Hab NMEA / AIS Murah - RS232 ke Jambatan Wifi untuk Penggunaan Onboard: 6 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:06

Kemas kini 9 Januari 2021 - Menambah sambungan TCP tambahan dan menggunakan semula sambungan terakhir jika lebih banyak pelanggan menyambung

Pengenalan

Jambatan NMEA / AIS RS232 ke WiFi ini berdasarkan Perisai WiFi ESP8266-01. AIS adalah sistem pengenalan automatik untuk menunjukkan kedudukan kapal yang berdekatan. NMEA 0183 adalah standard National Marine Electronics Association yang digunakan untuk mesej GPS.

Jambatan RS232 ke WiFi telah diubah dari ESP8266-01 WiFi Shield untuk dikuasakan oleh bateri 12V dan menerima input RS232 (+/- 15V) dan membuat rangkaian tempatan yang menyiarkan data melalui TCP dan UDP. Ia dikembangkan bersama dengan Jo yang ingin menjalankan rangkaian tempatan yang murah dan sederhana untuk mengakses data AISnya dari mana saja di kapal layarnya. Modul yang dihasilkan ini membuat Titik Akses (Router) dan menyiapkan pelayan TCP hingga 4 sambungan dan juga menyiarkan data pada kumpulan siaran UDP. Halaman web konfigurasi disediakan untuk menetapkan nombor port TCP dan UDP, kuasa Tx WiFi dan kadar baud RS232 yang masuk. Tidak seperti Perisai WiFi, tidak ada butang konfigurasi, jadi setelah dibina modul dapat ditutup rapat dengan kedap air. Litar perlindungan termasuk untuk menjadikan peranti ini kuat daripada pendawaian yang salah. Walaupun dirancang dengan mempertimbangkan NMEA (GPS) dan AIS, modul ini akan mengendalikan sebarang data RS232 dengan kadar baud antara 4800 dan 38400 (dan yang lain dengan mengedit lakaran Arduino).

ciri-ciri

• Menggunakan modul ESP8266-01 yang murah dan mudah didapati: - Modul ESP8266 lain juga boleh digunakan
• Kuat: - Litar mempunyai sejumlah perlindungan yang terpasang untuk melindungi dari kesilapan ketika memasang kabel.
• Kuasa Berkekuatan: - Bekalan kuasa penukar DC-DC dengan berkesan menggerakkan unit dari bateri 12V dan kuasa Tx WiFi dapat dikurangkan untuk menjimatkan lebih banyak tenaga.
• Mudah digunakan: - Sambungkan bekalan 5.5V hingga 12V dan talian RS232 TX dan kemudian sertai penerima anda ke rangkaian dan sambungkan ke perkhidmatan TCP atau UDP untuk menerima data. Boleh ditukar dengan cepat untuk alat ganti sekiranya unit gagal
• Mudah dikonfigurasi: - Tidak perlu pengaturcaraan semula, tidak ada mod konfigurasi khas. Halaman konfigurasi disediakan yang membolehkan anda menetapkan kadar baud RS232 dan kuasa penghantaran WiFi dan nombor port untuk pelayan TCP dan UDP

• Pilihan Tiada versi konfigurasi: - Terdapat juga lakaran lain di mana semua konfigurasi sudah diprogramkan. Ini untuk situasi yang sudah mempunyai rangkaian lokal yang berjalan dengan penghala sendiri (Access Point)

Bekalan:

Jambatan ESP8266-01 RS232 ke WiFi ini memerlukan bahagian berikut, atau serupa. Harga yang ditunjukkan di sini adalah pada bulan Ogos 2020 dan tidak termasuk kos penghantaran dan sebilangan kotak plastik: -

Modul WiFi ESP8266-01 - ~ US $ 1.50 dalam talian (ambil peluang anda) ATAU untuk produk yang boleh dipercayai SparkFun ESP8266-01 - US $ 6.95

MPM3610 3.3V Buck Converter Adafruit - input US $ 5,95 5V hingga 21V, ATAU DC-DC 3A Buck Step-down Power Supply Module dalam talian Aliexpress ~ US2.00

Elemen header 10-pin14 - US $ 0,40 (atau Jalur Terminal Header 28 Pin dari Jaycar AU $ 0,95)

1 diskaun 1N5711 Schottky Diode Digikey US $ 1.15 (atau Jaycar AU $ 1.60)

2 off 1N4001 Diodes SparkFun US $ 0.30 (atau 1N4004 Jaycar AU $ 1.00) Mana-mana dioda 1A 50V atau lebih tinggi akan berlaku, contohnya 1N4001, 1N4002, 1N4003, 1N4004

1 potongan 2N3904 NPN transistor SparkFun US $ 0,50 (atau Jaycar AU $ 0,75 NPN tujuan umum dengan Vce> 40V, Hfe> 50 pada 1mA, Ic> 50mA mis. BC546, BC547, BC548, BC549, BC550, 2N2222

6 x 3K3 perintang cth. Perintang 3K3 - Digikey - US $ 0.60 (atau 3K3ohm 1/2 Watt 1% Perintang Filem Logam - Pk.8 dari Jaycar $ 0.85)

3 dari Elemen perintang 330R14 US $ 0.10 (atau 330ohm 1/2 Watt 1% Perintang Filem Logam - Pk.8 dari Jaycar $ 0.85)

1 potongan Elemen perintang 10K14 US $ 0.05 (atau 10k Ohm 0.5 Watt Resistor Filem Logam - Pek 8 dari Jaycar AU $ 0.85)

Papan Vero (pautan dan rel bas) Jaycar HP9556 ATAU (jalur tembaga) (jalur tembaga) mis. Jaycar HP9540 ~ AU $ 5.50

dan sarung plastik dan wayar penyambung.

Jumlah Kos ~ US $ 9.90 + kotak penghantaran dan plastik (sehingga Ogos 2020) menggunakan modul Aliexpress ESP8266-01 dan DC-DC ATAU ~ US $ 19.30 menggunakan modul Sparkfun ESP8266-01 dan penukar buck Adafruit DC-DC. Cukup murah untuk membuat beberapa alat ganti.

Untuk memprogram Jambatan RS232 ke WiFi, anda juga memerlukan kabel USB ke Serial. Di sini kabel Serial USB to TTL SparkFun (US $ 10,95) digunakan kerana mempunyai hujung berlabel dengan baik dan mempunyai sokongan pemandu untuk pelbagai OS termasuk kabel pengaturcaraan, kos untuk satu Jambatan RS232 hingga WiFi adalah ~ US $ 20 hingga US $ 24 (termasuk penghantaran dan beg).

Langkah 1: Diagram Litar dan Perlindungan Litar

Di atas adalah gambarajah litar untuk Jambatan RS232 ke WiFi (versi pdf). Ini telah disesuaikan dari ESP8266-01 Wifi Shield dan diubah untuk menerima RS232 dan bekalan 5V hingga 12V (bateri). Penukar DC ke DC menyediakan operasi yang cekap kuasa dari bateri 12V untuk penggunaan waktu malam ketika tidak ada tenaga suria dan penggunaan kuasa adalah premium.

Sejumlah pelindung litar telah dimasukkan ke dalam litar. Sambungan di sebelah kiri litar hanya digunakan semasa pembinaan untuk memprogram / menyahpepijat unit. Perintang 330R R6 dan R7 melindungi daripada memendekkan output TX ke output TX ketika memprogram / debug. Semasa memprogram anda menyambungkan TX ke RX dan RX ke TX. Output TX debug harus disambungkan ke input RX UART 3v3 untuk melihat output debug (lihat komen dalam lakaran ESP8266_NMEA_BRIDGE.ino).

Sambungan di sebelah kanan litar digunakan untuk menyambungkan unit yang telah siap ke bekalan kuasa dan sumber NMEA / AIS RS232. Ini adalah satu-satunya sambungan yang perlu diakses sebaik sahaja unit dibina. Pastikan sambungan ini berpasangan.

2N3904 memberikan peralihan dan peralihan tahap dari isyarat RS232 +/- 15V ke input TTL UART ke ESP2866. Voltan terbalik antara Pemancar dan Pangkalan 2N3904 ditentukan untuk menahan sekurang-kurangnya 6V. D4 menghadkan voltan Emitter Base terbalik menjadi kurang dari 1V apabila input RS232 -15V.

Akhirnya, "Pemacu dan penerima RS-232 mesti dapat menahan litar pintas ke tanah tanpa had" (wikipedia RS232) jadi jika anda secara tidak sengaja menyambungkan talian RS232 ke terminal Bekalan Daya, ia tidak boleh merosakkan peranti NMEA / AIS.

Bekalan Kuasa

Diod D1 menghalang voltan terbalik digunakan pada penukar DC-DC sekiranya anda menukar sambungan + V dan GND semasa memasang kabel. D1 mempunyai arus kebocoran kecil. D2 menyediakan jalan voltan rendah untuk arus kebocoran untuk mengekalkan voltan terbalik pada penukar DC-DC di bawah -0.3V. Perintang 330R (R10) di garis RS232 GND memberikan perlindungan terhadap pemendekan bateri ke tanah jika plumbum bateri + ve disambungkan ke wayar GND Bekalan Daya papan sementara RS232 GND disambungkan.

Penukar DC-DC dinilai untuk input operasi hingga 21V sehingga sesuai untuk bateri 12V semasa sedang diganti. Bateri dengan pengisian penuh boleh mencapai ~ 14.8V dan voltan pengecas boleh lebih tinggi, 16V atau lebih. Peringkat input 21V penukar DC-DC dinilai untuk menangani ini. Sambungan bekalan terbalik secara tidak sengaja (di tengah malam dalam cuaca buruk) dilindungi. Voltan maksimum mutlak untuk input penukar adalah 28V sehingga pemegang boleh mempunyai isyarat RS232 yang disambungkan kepadanya. Voltan RS232 ditentukan kurang dari +/- 25V.

Sekiranya anda secara tidak sengaja menyambungkan kabel dari bekalan kuasa anda ke sambungan RS232 TX / GND (bertukar atau tidak), perintang 10K dan 330R akan melindungi daripada kekurangan bekalan kuasa.

Ringkasnya litar dilindungi daripada pertukaran kuasa dan plumbum RS232 dan menyambungkan wayar dari pasangan tersebut dengan cara yang sama. Mencampurkan wayar, satu dari setiap pasangan, tidak dilindungi dari semua kombinasi, jadi pasangkan RS232 dan kabel kuasa berpasangan dan sambungkannya secara berpasangan.

Arus rata-rata yang digunakan oleh papan adalah sekitar 100mA (bergantung pada kuasa penghantaran WiFi dan kadar data). Sekiranya pengatur linier sederhana digunakan untuk menyalakan papan dari bateri 12V, penggunaan kuasa adalah 12V x 100mA = 1.2W atau 1.2Ahrs selama 12 malam. Menggunakan penukar DC ke DC, yang ~ 70% cekap, mengurangkan beban ini menjadi 0.47W atau 0.47Ahrs selama 12 jam malam.

Langkah 2: Pembinaan

Saya membina unit ini menggunakan sekeping kecil papan vero dengan pautan dan bas kuasa (versi pdf). Berikut adalah paparan atas dan bawah papan yang dilengkapkan. Pastikan anda memeriksa pendawaian dengan teliti apabila anda selesai. Mudah untuk menyambung ke pin yang salah semasa anda membalikkan dan memasang wayar dari bawah.

Langkah 3: Memprogram Perisai WiFi

Setiap jambatan RS232 ke WiFi perlu diprogramkan sekali, hanya, dan tidak pernah lagi. Halaman web terbina dalam menyediakan akses ke konfigurasi yang tersedia.

Memasang sokongan ESP8266

Untuk memprogram perisai, ikuti arahan yang diberikan di https://github.com/esp8266/Arduino di bawah Installing With Boards Manager. Semasa membuka Pengurus Papan dari menu Alat → Papan dan pilih Jenis Disumbang dan pasang platform esp8266. Projek ini disusun menggunakan ESP8266 versi 2.6.3. Versi kemudian mungkin lebih baik tetapi mungkin mempunyai bug mereka sendiri kerana platform ini berkembang pesat.

Tutup dan buka semula Arduino IDE dan anda kini boleh memilih "Modul ESP8266 Generik" dari Alat → menu Papan.

Memasang Perpustakaan yang menyokong

Anda juga perlu memasang, dari https://www.forward.com.au/pfod/pfodParserLibraries/index.html, pustaka pfodESP8266BufferedClient versi terbaru (untuk pfodESP8266Utils.h dan pfodESP8266BufferedClient.h) dan perpustakaan millisDelay untuk millisDelay. h).

Muat turun fail zip ini ke komputer anda, pindahkan ke desktop anda atau folder lain yang anda dapat dengan mudah dan kemudian gunakan pilihan menu Arduino IDE Sketsa → Import Library → Add Library untuk memasangnya. Anda juga perlu memasang perpustakaan SafeString. Perpustakaan SafeString boleh didapati dari pengurus perpustakaan Arduino atau anda boleh memuat turun fail SafeString.zip secara langsung untuk pemasangan manual melalui Sketsa → Import Perpustakaan → Tambahkan Perpustakaan

Berhenti dan mulakan semula Arduino IDE dan di bawah File-> Contoh yang anda harus lihat pfodESP8266BufferedClient dan SafeString.

Memprogram Lembaga Pengarah

Untuk memprogram papan, tetapkan papan ke mod pengaturcaraan dengan memendekkan pautan (kiri bawah). Kemudian sambungkan kabel bersiri USB ke TTL UART

Perhatikan dengan teliti hanya sambungkan petunjuk 3V3 TX / RX ke sambungan sebelah kiri menggunakan 3V3 TX / RX dari USB Sparkfun ke TTL Serial Cable Sambungan kabel adalah RX (Kuning), TX (Orange), VCC (5V) (Merah), dan GND (Hitam). Perhatikan kabel Kuning (RX) disambungkan ke pin TX di papan dan kabel Orange (TX) disambungkan ke pin RX di papan. Kabel Black (GND) disambungkan ke GND untuk pin TX / RX

Catatan: Nampaknya terdapat dua versi kabel ini. Versi lama mempunyai VV 5V dan RX (Brown), TX (seperti Tan / Peach), VCC (Merah), dan GND (Hitam), dalam hal apa pun plumbum VCC tidak digunakan di sini. Terdapat juga komen bahawa wayar TX dan RX terbalik dalam beberapa kes. Sekiranya Arduino IDE tidak dapat memprogram papan, cubalah menukar kabel TX / RX. 330R melindungi daripada seluar pendek TX-TX.

Kuasakan papan dari bekalan atau bateri 6V hingga 12V 500mA atau lebih besar. Sambungkan plag bekalan kuasa -Ve (GND) terlebih dahulu supaya arus bekalan kuasa tidak cuba mengalir kembali melalui sambungan USB. Sebaiknya gunakan bekalan atau bateri 6V hingga 12V yang terasing (terapung). Perhatikan modul Aliexpress DC-DC sekurang-kurangnya memerlukan bekalan 6.5V.

Kemudian pasangkan kabel USB ke komputer anda. Pilih port COM di menu Tools → Port. Biarkan Frekuensi CPU, Ukuran Kilat dan Kelajuan Muat naik pada tetapan lalai mereka.

Periksa foto dan pendawaian anda. Lihat juga Petua Pengaturcaraan ESP8266 (espcomm gagal) Susun lakaran ESP8266_NMEA_BRIDGE.ino. Kemudian pilih Fail → Muat naik atau gunakan butang Panah Kanan untuk menyusun dan memuat naik program. Dua fail dimuat naik. Sekiranya anda mendapat mesej ralat semasa memuat naik, periksa sambungan kabel anda terpasang pada pin yang betul dan cuba lagi.

Setelah pengaturcaraan selesai, lepaskan mod pemrograman yang memendekkan pautan dan sambungan TX / RX pengaturcaraan dan kemudian matikan dan hidupkan bekalan kuasa untuk menghidupkan semula papan dalam mod biasa.

Sambungkan peranti NMEA / AIS.

Tiada Versi Konfigurasi

Terdapat versi lain dari lakaran ini, ESP8266_NMEA_BRIDGE_noCfg.ino, di mana semua konfigurasi diprogramkan dalam kod lakaran. Dalam kes ini, hub NMEA menghubungkan ke penghala yang ada (titik akses) untuk menjadikan data tersedia ke rangkaian.

Konfigurasi berada di bahagian atas fail ESP8266_NMEA_BRIDGE_noCfg.ino.

// ================= CONFIG KOD HARD ==================

const char ssid = "yourRouterSSID"; // tetapkan SSID rangkaian anda di sini const password password = "yourRouterPassword"; // tetapkan kata laluan rangkaian anda di sini IPAddress staticIP (10, 1, 1, 190); // tetapkan IP statik hub NMEA di sini. PERHATIKAN, antara nombor // pastikan tidak ada peranti lain yang berjalan dengan IP yang sama dan IP berada dalam julat IP penghala anda // julat IP penghala biasa adalah 10.1.1.2 hingga 10.1.1.254 // 192.168.1.2 hingga 192.168.254.254 dan // 172.16.1.2 hingga 172.31.254.254 // penghala biasanya 10.1.1.1 atau 192.168.1.1 atau 172.16.1.1 bergantung pada jaraknya IPAddress udpBroadcaseIP (230, 1, 1, 1); // tetapkan IP siaran UDP di sini. PERHATIKAN, antara nombor. IP ini tidak bergantung pada julat penghala jangan ubah const uint16_t tcpPortNo = 10110; // tetapkan port pelayan tcp NMEA Tidak di sini const uint16_t udpPortNo = 10110; // tetapkan port siaran NMEA UDP Tidak di sini tetap int txPower = 10; // Kuasa TX dalam lingkungan 0 hingga 82; const tidak bertanda tangan GPS_BAUD_RATE = 4800; // Serial baud rate modul GPS anda // ================= END CONFIG CODED HARD ==============

Langkah 4: Menambah Lampu Penunjuk (Pilihan)

Perunding pelayaran saya untuk projek ini, Jo, mencadangkan pemasangan LED Power Red dan Green Data yang dipimpin pada case untuk menunjukkan bahawa semuanya berjalan. Berikut adalah litar yang diubah dengan kedua-dua led ini ditambah. (pdf verison)

R9 dan R11 menetapkan arus Led dan oleh itu kecerahan. Gunakan perintang terbesar yang menjadikan lekapan masih dapat dilihat. Mereka akan sukar dilihat di bawah sinar matahari langsung atau di kabin yang terang, jadi pasangkan unit di sudut gelap untuk penglihatan maksimum. Jaycar mempunyai lampu bezel merah dan hijau yang sesuai (~ AU $ 2,75) dan Sparkfun mempunyai beberapa led merah dan hijau yang sangat terang (US $ 1,70) tetapi hampir semua lampu merah dan hijau akan berlaku.

Langkah 5: Menetapkan Konfigurasi Melalui Halaman Web Built in

Apabila anda menghidupkan papan selepas pengaturcaraan, secara automatik akan membuat rangkaian tempatan. Itu akan menjadi Titik Akses (penghala) tempatan. Nama rangkaian akan bermula dengan NMEA_ diikuti oleh 12 digit hex yang unik untuk setiap papan, mis. NMEA_18FE34A00239 Kata laluan untuk rangkaian tempatan selalu NMEA_WiFi_Bridge. Sekiranya anda perlu menukar unit di laut, matikan yang lama, pasang alat ganti dan kemudian cari rangkaian NMEA_….. baru dan gunakan kata laluan NMEA_WiFi_Bridge untuk menyertainya.

Sekiranya anda tidak dapat melihat rangkaian, pindahkan lebih dekat ke papan litar dan periksa sama ada kabel kuasa disambungkan dengan betul. Harus ada lampu biru papan ESP8266-01.

Setelah anda bergabung dengan rangkaian dengan komputer atau telefon bimbit, anda boleh membuka halaman web konfigurasi di https://10.1.1.1 (Catatan: ketik https://10.1.1.1, jika anda hanya memasukkan 10.1.1.1 anda mungkin membuat Google berusaha mencarinya dan gagal kerana anda tidak tersambung ke internet)

Halaman konfigurasi membolehkan anda menetapkan daya penghantaran WiFi. Bilangan lebih rendah untuk kuasa dan julat yang kurang dan penggunaan semasa. Anda juga boleh menukar nombor port untuk sambungan TCP dan UDP. 10110 lalai adalah port yang ditentukan untuk sambungan NMEA, tetapi anda boleh memilih sendiri jika anda mahu. Nombor IP tetap. Akhirnya anda dapat menetapkan kadar baud agar sesuai dengan sumber NMEA / AIS anda. 4800 baud adalah kadar baud standard untuk NMEA. Manakala 34800 baud adalah kadar baud standard untuk AIS.

Setelah anda membuat pilihan, klik Kirim dan halaman ringkasan perubahan yang telah disimpan akan ditunjukkan.

Sekiranya ini tidak betul, gunakan butang kembali penyemak imbas untuk kembali dan memperbaikinya. Untuk menerapkan perubahan, papan perlu dimulakan semula. Mengklik butang Terapkan perubahan ini akan melakukannya.

Setelah papan dimulakan semula secara automatik akan menunjukkan halaman konfigurasi semula dengan konfigurasi semasa.

Sambungkan komputer atau peranti mudah alih anda ke sambungan TCP atau UDP dan pastikan anda mendapat data.

Itu sudah selesai !! Tutup semua barang di dalam kotak plastik yang kedap air dan hanya tinggal dua plag kuasa dan dua plumbum RS232 percuma.

Langkah 6: Bantuan - Tanpa Data

Setelah anda menyambung ke rangkaian dan tetapkan peranti mudah alih anda untuk menyambung ke TCP 10.1.1.1 dan port yang telah anda tetapkan (atau sertai kumpulan UDP multicast 230.1.1.1 dengan port yang telah anda tetapkan), jika anda masih tidak mendapat sebarang data cuba langkah berikut.

1) Periksa peralatan NMEA / AIS dihidupkan

2) Periksa kabel RS232 disambungkan dengan betul.

3) Periksa tetapan 'kawalan aliran' pada peralatan NMEA / AIS anda. Tetapkan ke 'NONE' jika itu adalah pilihan. Sekiranya tidak, pilih 'perkakasan' ATAU kawalan aliran RTS / CTS dan pintaskan pin RTS ke CTS dan DSR kabel NMEA / AIS. Iaitu untuk penyambung DB-25, sambungkan pin 4 dan 5 dan 6 bersama-sama. Untuk penyambung DB-9, sambungkan pin 6 dan 7 dan 8 bersama-sama. Dengan kawalan 'perkakasan', peralatan NMEA / AIS (DTE) menegaskan RTS (ReadyToSend) ketika ingin menghantar data. Dengan sambungan ini, pin RTS mendorong pin ClearToSend (CTS) dan DataSetReady (DSR) yang dimasukkan kembali ke peralatan NMEA / AIS untuk memberitahu bahawa pihak lain sudah bersedia dan dapat menerima data.

Menyahpepijat

Untuk menghidupkan output TX Debugging, tanpa kompromi, iaitu mengedit untuk #menentukan DEBUMengetahui bahagian atas lakaran ESP8266_NMEA_BRIDGE.ino.

Tanggalkan kabel USB TX / RX dan sambungkan kabel Yellow RX ke output Debug TX. Biarkan kabel GND Hitam disambungkan ke GND untuk TX / RX. Arduino IDE Serial Monitor kini akan menunjukkan mesej debug.

Secara lalai kumpulan multicast UDP dimulakan, tetapi anda boleh melumpuhkannya dengan memberi komen, iaitu mengedit ke // #define UDP_BROADCAST berhampiran bahagian atas lakaran ESP8266_NMEA_BRIDGE.ino.

Kesimpulannya

Jambatan NMEA / AIS RS232 ke WiFi ini kukuh dan mudah digunakan. Ia berfungsi dengan berkesan dari sumber bateri 12 dan cukup murah untuk membawa barang ganti dengan anda yang boleh anda tukar dalam perjalanan pertengahan jika perlu.