Интерфейс связи между SIM300 и ATmega32. 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:

Очищает USART буфер, чтобы удалить все ошибки или ответы.
Отправляет команду "AT + CSPN?" используя функцию SIM300Cmd ("AT + CSPN?");
Затем она ждет ответа, используя функцию SIM300WaitForResponse ()
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	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

Наконец-то мне удалось заняться изучением, пожалуй самого популярного в DIY среде GSM модуля — GSM900. Что такое GSM модуль? Это устройство, которое реализует функции сотового телефона. Другими словами, GSM900 позволяет звонить другим абонентам сотовой сети, принимать звонки, отправлять и принимать SMS-сообщения. А еще, разумеется, передавать данные по протоколу GPRS.

Мне этот модуль понадобился для вполне конкретной цели: появился проект системы освещения, управляемой дистанционно. Проще всего эта задача решается SMS-сообщениями: отправил одну sms — свет включился, отправил другую — выключился. Никаких пультов не надо, а телефон есть у всех (даже у бомжей). Собственно, в этой статье я рассмотрю именно этот вариант использования модуля GSM900.

1. Прошивка

Волею судеб, у меня в руках оказался модуль GSM900A. Прочитав первый попавшийся форум про оживление этой штуки, выяснилось, что буква A в названии означает принадлежность модуля к азиатскому региону. А следовательно, работать с нашими операторами он не станет. Уныние 🙁

Благо, в следующих постах на том же форуме содержалась успокаивающая информация:) Оказалось, что не всё так плохо, и чтобы модуль заработал в нашем регионе, его нужно попросту перепрошить. Этот процесс хорошо описан в блоге нашего соратника Alex-EXE: прошивка «all in one» sim900
Попробую сделать то же самое, но еще более подробно, и с учетом особенностей моего модуля.

Если у вас правильный модуль и прошивка не требуется, можно сразу прыгать на раздел №2.

Инструменты

Итак, для начала подготовим все необходимые инструменты. Во-первых, непосредственно для прошивки потребуется приложение SIM900 Series download Tools Develop, которое можно легко найти в интернете ().

Во-вторых, пригодится и сам файл прошивки 1137B02SIM900M64_ST_ENHANCE, который тоже легко добывается ().

Наконец, в-третьих, нам нужен будет хороший терминал для экспериментов с модулем. Обычно я использую TeraTerm, но в этот раз его возможностей нехватило (или я не разобрался). Пришлось установить монстра с гениальным названием .

Подключение к USB-UART мосту

Теперь подключаем линии RX и TX к мосту. В качестве последнего я использовал CP2102. В моем случае, вопреки логике, RX и TX моста соединялись с RX и TX GSM-модуля симметрично (а не крест-накрест, как принято).

Также следует запитать модуль от стабильного и мощного источника, так как пиковый ток на модуле может достигать 2А (якобы). Подойдут 4 аккумулятора типоразмера AA. Полная схема включения выглядит так:

	SIM900
CP2102 Gnd	Gnd
CP2102 +5V	VCC_MCU
CP2102 RX	SIMR
CP2102 TX	SIMT
Внешний источник +5В	VCC5
Внешний источник Gnd	Gnd
	RST

У данной модели нет кнопки сброса, так что для прошивки нам потребуется на пару секунд кинуть контакт RST на землю. Для этого мы пока оставим его висеть в воздухе.

Предварительная настройка модуля

Перед тем, как приступить к прошивке, мы соединимся с модулем, и изменим ему скорость UART. Для этого запустим терминал Terminal, выберем правильный порт, и установим скорость обмена — 9600. После этого жмем «Connect».

Всё общение с модулем происходит посредством AT-команд.

Первое что мы скажем модулю будет самая примитивная AT-команда: «AT». Это такой своеобразный ping, на который модуль должен ответить словом «OK».

Если все прошло успешно, и модуль действительно ответил нам «OK», отправляем команду настройки скорости:

AT+IPR=115200

В конце команды должен стоять служебный символ возврата каретки — CR. В ASCII таблице он имеет код 13 (или 0x0D в шестнадцатеричной системе). Символ подставится автоматически, если вы поставите галку «+CR» напротив строки ввода в нашем терминале. В других терминалах тоже есть подобные настройки.

В ответ на введенную команду снова получим — «OK».

Данная настройка понадобится нам для ускорения процедуры прошивки. В противном случае, как указал в своем блоге Alex-EXE, прошивка займет около часа.

Настройка программы

После того, как все провода воткнуты в нужные места, и модуль подготовлен к прошивке, запускаем приложение SIM900 Series download Tools Develop. Настройка программы состоит всего из нескольких пунктов:

в поле Target указываем целевой чип. Почему-то у меня не вышло залить прошивку на SIM900A, так что я выбрал «SIM900»;
выбираем правильный порт в поле Port;
Baud Rate ставим в 115200;
наконец, указываем файл прошивки в поле Core File (файл с расширением cla).

С настройкой всё.

Прошивка

Теперь выполняем строго и последовательно шесть важных шагов.

Подключаем к модулю питание (наши 4 аккумулятора). Должна загореться красная лампа питания, а лампа статуса должна начать мигать.
Подключаем USB-UART к компьютеру.
Замыкаем провод RST на землю (помним, что все это время он болтался в воздухе).
Нажимаем в программе кнопку Start Download.
Считаем в уме до трех, и отрываем RST от земли.

Ждем 6 минут до завершения прошивки.

Что мы имеем после прошивки

Во-первых, модуль теперь умеет работать с нашими операторами. Во-вторых, мы поставили расширенную прошивку, среди особенностей которой, к примеру, получение координат модуля по сотовым вышкам, работа с электронной почтой и доступ к дополнительным 2.5 Мб памяти.

2. Эксперименты с GSM модулем

Попробуем теперь выполнить разные полезные операции с модулем. Для начала, введем ПИН-код (если он есть):

AT+CPIN=8899

Ответ модуля будет таким:

CPIN: READY.

После этого получим от модуля немного информации.

AT+GMR - идентификатор прошивки. AT+GSN - IMEI. AT+CPAS - состояние (0 – готов к работе, 2 – неизвестно, 3 – входящий звонок, 4 – голосовое соединение). AT+COPS? - информация об операторе.

Телефонные вызовы

Теперь наберем какой-нибудь номер. Делается это с помощью команды:

ATD+790XXXXXXXX;

Точка с запятой в конце команды очень важна, на забудьте про неё!

Если во время UART сеанса на устройство кто-нибудь позвонит, вернется сообщение:

Ответить на звонок (взять трубку) можно командой:

Если к модулю подключены наушники и микрофон, то можно пообщаться с удаленным абонентом как по обычному сотовому телефону.

Завершает вызов команда:

Отправка SMS

Сначала включим текстовый режим сообщений:

AT+CMGF=1

и установим кодировку:

AT+CSCS= "GSM"

Модуль поддерживает и другие кодировки, более удобные для автоматических систем. Но нам для экспериментов удобнее всего использовать именно GSM режим, в котором телефон задается цифрами, а текст сообщений пишется в ASCII кодировке. Теперь отправим кому-нибудь сообщение:

AT+CMGS="+79123456789"

А конце команды необходимо добавить сразу два служебных символа: CR и LF. В Terminal это можно сделать галочкой CR=CR+LF, либо вручную добавив в конце строки: AT+CMGS=»+79123456789″&0D&0A

После ввода этой команды, в ответ будет получен символ «>», означающий начало ввода сообщения. Пишем какой-нибудь текст:

Hello World!

В конце сообщения нам нужно будет передать один из двух специальных символов. Чтобы отправить сообщение введем символ из ASCII таблицы с номером 26. Чтобы отменить отправку — символ с номером 27.

В используемом нами терминале для отправки символа по коду можно использовать одно из двух выражений: в шестнадцатеричном формате: $1A, и в десятеричном: #026

Прием SMS

Если во время сеанса на устройство придет SMS, вернется сообщение формата:

CMTI: "SM",4

здесь 4 — это номер входящего непрочитанного сообщения.

AT+CMGR=4

В ответ получим:

CMGR: "REC READ","+790XXXXXXXX","","13/09/21,11:57:46+24" Hello World! OK

В общем, все просто. Этого нам вполне достаточно для реализации задуманного. Для более глубокого изучения возможностей GFM900 рекомендую почитать еще одну статью Alex-EXE: at-команды gsm модема sim900

3. Взаимодействие с микроконтроллерами

Вообще, чтобы управлять внешними устройствами вовсе не обязательно спаривать модуль GSM900 с другим микроконтроллером. В этот модуль можно зашить свою программу, которая будет делать всё что угодно со свободными GPIO выводами. Однако, в большинстве готовых плат GPIO не разведены, поэтому для создания прототипа задуманного устройства воспользуемся самой простой Arduino Uno/Nano.

Общаться Arduino и GSM900 будут всё по тому же UART интерфейсу. Для этого соединим эти два устройства по следующей схеме:

GSM900	GND	VCC_MCU	SIMT	SIMR
Ардуино Уно	GND	+5V	RX	TX

Теперь составим программу, которая будет ловить СМС-ки, и зажигать светодиод на ноге №13 на пару секунд. Этим мы имитируем управление неким внешним устройством.

Const String spin = "1234"; const int rel_pin = 13; String ss = ""; // Отправка пин-кода void sendPin(){ String cmd = "AT+CPIN="+spin+char(0x0D); Serial.print(cmd); } // Включение светодиода на 2 секунды void receiveSMS(String s){ digitalWrite(rel_pin, HIGH); delay(2000); digitalWrite(rel_pin, LOW); } // Разбор строки, пришедшей из модуля void parseString(String src){ bool collect = false; String s = ""; for(byte i=0; i

Загружаем программу на Arduino, и тестируем систему. Если всё сделано правильно, отправка SMS сообщения на устройство приведет к включению светодиода на 2 секунды. Разумеется, вместо светодиода можно включать/выключать мощное реле, к которому подключен котел отопления в загородном доме.

Здравствуйте!
Встала тут задача по управлять загородным домом, последить за температурой, дверями, окнами. И тут же возник вопрос о среде передачи данных. Ну провода и радиоканал отпадают из-за дороговизны, ВОЛС просто мечты, а вот GSM то что нужно. Сначала пал глаз на старые телефоны "Motorola", "Nokia", "SonyEricsson". Посмотрел, повертел и передумал. Первое, не хотел подпаиваться к контактам кнопок, да и обратной связи нет. Второе, разбираться с ПО телефона, ну это совсем не в кассу. В общем в творческих раздумьях и плавая в просторах всемирной паутины, изловив пару вирусов был найден компромисс. И работа с ПО и без всяких кнопок. Все это предлагает модуль SIM900D . Чем он мне приглянулся.
- Первое это простота монтажа. В этом вы убедитесь позже. - Второе это общение через UART. (Это значит МК + SIM900D = нормальная связь) - Третье это питание модуля от 3 до 4.8 вольт. Хош AVR, хош ARM. По вкусу. Ну лирики хватит, пора по делу.
Выглядит сей модуль так.

По поводу монтажа. Как видите модуль заточен на поверхностный монтаж. Размеры контактных площадок достаточно большие даже для ЛУТа. Ниже картинка моего устройства.

Как видите ничего сложного. Теперь давайте поговорим о схеме подключения этого чуда. Глядим мануал. И видим распиновку.

Да, много всего, но все использовать не будем. Первое что нам потребуется это обвязать все выводы "GND". Если глянуть на правый верхний угол, то можно заметить три отдельных вывода. Два "GND" и "ANT". Эти выводы расположены таким образом не просто так. Глянем в документацию на картинку подключения антенны.

59 и 61 контакты должны находиться как можно ближе к выводу антенны. Дополнительные схемы выделенные пунктиром, нужны для подключение антенн с кабелем. Поэтому я впаял SMA разъем как можно ближе к выводам 59, 60, 61 и не стал заморачиваться со схемой согласования, при этом с антенной на 3-х метровом кабеле и в месте очень плохого приема, выжал из модуля 13 балов из 31. Разъем видно на картинке выше. Точнее ноги от него)) Сам разъем с другой стороны. При этом контакты 59 и 61 как бы обнимают антенну. Ну как-то так. Далее давайте поговорим о SIM-карте. Для ее установки я использовал вот такой разъем (SIM ICA-501-006-01-F7)

Самое интересное то что я нашел 3 варианта распиновки SIM-карт. Какую использовать? Не буду вносить интриги, а для простоты привожу распиновку данного разъема. Вид сверху.

Но это еще не все. Если глянуть в монуал на схему включения SIM-карты, то там можно увидеть некую микросхемку под названием SMF05C . Эта микросхема содержит защитные диоды аж 5 штуков. Нужна для зашиты контактов SIM-карты. Конечно можно ее и не ставить, но тогда будьте внимательны и не трогайте контакты пальцами!!! Я как грешный человек за себя не ручаюсь, поэтому микруху припоял. А вот и сама схема.

Она конечно приведена для 8-и контактной SIM-карты, но для 6-ти будет тоже самое. Есть правда две засады с этой микросхемой. Первая это то что ее хрен где сыщешь. А вторая то что размер ее... Я когда получил заказ и достав положил ее на стол... Короче на втором рисунке сверху она впаяна между SIM-картой и батарейкой. Для сравнения резисторы 0805. Ну а справа транзистор в корпусе SOT-23. Так ну вроде с SIM-картой разобрались, поехали дальше. А дальше светотехника. Вообще говоря это на любителя. Так как все эти сигналы можно завести прямо в МК и он там сам пускай разбирается. Я все их вывел из чувства к прекрасному. Так что решайте сами.
- Первое это сигнал включен модуль или нет (STATUS) лог 1 - Второе это сигнал наличия регистрации сети (NETLIGHT) лог 1/0 (мигает) Если мигает с одинаковой частотой, значит не зарегистрировался в сети Если длинный промежуток, значит есть конект к сети. - Третье это сигнал звонка/sms (RING) лог 0 Горит если есть входящий звонок и моргнет при получении sms-сообщения. Первые два сигнала нужно подключать через NPN транзистор в ключевом режиме.

А третий сигнал (RING) нужно подключать через PNP транзистор. Еще один не мало важный сигнал, это кнопка включения и выключения модуля. (куда же без нее). Вот что нам предлагает мануал.

То есть подали лог 1 на базу транзистора на 1 секунду и модуль включился.
Теперь давайте поговорим о питании. Да, я бы ща от хорошей тарелочки борьща не отказался бы, а вы? Ну ладно, едем дальше. Питается модуль напругой от 3 до 4.8 вольтов. Вроде все просто, да не так. В момент звонка, передачи sms, поиска сети модуль может потребовать аж до 2А. Во как. Так что любители LM7805 и КРЕНок могут огорчиться. К счастью в мануале присутствуют две схемы на микросхемах MIC29302 (я так в продаже ее и не нашел) и LM2596 (эту купить можно). Но я лениииивый и собирать питалово с таким большим количеством обвязки просто не захотел. Я пошукал в интернете и нашел. Есть такой хороший стабилизатор для процессоров типа "Пень", "AMD" на 3.3в и до 7.5А. Во, думаю то что надо и ARM запитать можно и модуль. Вот схема этого чуда.

А вот как это выглядит в собранном виде.

Радиатор поставил со страху, в принципе микросхема не греется даже во время звонка. И последнее на что следует обратить внимание, это на батарейку. Она нужна для поддержания жизни часов реального времени. Самое важное что оставлять этот вывод в воздухе нельзя. Лично я сошелся на подключении батарейки чего и вам желаю. Можно конечно две АА влепить)) но как-то крупновато, а вот в форме таблетки 2032 на 3v то что надо. Благо они стоят не дорого и отсеки паять можно прям на плату. По моему это самое простое решение. Решать вам. Ну вроде и все. Вот как это все безобразие выглядит вместе и в работающем состоянии.

В следующей статье я расскажу как ломал этот модуль но уже программно через терминал при помощи АТ команд.
Выкладываю схемы в PCAD-2006
Архив с файлами модуля GSM.
Архив с файлами блока стабилизации.
Продолжение цикла статей о GSM модуле.
AT-Команды.
Связь модуля с ATmega8515.
Отладочная плата на базе SIM900D

Foli 14.03.13

Хотелось бы подробней о АТ командах, UARTу и непосредственно работы с этим в CodeVision

Алексей 15.03.13

С АТ командами разбираюсь. Не хочу выкладывать половину работы, так как есть некоторые вопросы. А с UARTтом и CVAVR там все просто. Как только разберусь с АТ командами сразу выложу и какие команды и как из CVAVR их подать.

Anatok 04.11.13

Все это красиво. А вот если сигнализация работала хотя бы при минус 30-и градусах и зарядилась скрытыми солнечными батареями особенно зимой, то желающих иметь такой аппарат было бы очень много.

Алексей 04.11.13

GSM модуль жрет до 2А при регистрации в сети или звонке или связи по GPRS. Для таких ресурсов требуется хороший аккумулятор, а при -30 АКБ долго не проживет. Даже в метеостанциях на уличных датчиках рекомендуют использовать простые батарейки.

Мишка 11.11.13

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 .