Arduino представляет собой аппаратную платформу, используемую для быстрого создания различных электронных устройств, включая и охранные . Благодаря несложной конструкции, простоте языка программирования, а также использования открытых кодов даже непрофессионал сможет самостоятельно сделать многофункциональную сигнализацию для охраны своего дома, дачи, квартиры или гаража. Arduino GSM модуль станет оптимальным вариантном для создания бюджетной охранной системы, которую оптимально можно настроить под конкретный объект.
Область применения
Аппаратная платформа Arduino широко применяется в процессе создания различных электронных систем и устройств, которые могут принимать и обрабатывать сигналы от разно функциональных аналоговых либо цифровых сенсоров и датчиков. За результатами обработки получаемых сигналов может осуществляться управление внешними исполнительными механизмами и системами, подключаемыми к Arduino.
Пример использования данных модулей на видео:
Назначение
Аппаратная платформа Arduino обеспечивает возможным эффективно взаимодействовать с контролируемой средой через широкий спектр функциональных датчиков, которые могут контролировать различные параметры. Благодаря этому на базе такого рода платформ можно формировать охранные комплексы, которые будут следить за перемещениями по охраняемому периметру, за вскрытием окон и дверей, за повреждением стекол. Кроме датчиков охранного типа можно применять также и температурные сенсоры, датчики контроля за утечкой воды или газа.
Используя с платформой Ардуино GSM модуль информацию об опасности или внештатной ситуации на объекте можно предать владельцу максимально быстро. Для этой цели используется одна из сетей мобильных операторов.
Отличительной особенностью устройств Arduino является то, что их микроконтроллер может программироваться самим пользователем, используя язык Arduino, основанный на Wiring. Благодаря этому каждый может программировать алгоритм работы создаваемой охранной сигнализации так, как это требуется для конкретного охраняемого объекта и особенностей его применения.
Преимущества использования
На сегодняшний день существует множество аппаратных платформ и микроконтроллеров, которые могут получать информацию от внешних датчиков, обрабатывать ее и отправлять сигналы управления к исполнительным системам. Платформа Arduino максимально упрощает выполнение перечисленных процессов и владеет широким спектром преимуществ перед иными устройствами подобного рода.
- Небольшая стоимость. Платформы являются достаточно дешевыми устройствами по сравнению с аналогами, что никоим образом не отражается на их функциональности.
- Кросс-платформенность. Софт Arduino эффективно работает под такими операционными платформами, как Windows, Linux, Macintosh-OSX.
- Простота программирования. Для настройки микроконтроллеров используется среда программирования Processing. Она оптимально подойдет как профессиональным, так и малоопытным пользователям, которые работают с устройствами Arduino.
- Возможность усовершенствования. Специализированный софт Arduino отличается открытым кодом, что позволяет опытным пользователям его адаптировать под конкретные требования.
Высокая надежность аппаратной платформы. Платы Arduino выпускаются с микроконтроллерами ATMEGA8 и ATMEGA168 (более ранние модели) и с контроллерами ATmega32u4, Atmel ATmega328 (новые модели), которые отличаются высокой функциональностью и надежностью.
Принцип работы
Чтобы обеспечить полнофункциональную работу охранных систем или других устройств, построенных с применением платформ Arduino нужно иметь GSM модуль для Ардуино. С его помощью может осуществляться выход в Интернет, совершаться голосовой дозвон или отправка СМС-собщений.
В GSM-плате применяется специальный радиомодем M10, взаимодействие с которым обеспечивается за счет специальных AT-команд. Обмен информацией с модемом реализован с помощью программного последовательного интерфейса, владеющего цифровыми кодами.
Используемый в Ардуино GSM модем является 4-диапазонным, который может функционировать на следующих частотах: GSM 850MHz и 900MHz, PCS1900MHz и DCS1800MHz. В модеме реализована поддержка таких протоколов, как TCP/UDP и HTTP, обеспечивающих соединения через GPRS. Скорость передачи информационных пакетов в таком режиме будет составлять около 90 кбит/сек.
Отправка СМС через Arduino и GSM модуль реализуется при наличии установленной SIM-карты одного из сотовых операторов.»
Кроме этого появится возможность осуществлять передачу голосовых сообщений, совершать звонки – для этого дополнительно нужен микрофон и внешний динамик. Установка SIM-карты позволит использовать Arduino в режиме сотовой связи или GPRS.
Как подключать модули к ардуино
Перед тем, как подключить GSM модуль к Ардуино в его слот для следует установить подходящего типоразмера «симку» одного из операторов сотовой связи. После этого модуль подсоединяется к аппаратной платформе Arduino в соответствии с инструкцией и производится ее прошивка. Для этой цели используется ПК, который подключается к устройству с помощью USB-кабеля. После загрузки среды Arduino следует нажать клавишу Upload, что запустит процесс загрузки софта. По завершению этого процесса платформа может отсоединяться от компьютера и питаться от внешней системы питания.
Сравнительные характеристики GSM модулей
На потребительском рынке представлен широкий выбор различных GSM модулей под Arduino. Ниже приведены основные характеристики наиболее популярных.
Neoway M590
Ардуино GSM модуль M590 является беспроводным коммуникационным устройством, используемым в целях приема и передачи информации в сетях мобильной связи. Модуль этой серии создан на плате с минимальной обвязкой и позиционируется как GSM-модуль для аппаратной платформы Arduino.
С помощью этого устройства можно устанавливать мобильную связь с внешним телефоном, отправлять СМС-сообщения, производить обмен информацией по стандарту GPRS Class-10. В модуле этой конструкции нет микрофонного входа, что ограничивает возможность осуществления приема голосовой связи – соединение может устанавливаться, но звук передаваться не будет.
Для управления M590 используются АТ-команды, которые подаются посредством последовательной связи. В качестве рабочих радиочастот применяются частоты от 900 МГц до 1800 МГц. Величина питающего напряжения составляет в пределах 3,3…5 В. Поэтому GSM модуль Neoway M590 подключение к Ардуино осуществляет через специальный преобразователь напряжений 5 В « 3,3 В.
GSM-модуль SIM800L
Компактный Sim800l GPRS GSM модуль относится к устройствам, которые применяются для поддержки мобильной связи. Модуль построен на безе SIM-800L, созданного SIMCom Wireless Solutions и рассчитан для предоставления услуг к сервисам информационных сетей GPRS\GSM, используя для этого частоты от 850 МГц до 1900 МГц. С его помощью может осуществляться отправка SMS-сообщений, реализация звонков, а также обмен информацией по GPRS-каналам.
GSM-модуль комплектуется антенной, при потребности улучшения уровня сигнала можно использовать дополнительные антенны. Для управления модулем может использоваться ПК, подключаемый посредством специальной платы преобразования интерфейсов USB-UART либо же непосредственно через сам UART. Если используется Sim800l GPRS GSM модуль, подключение к Ардуино должно реализовываться через преобразователь логических уровней. Это обусловлено тем, что у SIM800L величина напряжения на логическом высоком уровне составляет 2,8 В, а в Arduino – 3,3…5 В.
GPRS Shield от Seeed Studio
Подключение GSM модуля к Arduino обеспечит возможность использования технологий обмена данными GSM/GPRS, а также совершать звонки и посылать СМС-сообщения. Устройства этого типа построены с использованием модуля SIMCom SIM900. Они имеют слот для установки SIM-карты, разъем для подключения внешней антенны, набор 3,5-миллиметровых джеков для аудио входа и выхода. Управление и работа с Arduino GSM Shield осуществляется посредством Serial-соединений и набора специализированных AT-команд.
Этот модуль представляет собой специальную плату, используемую для управления цифровыми устройствами удаленно, а также для обмена информацией. Применение SIM900 позволяет Arduino работать по технологиям GSM/GPRS, обеспечивая голосовую связь, отправку СМС и обмен данными с помощью сотовых и мобильных сетей.
Для функционирования этого модуля к нему подключается управляющий контроллер, источник питания, антенна, а также устанавливается SIM-карта мобильного оператора. При помощи специальных джамперов выполняется настройка способа обмена данными с контроллером. При потребности можно подключить динамик и микрофон.
Можно также отправлять SMS - сообщения, все что для этого понадобится это специальный модуль Arduino GSM/GPRS SIM900. Данная плата расширения подходит под распространенные платы Arduino UNO, MEGA и Leonardo. С ее помощью можно сделать кучу разных проектов использующие GPRS интернет или доступ в сеть GSM. Она будет работает везде где есть мобильная сеть. При помощи этого модуля можно сделать GSM сигнализацию, которя вместе с системой видеонаблюдения обеспечит отличную защиту вашего жилища.
Модуль позволяет использовать сети стандартов GSM 850, GSM 900, GSM 1800, GSM 1900 и поддерживает протокол TCP с доступоп в сеть GPRS.
Arduino GSM модуль SIM900 можно также использовать для совершения звонков, можно как принемать звонки так и совершать их. Для этого на плате есть специальные разъемы для подключения микрофона и динамика.Также модуль можно подключить к компьютеру и отправлять и принемать данные напрямую с ПК. К примеру можно делать массовую рассылку абонентам записанным на симкарте в атоматическом режиме.
Особенности подключения платы GSM к платам Arduino Leonardo и Arduino Mega
Плата с расширением GSM работает с Ардуино непосредственно благодаря библиотеке Software Serial. При стандартных настройках, для взаимодействия модема с Ардуино подключаются цифровые выводы № 2 и № 3. На Arduino Uno подходят такие настройки, но для правильной работы шилда на Arduino Leonardo или Arduino Mega необходимо внести поправки.
Вывод GSM_TX, так же именуется выводом № 2 на плате расширения, отправляет информацию Ардуино. Чтобы точно знать, в какой момент необходимо считывать информацию, Ардуино применяет механизм прерываний: при перемене цифрового уровня сигнала в этом выводе возникает соответствующее прерывание. Однако в Arduino Leonardo и Arduino Mega вывод № 2 не поддерживает прерывания.
Что бы шилд нормально функционировал на Arduino Mega или Leonardo совсем не нужно переменять программный код, библиотека сама изменяет номер вывода RX Ардуино при выборе надлежащей модели в меню "Tools" среды разработки.
Arduino Leonardo
Для правильного функционирования с Leonardo библиотека GSM использует цифровой вывод № 8. Для этого на плате расширения GSM необходимо замкнуть проводником цифровые выводы № 2 и № 8.
На задней стороне платы GSM необходимо отогнуть в сторону штыревой контакт, соответствующий выводу № 2, так, чтобы он не соприкасался с Arduino Leonardo.
Arduino Mega2560
Библиотека GSM для корректной роботы с Mega использует цифровой вывод № 10. На плате расширения GSM необходимо замкнуть проводником цифровые выводы № 2 и №10, как и с Arduino Leonardo. Не забыв при этом отогнуть с обратной стороны платы GSM в сторону штиревой контакт соответствующий выводу № 2, так, чтобы он не касался Arduino Mega.
Данная библиотека позволяет осуществлять большинство основных операций, совершаемых GSM-телефоном: работать с голосовыми вызовами, отправлять и получать SMS, а также подключаться к сети Интернет через GPRS.
Плата расширения GSM содержит модем, который транслирует в GSM-сеть данные, поступающие к нему через последовательный порт. Все операции выполняются модемом в виде последовательности AT-команд. Для улучшения читабельности кода библиотека абстрагирует низкоуровневые функции, работающие с модемом и SIM-картой. GSM-модем взаимодействует с Ардуино по последовательному интерфейсу с использованием библиотеки SoftwareSerial .
Каждая выполняемая модемом команда, как правило, является фрагментом последовательности команд, направленных на выполнение какой-либо функции. Библиотека GSM спроектирована с учетом этого, и способна принимать/возвращать информацию на любом этапе выполнения последовательности команд.
Структура библиотеки
Функциональность библиотеки GSM достаточно широка, поэтому она объединяет в себе несколько различных классов:
- Класс GSM отвечает за управление радио-модемом. Этот класс содержит низкоуровневые функции для подключения и регистрации платы расширения в GSM-сети. Экземпляр этого класса должен быть объявлен во всех программах, использующих GSM/GPRS.
- Класс GSMVoiceCall отвечает за голосовые вызовы.
- Класс GSM_SMS отвечает за отправку и получение SMS-сообщений.
- Класс GPRS отвечает за подключение к Интернету.
- В классе GSMClient реализован клиент, подобный клиенту в библиотеках Ethernet и WiFi.
- В классе GSMServer реализован сервер, подобный серверу в библиотеках Ethernet и WiFi. Примечание: некоторые провайдеры/операторы блокируют входящие соединения из глобальной Интернет-сети, разрешая только внутрисетевые соединения. Уточните у своего оператора действующие ограничения на передачу данных.
- Множество вспомогательных классов, таких как GSMScanner , GSMModem и др.
Совместимость с библиотекой Ethernet
Разработчиками приложены все усилия для того, чтобы библиотека GSM была максимально совместима с библиотекой Ethernet. Благодаря этому, перенос кода, использующего библиотеки Ethernet или WiFi, на Ардуино с GSM-платой расширения должен быть довольно простым. Тем не менее, для запуска программ, написанных для Ethernet, на GSM-плате расширения недостаточно просто скопировать код. Для этого могут потребоваться незначительные изменения в программе, такие, как подключение библиотек GSM и GPRS, получение от провайдера настроек сети и т.д.
Примеры
Все примеры работы с платой расширения GSM можно условно разбить на две группы. Первая группа - это примеры, демонстрирующие возможности платы (например, отправка SMS-сообщения, подклчение к Интернету и т.д.). Вторая группа - инструментарий, с помощью которого можно отлаживать функциональность библиотеки и аппаратных средств Ардуино на низком уровне.
GSM-lib написанна под Arduino IDE версии 1.0. Скачать последную версию библиотеки с готовыми примерами использования можно из репозитория проекта . Для установки - распакуйте архив GSM в директорию libraries (/arduino-1.0/libraries/GSM). После запуска среды разработки Arduino, в меню программы «File -> Examples» появится пункт GSM, с примерами скетчей.
Библиотека GSM разработана для работы с шилдом « ». Она аппаратно совместима с платами Arduino (Uno, Duemilanove и прочие аналоги). При использовании других плат, возможно, потребуется внесение правок в GSM.cpp для указания правильного порта, на который выведена с шилда линия включения модема.
В настоящий момент в библиотеке реализованы следующие функциональные возможности.
- Регистрация в GSM-сети
- Отправка SMS
- Прием и разбор SMS
- Прием входящих вызовов
- Проверка статуса соединения с сетью GSM, восстановление сети при потере сигнала
Регистрация в GSM-сети
Для регистрация модема в сети необходимо указать пин-код симкарты. Важно помнить, что если вы укажете неправильный номер, симкарта может заблокироваться, т.к. функция инициализация будет периодически повторяться до удачной попытки. Процесс инициализации обычно занимает около 1 минуты.
Первичная инициализация выполняется в функции setup().
#include
Отправка SMS
Для отправки текстовых сообщений служит функция SendSMS(), в которую передаются 2 параметра - номер получателя SMS и само сообщение.
While(GSM.SendSMS(RemoteID, "Hello from Arduino!") < 0);
Где RemoteID - это номер получателя. Эту константу предпочтительнее выносить в заголовок программы.
Const char RemoteID PROGMEM = "+79280000000";
Текст сообщения можно формировать также динамически.
String textMessage; textMessage += "Sensor1 "; textMessage += "Sensor2"; char Out; textMessage.toCharArray(Out,(textMessage.length())+1); while(GSM.SendSMS(RemoteID, Out) < 0);
Прием и разбор SMS
Для считывания входящих SMS сообщений служит функция ReadSMS(), в которую передаются 2 параметра - индекс SMS и указатель, куда будет скопирован текст. Ниже представлен фрагмент скетча, в котором разбирается текст входящего сообщения. Когда SMS равен 1 - выполняем некое действие, а когда равен 2 - производим другое действие. Полный пример скетча SmsCheck.ino смотрите в examples .
If (GSM.CheckSMS()== 1) { //Есть новое СМС GSM.ReadSMS(NewSMS_index, (char*) SMStxt); GSM.DeleteAllSMS(); // Удалить СМСки (накапливать не будем!) strSMS = String(SMStxt); if(strSMS == "1") { // тут выполняем действие 1 } if(strSMS == "2") { // тут выполняем действие 2 } GSM.WaitCall(); GSM.WaitSMS(); }
Примечание. Библиотека GSM умеет работать только с латинскими символами, кириллица в настоящее время не поддерживается.
Прием входящих вызовов
Данный функционал бывает полезен, когда нужно получить достаточно быструю реакцию от шилда. Если SMS-сообщения могут доставляться с небольшой задержкой, то входящие вызовы происходят практически моментально. К тому же использование такого функционала будет бесплатным, если не брать трубку.
Например, можно сделать вызов на шилд, на Ардуино проверить номер звонящего абонента и в случае совпадения с шаблонным номером - выслать на него SMS с показаниями датчиков. Следующий фрагмент реализует подобный функционал. Полная версия скетча CallCheck.ino смотрите в examples .
If (IncomingCall == 1) { //пришёл звонок! while (GSM.TerminateCall()<0); // Ложим трубку IncomingCall = 0; // Проверяем, если номер звонящего CallerID совпал с шаблоном RemoteID if (strstr_P(CallerID, RemoteID)) { while(GSM.SendSMS(RemoteID, "Hello from Arduino!") < 0);// SMS из SRAM памяти } GSM.WaitCall(); }
Проверка статуса соединения с сетью GSM
Бывают ситуации, когда соединение с сетью пропадает. Для выявления потери сети служит функция CheckStatus(), которая возвращает 0 в том случае, когда соединение с сетью утеряно. Пример использования приводится в следующем блоке кода.
// Через определенные промежутки времени проверяем состояние GPRS подключения! if(currentMillis - previousMillis > interval) { if ((GSM.CheckStatus() != 1)) { // GPRS соединение не установлено! while (GSM.Init(PIN)<0); // Делаем инициализацию } GSM.WaitCall(); currentMillis = previousMillis = millis(); }
Выполнение произвольных AT-команд из скетча
Для выполнения AT-команд из скетча используется функция WriteStr_P().
GSM.WriteStr_P(PSTR("AT\r\n"));
Статья для тех, кто хочет заставить Arduino отправлять СМС через данный GSM модуль . Модуль NEOWAY M590 на базе чипа SIM900 подойдет для создания самодельной сигнализации, умного дома. Существует также альтернативный GSM модуль подключаемый напрямую к Arduino через 5 Вольт: Sim800L EVB v2.0
Постановка задачи
- Используя только Arduino и GSM модуль управлять светодиодом посредством звонка с телефона.
- Отправлять СМС (пока через команду поступающую через монитор порта в Arduino IDE)
Подключение к Arduino
Соединяем GSM модуль с Arduino.
5В модуля -> 5V Arduino
GND модуля -> GND Arduino
ТХ модуля -> digital pin2 Arduino
RX модуля -> digital pin3 Arduino
Распиновку можно посмотреть на фото. Порядок контактов такой: 1 - +5В, 2 - GND, 7 - TX, 8 - RX.
Запитать модуль можно от 4В до 5В, я использовал 5 вольтовый выход.
Модуль требует отдельного питания, потому что потребляет в пике до 2А. Конденсатор скорей всего не спасет. Поэтому при запитке от Ардуино может не работать или глючить.
Землю Ардуино и модуля GSM при раздельном питании надо соединить, но сначала нужно мультиметром замерить напряжение между этими "землями". Некоторые компьютерные блоки питания имеют перепад потенциала на корпусе и земле USB до 100В. Ток там мизерный и убить не может, но уничтожить Ардуино или модуль GSM или то и другое вместе - запросто.
Скетч
#include < SoftwareSerial . h > SoftwareSerial mySerial (2 , 3 ) ; // RX, TX int ch = 0 ; int led = 13 ; String val = "" ; void setup () {delay(2000); //время на инициализацию модуля pinMode (led , OUTPUT ) ; digitalWrite (led , LOW ) ; Serial . begin (9600 ) ; //скорость порта Serial . println ("GSM tester v1.0" ) ; mySerial . begin (9600 ) ; mySerial . println ("AT+CLIP=1" ) ; //включаем АОН delay (100 ) ; mySerial . println ("AT+CMGF=1" ) ; //режим кодировки СМС - обычный (для англ.) delay (100 ) ; mySerial . println ("AT+CSCS=\"GSM\"" ) ; //режим кодировки текста delay (100 ) ; } void loop () { if (mySerial . available () ) { //если GSM модуль что-то послал нам, то while (mySerial . available () ) { //сохраняем входную строку в переменную val ch = mySerial . read () ; val += char (ch ) ; delay (10 ) ; } if (val . indexOf ("RING" ) > - 1 ) { //если звонок обнаружен, то проверяем номер if (val . indexOf ("71234567890" ) > - 1 ) { //если номер звонящего наш. Укажите свой номер без "+" Serial . println ("--- MASTER RING DETECTED ---" ) ; mySerial . println ("ATH0" ) ; //разрываем связь digitalWrite (led , HIGH ) ; //включаем светодиод на 3 сек delay (3000 ) ; digitalWrite (led , LOW ) ; //выключаем реле } } else Serial . println (val ) ; //печатаем в монитор порта пришедшую строку val = "" ; } if (Serial . available () ) { //если в мониторе порта ввели что-то while (Serial . available () ) { //сохраняем строку в переменную val ch = Serial . read () ; val += char (ch ) ; delay (10 ) ; } //mySerial.println(val); //передача всех команд, набранных в мониторе порта в GSM модуль if (val . indexOf ("sendsms" ) > - 1 ) { //если увидели команду отправки СМС sms (String ("hello world" ) , String ("+71234567890" ) ) ; //отправляем СМС на номер +71234567890 } val = "" ; //очищаем } } void sms (String text , String phone ) //процедура отправки СМС { Serial . println ("SMS send started" ) ; mySerial . println ("AT+CMGS=\"" + phone + "\"" ) ; delay (500 ) ; mySerial . print (text ) ; delay (500 ) ; mySerial . print ((char ) 26 ) ; delay (500 ) ; Serial . println ("SMS send complete" ) ; delay (2000 ) ; }
Проверка
GPRS
В рассматриваемой версии модуля 1.30 поддержка GPRS урезанная. Мне не удалось подключиться к серверу по его DNS имени (например mysite.ru), получилось только по IP-адресу. В другом модуле SIM800L таких проблем не было.
Перечень некоторых AT команд:
| AT+CMGF=1 | Вкл. текстового режима (смс только латиницей) |
| AT+CSCS= "GSM" | Вкл. режима |
| AT+CLIP=1 | включение определения номера входящего звонка Если отправить команду с 0, то определение номера отключится и модуль вместо номера вызывающего будет слать только сообщение "RING". |
| AT+CMGS="+79123456789" | Отправка СМС |
| ATI | Получить информацию об устройстве |
| AT+IPR=19200 | настройка скорости порта |
| AT+GSN | вернет IMEI модуля |
| AT+CCLK? | считываем время с модуля |
| AT+CCLK=«yy/mm/dd,hh:mm:ss+zz» | где по порядку идут «год/месяц/дата,час:минуты:секунды+часовой пояс» Данные обязательно отправляются с ведущими нулями, то есть, к примеру, если месяц у нас "4", то отправить должны "04". Получить обратно текущие время и дату можно отправив ту же команду, только со знаком "?": |
| AT+CMEE=0 | уровень информации об ошибке. Может быть от 0 до 2. 0 - отключено. Будет просто писать ERROR. 1 - код ошибки. Будет возвращать цифровой код ошибки. 2 - описание ошибки. Напишет что именно ему не нравится в команде. Для работы с модулем через терминал удобней режимы ATV1, ATE1 AT+CMEE=2, для общения с микроконтроллером лучше использовать ATV0, ATE0 и AT+CMEE=0 - так проще будет обрабатывать полученные ответы. Данные настройки не сохраняются после перезагрузки модуля, поэтому необходимо включать эти команды в код программы. |
| AT+CSQ | информация о качестве сигнала. Модуль вернет два числа +CSQ: 17,0 17 - уровень сигнала. Может быть в диапазоне 0..31 или 99. Чем больше тем лучше, но 99 значит его отсутствие. 0 - коэффициент ошибок связи (т.н. RXQUAL). Может быть от 0 до 7, чем число меньше тем качество связи лучше. |
| AT+COPS? | информация об операторе, в сети которого зарегистрирован модуль |
| ATD+79121234567; | набор номера. (";" обязательно) Модуль позвонит по указанному номеру и вернет один из вариантов BUSY - номер занят NO DIALTONE - нет сигнала на линии NO CARRIER - нет сети или другая проблема (например, нет денег на счету) NA ANSWER - нет ответа CONNECT - есть контакт! |
| AT+CMGR=3,0 |
