключения и работать без сбоев. А также быть достаточно компактным, чтобы уместиться в ограниченной памяти микроконтроллера и оставить место для основной функциональности и еще чуть-чуть про запас.

Что получилось в итоге

Получился код на C, который может все, что было нужно. Из-за требований компактности, разбирать ответы и генерировать строки пришлось при помощи своего кода, который даже стыдно показать честному народу. Поэтому рекомендую всем использовать для этих целей регулярные выражения. Свой код я тоже собираюсь перевести на легковесный движок регулярных выражений, но уже после создания полнофункциональной прошивки.

Код требует функций/макросов для работы с последовательным портом, а также наличия функций memset и memcpy. Так что его с относительной легкостью можно перенести на другую платформу, не зацепив по пути кучу библиотек.

И как оно выглядит?

Программирование и тестирование проводилось под Windows 7. Код, полученный в результате, стал основным материалом для этой статьи. Я не стану приводить код полностью и комментировать его, а вместо этого покажу алгоритм настройки и работы с GSM-модулем.

Функции, которые требуются коду:

  • uint16_t init_serial_port(char *port_name) Эта функция настраивает указанный последовательный порт. Под Windows.
  • uint16_t puts_serial(uint8_t *buffer, uint16_t size) А эта пишет строку байт в этот порт.
  • gets_serial(uint8_t *buffer, uint16_t size) Эта, соответственно, читает строку байт из последовательного порта.
Функции, которые код предоставляет:
  • init_gprs() & stop_gprs() Соответственно инициализируют и вырубают GSM-модуль.
  • uint16_t connect_gprs(uint8_t index, uint8_t mode, char *address, char *port) Устанавливает подключение с сервером. Стоит отметить, что модуль умеет работать с протоколами TCP и UDP как в качестве клиента, так и будучи клиентом. Поддерживается максимум 8 одновременных подключений.
  • uint16_t close_gprs(uint8_t index) Закрывает указанное подключение.
  • uint16_t send_gprs(uint8_t index, uint8_t *buffer, uint16_t size) Отправка сообщения через указанное подключение.
  • uint16_t recv_gprs(uint8_t index, uint8_t *buffer, uint16_t size) Получение сообщения. Неблокирующая функция, что значит она не будет ждать появления данных в потоке, а вернет управление, если получать нечего. Стоит отметить, что такое поведение реализовать проще, чем блокирующее.

Как работать с последовательным портом

Это достаточно просто. Под целевой микроконтроллер есть макросы для отправки/получения данных через USART , но так как отлаживать такой код проще со стационарного компьютера, мне была предоставлена связка из переходника USB<->USART и GSM-модуля. Оставалось только научиться работать с последовательным портом под Windows. Это оказалось просто. Вкратце, последовательный порт представляется в ОС обычным файлом, передача информации осуществляется функциями ReadFile и WriteFile . Нужно только установить кое-какие параметры при помощи функций SetCommTimeouts и SetCommState .

Вот как выглядит функция инициализации порта:
uint16_t init_serial_port(char *port_name) { COMMTIMEOUTS timeouts; DCB parameters; int result; serial_port_handle = CreateFile(port_name, // "\\\\.\\COMx" GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, 0, // Значения последующих параметров фиксированы при работе с портом NULL, OPEN_EXISTING, 0, NULL); if (serial_port_handle == INVALID_HANDLE_VALUE) { printf("Error opening a serial port!\n"); return 1; } // Максимальное время между чтением двух байт подряд timeouts.ReadIntervalTimeout = 100; // Следующее значение умножается на количество читаемых из порта символов timeouts.ReadTotalTimeoutMultiplier = 0; // и прибавляется к этому значению, получается максимальное время на выполнение // всей операции timeouts.ReadTotalTimeoutConstant = 1000; // Значение то же, что и у предыдущих двух параметров, однако таймаут считается на запись. timeouts.WriteTotalTimeoutMultiplier = 0; timeouts.WriteTotalTimeoutConstant = 1000; result = SetCommTimeouts(serial_port_handle, &timeouts); if (result == 0) { printf("Error setting timeouts for serial port!\n"); close_serial_port(); return 1; } // В параметры порта занесены самые простые настройки - без контроля // четности, без управления потоком, 1 стоп-бит. memset(¶meters,0,sizeof(parameters)); parameters.DCBlength = sizeof(DCB); GetCommState(serial_port_handle, &parameters); parameters.BaudRate = (DWORD)BAUD_RATE; parameters.ByteSize = 8; parameters.Parity = NOPARITY; parameters.StopBits = ONESTOPBIT; parameters.fAbortOnError = TRUE; parameters.fDtrControl = DTR_CONTROL_DISABLE; parameters.fRtsControl = RTS_CONTROL_DISABLE; parameters.fBinary = TRUE; parameters.fParity = FALSE; parameters.fOutX = FALSE; parameters.fInX = FALSE; parameters.XonChar = (uint8_t)0x00; parameters.XoffChar = (uint8_t)0xff; parameters.fErrorChar = FALSE; parameters.fNull = FALSE; parameters.fOutxCtsFlow = FALSE; parameters.fOutxDsrFlow = FALSE; parameters.XonLim = 128; parameters.XoffLim = 128; result = SetCommState(serial_port_handle, &parameters); if (result == 0) { printf("Error setting serial port parameters!\n"); close_serial_port(); return 1; } return 0; }

Как происходит общение с GSM-модулем

После того, как последовательный порт настроен, в него можно отправлять AT-команды. Первой командой должна быть последовательность "AT\r" , позволяющая модулю автоматически настроить скорость передачи по последовательному порту. Ответ, который можно получить после этого из порта, будет выглядеть как "AT\r\r\nOK\r\n" .

Команда является простой строкой из ASCII-символов. Чтобы команду воспринял модуль, в ее конце нужно поставить символ перевода каретки "\r" . В ответ модуль передаст строку символов, состоящую из двух частей - команды, на которую модуль отвечает и отделенным от нее символами "\r\r\n" ответом, заканчивающимся символами "\r\n" . Чтобы было удобнее разбирать ответы я создал макрос, который устанавливает указатель на начало ответа в принимающем буфере. Если хочется вывести ответ в консоль, нужно добавить нулевой символ в конец принятого сообщения.

Void at_send(char *cmd, uint16_t size) { uint16_t result; cmd = "\r"; result = puts_serial(cmd, size); return; } uint16_t at_recv(uint8_t *buffer, uint16_t size) { uint16_t result; result = gets_serial(buffer, size); return result; }
Примерно так и выглядят вспомогательные функции для отправки команды и получения ответа.

Инициализация модуля

Самая большая функция в коде отвечает за настройку модуля. При инициализации отправляется много AT-команд. Я опишу их в порядке посылки модулю. Специально не расписываю аргументы и варианты ответов подробно, ибо их можно найти в документации.
  • "AT+CPIN=pin-code" Как несложно догадаться, эта команда разблокирует SIM-карту путем ввода пин-кода. Чтобы проверить, требуется ли пин-код, можно использовать команду "AT+CPIN?" .
  • "AT+CREG?" Эта команда возвращает статус регистрации модуля в сети. Нужно выполнять ее, пока модуль не ответит, что в сети он зарегистрирован.
  • "AT+CGATT=1" Заставляет модуль подключиться к GPRS. Проверить, подключен ли он, можно командой "AT+CGATT?" .
  • "AT+CIPRXGET=1" Включает получение данных, переданных через соединение, вручную. По умолчанию этот параметр отключен и данные передаются в последовательный порт сразу после получения. Это не слишком удобно, хотя и не критично - можно настроить модуль так, чтобы вместе с данными он передавал и заголовки IP, по которым можно определить, от кого был получен пакет. Я решил, что вручную данные получать проще и не ошибся. Как я понял, данная команда воспринимается только GSM-модулями SIM.COM.
  • "AT+CIPMUX=1" По умолчанию модуль может устанавливать только одно подключение. Этот параметр включает возможность создавать несколько подключений. Отправка и прием данных будут отличаться только на один параметр - индекс подключения.
  • "AT+CSTT="internet"" APN - Access Point Name, имя точки доступа для GPRS. Для моего провайдера выглядит именно так.
  • "AT+CIICR" Устанавливает беспроводное подключение GPRS. Может занять некоторое время, так что ее нужно выполнять в цикле и проверять ответ.
  • "AT+CIFSR" Возвращает IP-адрес модуля. Я использую ее чтобы проверить, подключен ли модуль к интернету.
  • "AT+CDNSCFG="8.8.8.8","8.8.4.4"" Этой командой устанавливаются сервера DNS, которые будет использовать модуль.
  • "AT+CIPSTATUS" Помимо данных о состоянии подключений эта команда дает информацию о том, готов ли модуль к установке соединений. Так что нужно проверить ее ответ.
После выполнения этих команд модуль будет готов к работе. Ну или не будет. Тут уж как повезет.

Установка и разрыв подключений

Создание подключения производится командой "AT+CIPSTART=index,"mode","address","port"" .
  • index указывает порядковый номер подключения, может принимать значения от 0 до 7.
  • mode определяет протокол, который будет использоваться соединением. Может быть «TCP» или «UDP».
  • address задает адрес сервера. Если при настройке были указаны DNS-сервера, то можно использовать как IP-адрес, так и доменное имя.
  • port задает порт сервера, с которым будет устанавливаться соединение.
Замечу, что при использовании протокола UDP по умолчанию датаграммы будут отсылаться и приниматься только с одного адреса. Для того, чтобы использовать UDP на полную катушку и отсылать/принимать данные с любых адресов, можно использовать так называемый расширенный режим UDP, настраиваемый командой "AT+CIPUDPMODE" . За подробностями отсылаю к документации.

В ответ на команду можно получить несколько вариантов ответов. Если все хорошо, то после стандартного "OK" через небольшой промежуток времени можно получить один из трех ответов:

  • "index,ALREADY CONNECT" это значит, что подключение с заданным индексом уже установлено и стоит его поискать.
  • "index,CONNECT OK" тут все очевидно.
  • "index,CONNECT FAIL" означает, что возникли проблемы с установкой соединения.
Разорвать соединение можно командой "AT+CIPCLOSE=index" . Разорвать все соединения и деактивировать интерфейс GPRS можно командой "AT+CIPSHUT" .

Передача данных

Данные передаются командой "AT+CIPSEND=index,length" , где index указывает подключение, по которому нужно передать данные, а length задает длину пакета данных. Кстати, узнать MTU для каждого подключения можно при помощи команды "AT+CIPSEND=?" .

Если все хорошо, то модуль в ответ на команду выдаст приглашение ">" , после которого нужно переслать в последовательный порт данные. Как только модуль получит количество байт, равное length , он скажет что-то типа "index,SEND OK" . Вообще, можно не использовать параметр length , однако в таком случае окончание пакета данных должно быть указано явно при помощи символа 0x1A , в терминале сочетание Ctrl+Z. Для передачи произвольных данных такой вариант, очевидно, не подходит.

Как видите, передача данных - процесс не слишком сложный. Поэтому переходим к самому интересному - приему данных.

Прием данных

Как только GSM-модуль принимает данные, он сигнализирует об этом, посылая в последовательный порт строку вида "+CIPRXGET:1,index\r\n" . Я честно не знаю, что означает единица, ибо данная функция модуля документирована достаточно слабо, но у меня она фигурирует во всех сообщениях о приеме пакета.

Мне не доставляла радости мысль о том, что придется тем или иным образом отслеживать сообщения модуля. Однако, немного поигравшись с дебаггером, я выяснил, что никаких других асинхронных сообщений модуль не посылает, а также то, что после выполнения любой AT-команды это сообщение оказывается в начале буфера. Так как я составил макрос для отделения ответа от команды путем поиска подстроки "\r\r\n" , меня это никоим образом не задевало. Так что функция приема данных была реализована достаточно просто.

Так вот, принимать данные можно командой "AT+CIPRXGET=2,index,length" . Двойка означает режим приема, в данном случае байты просто высыпаются в последовательный порт. Можно также задать получение данных в виде HEX-текста, видимо, ради предотвращения конфликтов с программным управлением потоком . Мне это не потребовалось, ибо управление потоком я вообще не использую. Параметр length задает размер пакета данных, который мы желаем получить за один раз.

В ответ мы получим нечто вида "+CIPRXGET:2,index,received,excess\r\n__DATA__\r\nOK\r\n" . В поле received будет находиться количество байт, находящихся в пакете данных __DATA__ , а поле excess будет содержать количество байт, ожидающих своей очереди в буфере модуля. Так что если поле received равно нулю, можно с чистой совестью заявлять, что получать нечего. Собственно, пользуясь этим, я и реализовал неблокирующую функцию для приема данных.

В заключение

Настоятельно рекомендую перед написанием кода освоиться в AT-командах при помощи PuTTY , который прекрасно работает с последовательным портом.

Надеюсь, информация из этой статьи поможет кому-нибудь написать код для своего SIM900. Вполне возможно, что принципы работы с GSM-модулем, изложенные выше, можно применить и к модулям других моделей, а, возможно, и производителей.

Теги:

  • микроконтроллеры
  • программирование
  • gsm
  • gprs
Добавить метки