Gsm модули для ардуино: описание

Импульсный DC step-down преобразователь

Готовый миниатюрный DC-DC конвертер Mini-360 на базе MP2307 стоит недорого на Aliexpress. Этот модуль я не раз использовал совместно с SIM800, и он показал достаточно стабильную работу. Обычно я добавлял электролитический или танталовый конденсатор минимум на 1000 uF или суперконденсатор, чтобы не было просадки напряжения при максимальном потреблении модуля SIM800. На «красной» плате с SIM800L уже распаян танталовый конденсатор большой емкости.

Mini-360 MP2307 DC-DC step-down конвертер

На Aliexpress представлено немало различных DC-DC down-step модулей для снижения напряжения с 5V до 4 V. У них регулируемое выходное напряжение, и это не очень хорошо: при сборке требуется подстройка, на что уходит время, нельзя впаивать SIM800 или нужно предусматривать джамперы для разрыва соединения на время настройки, иначе можно случайно подать высокое напряжение и вывести из строя SIM800.

Я взял типовую схему на MP2307 и собрал малогабаритный DC-DC конвертер с 5V до 4V. Он очень компактен и обладает высоким КПД. Схема импульсного понижающего преобразователя 5V до 4V для SIM800 и схема коммутации ESP32 с «красной» платой с SIM800L:

Схема ESP32 и SIM800 c DC-DC step-down converter («понижайка») c 5V до 4V.

Пара сопротивлений R5 (33K, 1%) и R4 (10K, 1%) рассчитаны на формирование выходного напряжения 4 V.

В этой схеме используются следующие основные компоненты:

• «Красная» плата SIM800L. Её прелесть в том, что на ней уже есть распаянный IPEX разъем для подключения антенны, обвязка для фильтрации с танталовым конденсатором большой емкости и сам модуль SIM800. Причем эта плата в сборе обойдется дешевле, чем приобретать на Aliexpress чип SIM800 отдельно.
• MH ET Live Mini ESP32 — на мой взгляд, лучший вариант реализации платы для прототипирования на ESP32.
• Экранированная индуктивность 10 uH.
• Чип DC-DC step-down конвертер MP2307DN.

В datasheet SIM800 приведен пример импульсного DC-DC step-down конвертера на LM2596-ADJ:

DC-DC step-down конвертер для SIM800 на LM2596

Готовый 3A конвертер на базе LM2596 с возможностью регулировки выходного напряжения можно приобрести на Aliexpress:

LM2596 DC-DC понижающий преобразователь для SIM800

LM2596 — габаритный чип, поэтому использовать его можно там, где нет особых требований к размерам устройства.

Технические характеристики модулей SIM800 и SIM800H. Отличия от 900-й серии

Общая особенность модулей SIM800 и SIM800H — наличие встроенного блока Bluetooth и интерфейса SD-карты, а также более высокий класс GPRS (Class 12), что означает на практике более высокую скорость передачи Upload. Для сравнения в таблице 1показаны основные технические характеристики популярного сегодня модуля SIM900R и модулей SIM800 и SIM800H. Как видно, существуют две версии SIM800 — с памятью программ 32 и 64 Мбит. 32-мегабитовая версия SIM800 программно поддерживает либо Bluetooth, либо EAT. Это относится и к SIM800H. 64-мегабитовая версия SIM800 поддерживает Bluetooth и EAT одновременно, что делает эти модули более универсальными.

Примечание:*СПО (здесь и далее) — специализированное программное обеспечение.

Важно отметить, что модуль SIM800 является частично совместимым по выводам с SIM900R. Оба модуля имеют одинаковые размеры и торцевые контакты для пайки

В таблице 2показаны отличия в распиновке модулей SIM800 и SIM900R. Если данные отличия не коррелируют с дизайном платы на базе SIM900R, то можно сказать, что SIM800 и SIM900R в большей степени взаимозаменяемы. Единственные вопросы возникают с выводами 2 и 53 при установке SIM800 на плату для SIM900R. В SIM800 допускается не подключать землю на выводе 2, если остальные выводы земли подключены. Вывод ANT_BT допускается подключать на землю, если не применяется функция Bluetooth, даже в версиях программного обеспечения (ПО), поддерживающих Bluetooth (если блок Bluetooth отключен, AT+BTPOWER = 0).

У пользователей модулей SIM900R, возможно, возникнет вопрос — совместимы ли программно модули SIM800 и SIM800H с SIM900R и не придется ли переписывать ранее отлаженный код. Модули серии 800х разработаны с учетом архитектуры и принципов работы 900-й серии. Да, в 800-й серии имеются АТ-команды, свойственные только ей, но бóльшая часть команд полностью совпадает с системой команд 900-й серии. К примеру, те, кто использует в модулях SIM900R функции, TCP/IP, voice/data call и SMS, не заметят разницы в поведении модулей SIM900R, SIM800 и SIM800H. Но поскольку применение модулей SIM800 и SIM800H обуславливается, скорее, наличием в них дополнительных функций, то доработка кода все же будет неизбежна и вопрос о программной совместимости лежит в плоскости удобства и легкости освоения 800-й серии.

Чем Arinst полезен для установщиков:

• Оптимальная настройка антенны или выбор оператора с лучшим сигналом. Анализатор позволяет на одном экране отобразить одновременно мощности сигналов по всем доступным операторам, так как в любом анализаторе в отличие от разного рода модемов не используются сим-карты. К примеру, для настройки внешней антенны для репитера вам необходим примерно одинаковый сигнал по всем операторам или Вы ищете оператора с самым сильным LTE сигналом для усиления интернета. Используя прибор Arinst Вам не нужно будет менять каждый раз сим-карты и заново крутить антенну!
• Точная настройка внешней антенны. Обычно для настройки уличной антенны используется модем, но такой способ имеет ряд недостатков – медленное обновление данных и большая погрешность в измерениях. Используя анализатор Arinst скорость обновления будет измеряться миллисекундами, а погрешность не более 1 дБм.
• Возможность проверить работоспособность системы усиления сотовой связи. Анализатор можно подключить к системе усиления сотовой связи в любом месте, например, в замен любой комнатной антенны или сразу после репитера. Таким образом мы сможем контролировать выходную мощность в любой точке. А имея такие данные, можно с легкостью определить обрывы кабеля, большие потери из-за некорректного монтажа разъемов и другие проблемы связанные с нехваткой усиления или мощности.
• Определить самовозбуждение системы. Так как анализатор способен отображать сигнал не только на прием, но и сигнал на отдачу, мы можем видеть исходящий сигнал от репитера и таким образом определить шум, вызванный закольцовкой сигнала.

Отладочные средства

Разработчики могут протестировать работу модулей SIM800x в соответствии с приведенными в настоящей статье примерами, используя специализированные отладочные комплекты производства компании SIMCom Wireless Solutions.

Отладочный комплект состоит из двух основных компонентов: многофункциональной материнской платы и мезонинной платы, на которой распаян тот или иной модуль. На рис. 3 представлен модуль SIM800C на мезонинной плате, устанавливаемый на общую для всей линейки модулей материнскую плату. Каждый из указанных компонентов отладочного комплекта можно приобрести отдельно.

Рис. 3. Отладочный комплект для работы с модулями 800-й серии

Те, у кого остались отладочные платы для модулей 900-й серии (версий SIM900-EVB_V2.01 и позже), могут использовать их для работы со всеми модулями 800-й серии, приобретая последние в исполнении на переходном мезонине — SIM800x-TE.

Исключением из этого унифицированного отладочного комплекса является анонсированный летом 2016 г. еще один модуль этой линейки — SIM868, миниатюрный беспроводной четырехдиапазонный комбо-модуль в корпусе LCC/LGA, поддерживающий обмен данными и работу в сетях сотовой связи стандартов GSM/GPRS (2G) и прием сигналов со спутников GPS/ГЛОНАСС (GNSS).

Рис. 4. Комбо-модуль SIM868

Отличительные особенности SIM868 — это высокая чувствительность ВЧ-тракта и поддержка различных дополнительных возможностей, таких как детектирование/генерация DTMF, запись/воспроизведение аудиофайлов, встроенные протоколы POP3, SMTP, MMS, FTP, HTTP, SSL и др. Поддерживается GPRS multi-slot class 12 (↨85,6 кбит/с). В качестве дополнительных возможностей в модуле предусмотрена поддержка Bluetooth 3.0 или одновременная работа двух SIM-карт (Dual Standby).

В модуле присутствуют интерфейсы 2×UART (GSM/GPRS)+1×UART(GNSS), USB, GPIO, ADC, SD, I2C, RTC, аналоговые аудиоинтерфейсы. Габариты устройства 15,7×17,6×2,3 мм; напряжение питания 3,4–4,4 В; диапазон рабочих температур –40…+85 °C.

Работа с этим модулем требует использования специализированной отладочной платы.

Наличие, состав и стоимость отладочных комплектов можно уточнить, отправив запрос в техническую поддержку по беспроводным решениям (wireless@mt-system.ru). Обновленные версии встроенного ПО модулей и подробная инструкция по их обновлению также предоставляются пользователям по отдельному запросу.

* * *

Компания SIMCom Wireless Solutions предлагает разработчикам и пользователям функционально полную линейку 2G-модулей, позволяющую решать довольно широкий спектр задач по созданию оборудования, использующего для передачи данных и осуществления вызовов возможности сетей сотовой связи. При этом встроенный на уровне чипсета функционал Bluetooth уже не выглядит экзотикой, речь, скорее, о новых реалиях, с учетом которых теперь следует воспринимать модули этого класса, решая самый разнообразный круг прикладных задач с их использованием. При этом реализация Bluetooth в текущих и перспективных решениях не представляет собой сколь-нибудь сложной задачи.

Что случилось?

Этот текст мало кто будет читать и мы можем написать здесь все, что угодно, например… Вы живете в неведении. Роботы уже вторглись в нашу жизнь и быстро захватывают мир, но мы встали на светлый путь и боремся за выживание человечества. А если серьезно, то… В целях обеспечения безопасности сайта от кибератак нам необходимо убедиться, что вы человек. Если данная страница выводится вам часто, есть вероятность, что ваш компьютер заражен или вы используете для доступа IP адрес зараженных компьютеров. Если это ваш частный компьютер и вы пытаетесь зайти на сайт, например, из дома — мы рекомендуем вам проверить ваш компьютер на наличие вирусов. Если вы пытаетесь зайти на сайт, например, с работы или открытых сетей — вам необходимо обратиться с системному администратору и сообщить, что о возможном заражении компьютеров в вашей сети.

Обработка исключительных случаев

Все команды GSM/GPRS-модулей серии SIM800 имеют время исполнения

Разработчику ПО хоста важно знать время исполнения отдельно для каждой команды, чтобы исключить бесконечное ожидание реакции на команду (открытие соединения, к примеру). Значения максимального времени исполнения задокументированы, их можно найти в системе команд GSM/GPRS-модуля

В таблице 2 указаны значения максимального времени исполнения основных команд встроенного TCP/IP-стека. Как видно, некоторые команды исполняются десятки секунд. Это объясняется зависимостью этих команд от быстродействия сети и сервера.

Рис. 6. Нормальная процедура закрытия соединения с сервером

Получается, некоторые команды могут исполняться несколько минут, прежде чем можно будет понять, что что-то пошло не так. В М2М такие задержки, конечно, недопустимы. Как же обрабатывать случаи, когда время исполнения команды затянулось, а реакции так и не последовало? Все зависит от того, на каком этапе установления соединения произошел сбой (ошибка или вышел таймаут) и в каком состоянии находится стек (рис. 6). Причин сбоя может быть несколько, и реакция может быть разная, но главное вернуть встроенный стек в исходное состояние IP INITIAL или IP STATUS. Рассмотрим на примере несколько случаев:

1. Сервер вышел из строя или доступ в Интернет ограничен (потеря пакетов, высокий пинг и проч.). В этом случае все команды из таблицы 1 приведут к длительному времени исполнения. Чтобы повторить попытку соединения с этим или другим сервером, следует перед этим закрыть сокет командой AT+CIPCLOSE=1. При этом деактивировать контекст командой AT+CIPSHUT не обязательно.
2. Потеря связи с GSM-сетью. Такое возможно в местах плохого покрытия сети, из-за ухудшения условий приема сигнала или внезапной выемки SIM-карты из прибора. Здесь следует проверить готовность SIM-карты (AT+CPIN? или чтение ячейки памяти командой AT+CMGR), уровень сигнала (AT+CSQ), наличие регистрации в сети (AT+CREG?) и доступ к услугам GPRS (AT+CGATT?). Если физический доступ к GSM-сети пропадет после или во время открытия сессии командой AT+CIPSTART, то придется закрыть соединение (AT+CIPCLOSE=1), деактивировать контекст и восстанавливать соединение с начала, сразу после того как будут успешно проверены SIM-карта, уровень сигнала, регистрация в сети и доступ к услугам GPRS.
3. Истек срок жизни контекста. Когда открывается контекст, сеть выделяет определенные ресурсы на его поддержание. Операторы сотовой связи не допускают мертвые контексты, когда ресурс занят, а обмена данными в этом контексте нет. Если обмена данных нет, то через некоторое время оператор деактивирует контекст. У разных операторов это время разное примерно от трех до семи минут. Модуль при этом в порт UART выдаст уведомление: +PDP DEACT. Его нужно обработать и сбросить встроенный стек в исходное состояние командой CIPSHUT. Однако иногда в некоторых приложениях требуется поддерживать контекст в активном состоянии. Для этого можно периодически обмениваться с сервером пустыми данными, типа эха. Но это неудобно в реализации. Взамен можно воспользоваться функцией поддержания соединения командой AT+CIPTKA .
4. Нагрузка на сеть GSM. Всем известно, что GPRS-услуги и голосовая связь делят общие ресурсы. GPRS всегда выделяется оператором по остаточному принципу, а у голосовых соединений наивысший приоритет. Контекст может быть деактивирован оператором принудительно. Внешне данный случай выглядит как предыдущий (п. 3), и обрабатывать его следует аналогично.

Следует предусмотреть случай, когда переинициализация соединения не дает желаемого эффекта. В этом случае рекомендуются штатное выключение/включение модуля и повторная попытка восстановить соединение с самого начала.

Суперконденсаторы в паре с GSM модулем SIM800/SIM7020

Хорошее качество обеспечивает питание от аккумуляторной батареи. Если мощности источника питания недостаточно, её можно компенсировать суперконденсатором. Он добавит энергии для SIM800 в моменты пикового потребления. Я заказывал суперконденсаторы на Aliexpress.

Добавление суперконденсатора даже к маломощному источнику электропитания улучшает стабильность работы SIM800. Сразу отмечу, я пока не использовал суперконденсаторы при разработке промышленного оборудования. Мне не доводилось встречать подробных результатов тестирования, как ведет себя пара суперконденсатор + SIM800.

Ниже схема использования суперконденсатора SPC1520 для демпфирования мощности Li-SOCl2 (литий-тионилхлорида)  батареи ER34615, которая обеспечивает емкость 19 А*ч, но пиковый ток всего 500 мА, а максимальный продолжительный ток порядка 230 мА. Но это пример для NB-IoT модуля, которые в пике потребляют порядка 500 мА.

Возможно, вам также будет интересно

Авторы статьи предлагают ответ на вопрос, как быстро и с минимальными трудозатратами произвести переход на более совершенную и бюджетную серию 2G-модулей — SIM800, а именно SIM800/SIM800F/SIM800C, предлагаемую дистрибьютором МТ-Систем в качестве фокусной замены модемов SIM900R. Материал будет полезен специалистам, следящим за тенденциями рынка беспроводных технологий для M2M-решений, разработчи…

В статье подробно описаны шаги, которые необходимо предпринять для освоения технологии Embedded AT в GSM/GPRS-модулях SIM800H и SIM800 производства SIMCom Wireless Solutions.

Последние несколько лет одним из наиболее успешных приложений на рынке M2M является дистанционный контроль и дистанционное управление по GSM-каналу. Более того, количество подобных решений растет год от года. Дистанционное управление довольно часто строится на принципе передачи команд через DTMFсигналы либо посредством SMS-сообщений. Эти команды позволяют удаленно управлять исполнительными устр…

Зачем это нужно

Аббревиатура GSM расшифровывается как Global System for Mobile (Communications). Технология эксплуатирует сети связи сотовых операторов, обеспечивая трансляцию голосовой, текстовой и служебной информации между подключенными устройствами.

Через сеть GSM передаются не только данные, но и СМС-сообщения, и голос. С подключенной к Arduino GSM платой компьютер способен:

• сообщать о состоянии датчиков периферийного оборудования;
• передавать информацию о срабатывании тревожной сигнализации;
• управлять подсоединенной системой, и выполнять любые другие действия по заданному сценарию;
• осуществлять звонки.

Поскольку GSM обеспечивает и доступ в интернет, устройства с его поддержкой также могут управляться через глобальную сеть, принимать команды, отдавать статусы и так далее.

Простейший пример применения Ардуино с GSM — автономная сигнализация. Периферийные датчики фиксируют свое состояние и передают на центральную плату, которая через модуль отправляет данные на смартфон владельца. Такое решение можно считать базой для «умного дома»: если добавить дополнительные подключаемые блоки, датчики и программные оболочки, Arduino превращается в полноценный комплекс Smart Home.

Любой GSM/GPRS блок соединяется с основной платой. Для реализации простых проектов, как правило, используют Arduino Uno, но есть возможность построения и на базе минималистичного Nano, и более богато оснащенного Mega. Соединенный с Arduino GSM модуль обеспечивает все возможности технологии передачи данных по сотовой сети.

Модулей связи на рынке представлено достаточно много. Далее мы рассмотрим характеристики наиболее популярных и приведем пример типового проекта.

GSM GPRS в Arduino

Модули GSM GPRS

GSM модуль используется для расширения возможностей обычных плат Ардуино – отправка смс, совершение звонков, обмен данными по GPRS. Существуют различные виды модулей, наиболее часто используемые – SIM900, SIM800L, A6, A7.

Описание модуля SIM900

Модуль SIM900 используется в различных автоматизированных системах. С помощью интерфейса UART осуществляется обмен данными с другими устройствами. Модуль обеспечивает возможность совершения звонков, обмен текстовыми сообщениями. Работа модуля релизуется на компоненте SIM900, созданным фирмой SIMCom Wireless Solution.

Технические характеристики:

• Диапазон напряжений 4,8-5,2В;
• В обычном режиме ток достигает 450 мА, максимальный ток в импульсном режиме 2 А;
• Поддержка 2G;
• Мощность передачи: 1 Вт 1800 и 1900 МГц, 2 Вт 850 и 900 МГц;
• Имеются встроенные протоколы TCP и UDP;
• GPRS multi-slot class 10/8;
• Рабочая температура от -30С до 75С.

С помощью устройства можно отслеживать маршрут  транспорта совместно с ГЛОНАСС или GPS устройством. Возможность отправки смс-сообщений используется в беспроводной сигнализации и различных охранных системах.

Описание модуля SIM800L

Модуль выполнен на основе компонента SIM800L и используется для отправки смс, реализации звонков и обмена данными  по GPRS. В модуль устанавливается микро сим карта. Устройство обладает встроенной антенной и разъемом, к которому можно подключать внешнюю антенну. Питание к модулю поступает от внешнего источника либо через DC-DC преобразователь. Управление осуществляется с помощью компьютера через  UART, Ардуино, Raspberry Pi или аналогичные устройства.

Технические характеристики:

• Диапазон напряжений 3,7В – 4,2В;
• Поддержка 4х диапазонной сети 900/1800/1900 МГц;
• GPRS class 12 (85.6 кБ/с);
• Максимальный ток 500 мА;
• Поддержка 2G;
• Автоматический поиск в четырех частотных диапазонах;
• Рабочая температура от –30С до 75С.

Описание модуля A6

Модуль A6 разработан фирмой AI-THINKER в 2016 году. Устройство используется для обмена смс-сообщениями и обмена данными по GPRS. Плата отличается низким потреблением энергии и малыми размерами. Устройство полностью совместимо с российскими мобильными операторами.

Технические характеристики:

• Диапазон напряжений 4,5 – 5,5В;
• Питание 5В;
• Диапазон рабочих температур от -30С до 80С;
• Максимальное потребление тока 900мА;
• GPRS Class 10;
• Поддержка протоколов PPP, TCP, UDP, MUX.

Модуль поддерживает карты формата микросим.

Описание модуля A7

A7 является новейшим модулем от фирмы AI-THINKER. По сравнению со своим предшественником A6 имеет встроенный GPS, позволяющий упрощать конструкцию устройства.

Технические характеристики:

• Диапазон рабочих напряжений 3,3В-4,6В;
• Напряжение питания 5В;
• Частоты 850/900/1800/1900 МГц;
• GPRS Class 10: Макс. 85.6 кбит;
• Подавление эха и шумов.

Устройство поддерживает микросим карты. Модуль поддерживает обмен звонками, обмен смс-сообщениями, передачу данных по GPRS, прием сигналов по GPS.

АТ-команды

Стандартные AT-команды линейки GSM-модулей компании SIMCom Wireless Solutions в большинстве случаев совпадают, однако есть и отличия. Применение более современного и мощного чипсета (в сравнении с серией SIM900) привело к появлению новых функций и соответствующих им новых команд.

Исходя из сказанного, мы рекомендуем произвести сверку AT-команд, уже используемых в решении.

В таблице 4 приведен пример ответов (возможных разночтений) на некоторые распространенные команды.