Řízení technologie pomocí SMS Karel Nový

2 Obsah prezentace  Seznámení účastníků s různými verzemi zadání  Návod k obsluze a ovládání zařízení  Ukázka funkce zařízení  Hardware  Software  Prameny

3 Původní verze zadání  Pomocí SMS sepnout spínací kontakt  Pomocí SMS rozepnout již sepnutý kontakt  V aplikaci bude použit mobilní telefon Ericsson R520m  Propojení řídící jednotky a telefonu bude realizováno originálním datovým kabelem Ericsson  V řídící jednotce bude použit procesor Texas Instruments MSP 430

4 Finální verze řešení  Základní funkce jednotky  Po přijetí SMS s povelem „Zapni“ sepne relé a pošle zpětné potvrzení o provedené akci  Po přijetí SMS s povelem „Vypni“ rozepne relé a následně pošle zpětné potvrzení o provedené akci  Po přijetí SMS s povelem „Stav“ zjistí v jakém stavu je relé a následně odpoví, zda je sepnuto či rozepnuto  Pokud je na zařízení zasláno cokoliv jiného, tak je na tuto SMS odpovězeno návodem k ovládání zařízení

5 Finální verze řešení  Doplňkové funkce zařízení  Zabezpečení je zajištěno takzvanými „oprávněnými uživateli“, což jsou lidé, jejichž telefonní čísla jsou uložena na SIM kartě na pozicích 1 – 8  Za číslo oprávněného uživatele se považuje takové číslo, které je v mezinárodním formátu užívaném například v Česku  S těmito lidmi zařízení komunikuje, pokusy o komunikaci od ostatních uživatelů ignoruje, avšak pro kontrolu jejich zprávy zobrazuje na displeji  Automatické dobíjení telefonu zajišťuje bezproblémový chod aplikace

6 Finální verze řešení  Reset systému  Dilema – má reset úplně resetovat systém nebo ne … ?  Vzhledem k tomu, že seznam povolených uživatelů je uložen v procesoru, tak se dá očekávat, že se „reset“ bude používat především pro nové načtení uživatelů ze SIM karty  Z tohoto důvodu „reset“ nenuluje stav bitu, který ovládá sepnutí kotle

7 Finální verze řešení  Současná verze komunikuje s telefonem Ericsson R520m, výhledově se připravuje verze spolupracující s telefonem Ericsson A2618 a A1018  Jako jádro systému byl zvolen procesor Atmel 89C4051, protože disponuji kompletním vývojovým zázemím pro procesory této řady a dále mám s těmito procesory více než 8 leté zkušenosti

8 Finální verze řešení  Aplikace musí být odolná proti rušení. Ani tento motor jí neohrozí

9 Finální verze řešení  Design

10 Obsluha a ovládání

11 Obsluha a ovládání  1. Konektor pro připojení kotle. Kontakt je dimenzován zhruba na 50V a 1A. Limitujícím faktorem je zde použitý konektor a relé.  2. Indikátor sepnutého kotle. Pokud je kotel ( relé ) sepnuto, tak svítí i tato dioda.  3. Kontrolka zobrazující komunikaci s telefonem. Jestliže se po kabelu komunikuje s telefonem, tak tato dioda bliká v rytmu přenášených dat.  4. Napájení. Pokud tato dioda svítí, tak napájecí zdroj je připojen.  5. Napájecí konektor, napětí 12 V, proud alespoň 0,7 A, aby bylo zajištěno bezproblémové nabíjení. Přístroj je jištěn proti přepólování a přivedení střídavého napětí.

12 Obsluha a ovládání  6. Konektor pro připojení mobilního telefonu. Pozor, tento kabel zajišťuje současně i dobíjení telefonu. Vzhledem k tomu, že se zde komunikuje s napěťovými úrovněmi TTL, tak v žádném případě nepřipojujte pomocí tohoto kabelu telefon k počítači na sériovou linku  Toto řešení bylo zvoleno ze tří důvodů  Originální kabel stojí cca 1000 Kč, moje řešení vyšlo na 140 Kč  Nutnost vyřešit napájení a dobíjení telefonu by vedla k zásahu do kabelu.  Převed TTL úrovně na RS 232 a nazpět, na TTL úrověň je velice neefektivní postup

13 Obsluha a ovládání  7. Reset mikroprocesoru. Pokud budete například zadávat nového uživatele do SIM telefonu na patřičnou pozici, tak tímto způsobem donutíte procesor k opětovnému načtení nového seznamu uživatelů  Pokud je stisknuto tlačítko, tak svítí kontrolní oranžová dioda nad tlačítkem.  Tento reset nemění stav relé, které ovládá kotel  Při stisku tohoto tlačítka se zmrazí dění na displeji  Po uvolnění aplikace nabíhá znova

14 Obsluha a ovládání  8. Displej se informacemi o tom, co se děje.  V horní části displeje se periodicky zobrazuje číslo, ze kterého přišla poslední SMS a datum s časem, kdy přišla  Ve spodní části displeje je zobrazeno prvních 16 znaků příchozí SMS  9. Bypass – paralelně ke spínacímu relé je připojen tento spínač, který umožňuje testování, popřípadě je možné tímto spínačem vyřadit celý přístroj z možnosti ovlivňovat spínání

15 Praktická ukázka provozu  Následující ukázka má za cíl ve zkratce zobrazit, jak daná aplikace funguje a jak se chová vůči uživateli  Vzhledem k rozsahu aplikace jsem vybral pouze některé stěžejní body, ze kterých je na první pohled jasné, jak celé zařízení funguje  Fotografie byly pořízeny při testovacím provozu na nepájivém kontaktním poli

16 Praktická ukázka provozu  Úvodní hláška programu, zobrazuje název aplikace a jméno autora

17 Praktická ukázka provozu  Číslo verze a datum jejího vzniku

18 Praktická ukázka provozu  Program testuje periferie

19 Praktická ukázka provozu  Bylo zjištěno, že mobilní telefon není připojen, následně je na displeji zobrazena výzva, aby tak bylo učiněno

20 Praktická ukázka provozu  A nyní se zobrazuje seznam oprávněných uživatelů

21 Praktická ukázka provozu  Šipky, které simulují otáčení hlavou znamenají, že program se rozhlíží po příchozí SMS

22 Praktická ukázka provozu  Nyní se v horní řádce zobrazuje datum a čas, který je obsažen v příchozí SMS

23 Praktická ukázka provozu  A na mobilní telefon autora příkazu přišla potvrzující zpráva

24 Praktická ukázka provozu  Datum a čas, kdy dotaz přišel

25 Praktická ukázka provozu  Odpovědí je informace o tom, že kotel je zapnut

26 Praktická ukázka provozu  Nesmyslný příkaz

27 Praktická ukázka provozu  Návod k ovládání ….

28 Praktická ukázka provozu  Aplikace je stavěná tak, že je možno paralelně telefonovat a ovládat kotel pomocí SMS

29 Praktická ukázka provozu  Příchozí hovor na telefon na který byla zapojena aplikace

30 Praktická ukázka provozu  Zde je vidět, že ani uskutečněný hovor se nepodepsal na stabilitě programu

31 Napájení  Jako stabilizátor napájecího napětí jsem zvolil integrovaný obvod 7805 s patřičně dimenzovaným chladičem, aby byla zajištěná bezpečná funkce zařízení i při dobíjení zcela vybitého telefonu  Parametry IO  Výstupní proud 1A  Výstupní napětí 5V v toleranci vhodné pro TTL logiku

32 Zobrazovací jednotka  Byl použit LCD displej MC 1602E – TGR  Obsahuje standardní řadič HD od firmy Hitachi  Zobrazuje 16 x 2 znaky  Datová sběrnice může být 8 nebo 4 bitová  Napájení a komunikace po sběrnicích je kompatibilní s TTL napěťovými úrovněmi  Tento displej je vyroben technologií TN, lepší čitelnost zobrazených dat se dá dosáhnout s displeji na bázi STN, ty však nejsou momentálně dostupné

33 Zobrazovací jednotka  Význam jednotlivých vývodů z displeje  1. GND, společná zem  V, napájecí napětí  3. Kontrast displeje, napětí mezi 0 až 5 volty  4. R/S - Registr Select, určuje, zda na datové sběrnici jsou data pro zobrazení na displeji nebo řídící instrukce  5. R/W - Read/Write, zápis nebo čtení z displeje  6. E – Enable, povolení přenosu dat mezi displejem a okolím  7. – 14. – Datová sběrnice, komunikace s displejem může probíhat buď 8 bitově nebo 4 bitově. Výhoda 4 bitového připojení je úspora vodičů popřípadě portů procesoru.

34 Zobrazovací jednotka  Displej

35 Srdce řídící jednotky  Mikrokontrolér Atmel 89C4051  Harwardská architektura  8 bitová instrukční sada  Oddělená paměť programu a paměť pro data  4 kB FLASH ROM  128 B RAM  Taktovací kmitočet až 24 MHz, já používám 11,0592 MHz  Snadné programování  Integrované sériové rozhraní  Dobrá dostupnost, přijatelná cena

36 Srdce řídící jednotky  Programátor procesorů Atmel, připojuje se na sériové rozhraní

37 Ericsson R520m  Li-Pol baterie  HSCSD a GPRS  Bluetooth  HW modem  Výborně zpracovaný manuál pro vývojáře aplikací na webu Ericssonu

38 Konektor Ericssonu R520m  pin1: Audio vstup  pin2: Audio výstup  pin3: CTS  pin4: Vstup dat  pin5: Výstup dat  pin6: Příslušenství  pin7: Příslušenství  pin8: Audio GND  pin9: Servis  pin10: Digitální GND  pin11: Napájení telefonu i přísl. !

39 Ericsson R520m  Parametry komunikace  rychlost přenosu: 9600 bit/sec  počet bitů (DATA): 8  počet STOP bitů:1  parita: N

40 Software  Vzhledem k tomu, že procesor disponuje pouze 4 kB FLASH ROM a pouho pouhými 128 B RAM, tak jsem se rozhodl tuto aplikaci naprogramovat v jazyce symbolických adres ( nesprávně asembler )  Protože zdrojové texty mají přes 2000 řádek, tak jsem se rozhodl publikovat jen ty nejzajímavější pasáže

41 Software  Úspora místa v procesoru  Mobilní telefon posílá číselné hodnoty hexadecimální soustavy jako znaky …. Neefektivní  Pokud provedu převod na hexadecimální soustavu, tak ušetřím polovinu místa v paměti

42 Komprimace dat  Princip spočívá v tom, že od hex. hodnoty znaků „1“ až „9“ odečteme určitou hodnotu, čímž získáme jejich vyjádření v hex. Soustavě  Od znaků „A“ až „F“ musíme odečítat jinou hodnotu …  Následně se provádí rotace a podobně …

43 Komunikace s telefonem  S telefonem se komunikuje pomocí AT příkazů, což znamená, že se telefonu pošle po sériové lince určitá sekvence znaků, která se nazývá AT příkaz  Například na sekvenci znaků AT telefon odpoví OK, což znamená, že je v pořádku

44 SMS Submit  Odesílání SMS

45 SMS deliver  Pokud mobilní telefon vhodně naprogramujeme, tak příchozí SMS se automaticky objeví na jeho sériovém výstupu  AT+CNMI=3,3,0,0  A následně ji můžeme zpracovávat

46

47 Dekódování PDU  Klasická SMS používá přenos 7 bitů, takže 8 bit se automaticky považuje za nulový  Výhodou je možnost odeslat 160 znaků místo 140  Nevýhodou je nemožnost používat znaky v horní polovině ASCI tabulky  SMS s diakritikou používá kódování jednoho znaku do 2 oktetů  Délka takovéto SMS je pouze 70 znaků  Mobilní telefony Sagem tyto SMS neumí dekódovat …

48

49 Schéma zapojení

50 Hlavní plošný spoj

51 Zlepšení do budoucna  Prvním zlepšením bude zavedení možnosti použití tohoto zařízení i v jiné GSM síti, než je Oskar  V první fázi bylo vše vázáno pevně na síť Oskar protože Oskar hradil veškeré náklady spojené GPRS přenosy a s testováním SMS  Dále plánuji přechod na procesor MSP 430 od firmy Texas Instruments, který má velmi nízkou spotřebu elektrického proudu

52 Prameny  výborný vyhledávač, pomocí kterého si lze najít téměř všechny potřebné informace  – zde jsou po registraci dostupné všechny normy, které se týkají GSM sítí  – dokumentace k mobilním telefonům Ericsson  – server zabývající se problematikou hardware  – aplikace, která umí z PC odesílat SMS, pomocí ní jsem si ujasnil, jak nastavit některé parametry pro CZ GSM  – stránky výrobce procesoru AT 89C  A mnoho dalších ….