GSM/GPRS/GPS-Shield für die Arduino

GSM/GPRS/GPS-Shield für die Arduino
antrax Datentechnik GmbH
[email protected] - www.antrax.de
GSM/GPRS/GPS-Shield für Arduino (Rev. 8)
Arduino-Board Duemilanove (Atmega328)
Arduino-Board UNO (Atmega328)
Arduino-Board Mega2560 (Atmega2560)
"Arduino-Clones"
Bedienungsanleitung
26.05.2014
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Inhaltsverzeichnis
Allgemeines........................................................................................................4
Lieferumfang......................................................................................................5
•Hardware......................................................................................................5
•Software.......................................................................................................5
Systemvoraussetzungen....................................................................................5
•Allgemein.....................................................................................................5
•Programmierung............................................................................................5
Technische Merkmale.........................................................................................6
•Allgemein.....................................................................................................6
•GSM............................................................................................................6
•GPS.............................................................................................................6
•Spannungsmodi.............................................................................................7
•Powermodi....................................................................................................7
•Stackablility (gleichzeitige Verwendung mehrerer Shields)...................................8
Board-Übersicht.................................................................................................9
•GSM/GPRS/GPS-Shield .................................................................................9
•Arduino-Board Duemilanove (Atmega328).......................................................10
•Arduino-Board UNO (Atmega328)...................................................................11
•Arduino-Board Mega2560 (Atmega2560).........................................................12
Installation.......................................................................................................13
•Hardware....................................................................................................13
•Software.....................................................................................................13
•Bedienung...................................................................................................13
Inbetriebnahme...............................................................................................14
•Bibliothek...................................................................................................14
•Programmieren des Arduino-Boards................................................................15
Beispielprogramme..........................................................................................17
LED's................................................................................................................19
•Google Maps/Earth.......................................................................................20
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Links.................................................................................................................21
Schaltpläne / Layouts......................................................................................22
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Allgemeines
Arduino ist eine Open-Source Physical-Computing-Plattform, die auf flexibler und leicht zu nutzender
Hard- und Software basiert und zur Entwicklung von Prototypen dient. Das Arduino-Board besteht aus
einem Mikrocontroller mit mehreren digitalen und analogen Ein- und Ausgängen und Schnittstellen. Die
dazugehörige, auf einem PC laufende Entwicklungsumgebung wurde unter Java entwickelt und basiert auf
Processing und anderer Open-Source-Software. Mit ihr können entwickelte Programme direkt auf das
Arduino-Board hochgeladen werden.
Arduino hat eine riesige Fangemeinde und natürlich eine eigene Homepage mit vielen
Beispielapplikationen und umfangreichem Forum → http://www.arduino.cc/
Um die Funktionalität des Arduino-Boards zu erweitern und um andere Geräte zu steuern, können sog.
Shields (Erweiterungsbaugruppen) auf das Arduino-Board gesteckt werden. Mit dem GSM/GPRS/GPSShield ist es möglich, GSM (Mobilfunk) und GPS (Navigation) zu verwenden. Damit kann beispielsweise
die aktuelle Position via GPS ermittelt und mit einer SMS versendet werden. Es können Alarme versendet
werden oder Fahrtrouten getrackt. Das Arduino-Board in Kombination mit dem GSM/GPRS/GPS-Shield
ist individuell einsetzbar und kann den eigenen Bedürfnissen angepasst werden. Das Arduino-Board
kommuniziert mit dem GSM/GPRS/GPS-Shield über eine serielle Schnittstelle und SPI.
Bitte lesen Sie diese Beschreibung vor der ersten Inbetriebnahme komplett und sorgfältig. Sie beschreibt
den bestimmungsgemäßen Gebrauch und enthält wichtige Hinweise zur Installation/Inbetriebnahme des
GSM/GPRS/GPS-Shields mit dem Arduino-Board. Für die Folgen des nicht bestimmungsgemäßen
Gebrauchs übernimmt der Hersteller keine Haftung. Sämtliche Garantieansprüche entfallen.
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Lieferumfang
Hardware
Alles komplett? Die Einzellieferung eines GSM/GPRS/GPS-Shields beinhaltet:
●
das GSM/GPRS/GPS-Shield
●
diese Bedienungsanleitung
●
das Arduino-Board (optional)
●
eine Mobilfunkantenne (optional)
●
ein Steckernetzteil (optional)
Software
Software-Pack (als Download) mit folgendem Inhalt:
●
Eine Bibliothek zur Verwendung des GSM/GPRS/GPS-Shields
●
Beispielprogramme für die Nutzung des GSM- und GPS-Moduls
●
Arduino-Board / GSM/GPRS/GPS-Shield Design und Schaltplan
HINWEIS: Die URL zu der Arduino-Entwicklungsumgebung (inkl. Treiber) ist unter Links verfügbar.
Systemvoraussetzungen
Allgemein
●
Arduino-Board ''Duemilanove'' (Atmega328) / Arduino-Board ''UNO'' (Atmega328) / Arduino-Board
''Mega2560'' (Atmega2560)
●
SIM-Karte (Prepaid oder Vertrag)
Programmierung
●
Arduino-Entwicklungsumgebung
●
USB-Schnittstelle
●
Windows / Mac OS X / Linux: 32 oder 64 bit
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Technische Merkmale
Allgemein
●
Betriebsspannung: 5VDC ... 9VDC
●
14 (Duemilanove/Uno) bzw. 54 (Mega2560) digitale Ein-und Ausgänge
●
6 (Duemilanove/Uno) bzw. 16 (Mega2560) analoge Eingänge
GSM
●
integriertes GSM-Modul: Telit GE865-QUAD
●
interne Versorgungsspannung: 4V
●
verwendbar mit Prepaid- oder Vertrags-SIM-Karten aller Provider, kein SIM-Lock
●
Ansteuerung über die serielle Schnittstelle (TTL-Pegel)
GPS
●
GPS-Modul mit integrierter Antenne: Fastrax UP501
●
interne Versorgungsspannung: 3,3V
●
Ansteuerung über SPI
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Spannungsmodi
Das GSM/GPRS/GPS-Shield kann im Modus 3,3V oder 5V betrieben werden. Dabei werden alle
Pegel auf dem Shield der eingestellten Spannung angepasst. Damit ist das GSM/GPRS/GPSShield kompatibel zu allen Arduino-Boards (5V) und zu "Arduino-Clones" mit einer
Versorgungsspannung von 3,3V, wie z. B. Netduino, chipKIT, Amicus, Vinculo usw. usw.
Der gewünschte Spannungsmodus kann über die Lötbrücke SP_VMAIN-0R (siehe Abb. unten) auf
dem GSM/GPRS/GPS-Shield eingestellt werden. Im Auslieferzustand ist die Spannung 5V
eingestellt. Soll diese geändert werden, so muss die vorhandene "5V"-Leiterbahnbrücke an
SP_VMAIN-0R aufgetrennt und durch einen Lötklecks zum "3,3V"-Kontakt ersetzt werden.
Powermodi
Das GSM/GPRS/GPS-Shield besitzt zwei Powermodi:
○
Powermodus 1: Über den Pin "SHIELD_PWR_ON" (Stecker J1/Pin 8) kann das Mobilfunkmodul
ein- und ausgeschaltet werden. Das GPS-Modul ist dauerhaft eingeschaltet
○
Powermodus 2: Über den Pin "SHIELD_PWR_ON" (Stecker J1/Pin 8) kann das gesamte Shield
(Mobilfunk, GPS) ein- und ausgeschaltet werden
Der gewünschte Powermodus kann über die Lötbrücke SP_3,3V-0R (siehe Abb. unten) eingestellt
werden. Im Auslieferzustand ist der Powermodus 1 eingestellt. Soll dieser geändert werden, so
muss die vorhandene Leiterbahnbrücke an SP_3,3V-0R aufgetrennt und durch einen Lötklecks
zum "switchable"-Kontakt ersetzt werden.
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Stackablility (gleichzeitige Verwendung mehrerer Shields)
Das GSM/GPRS/GPS-Shield kann gleichzeitig mit anderen antrax-Shields verwendet werden.
Alle antrax-Shields können im gesteckten Zustand über eine jeweils eigenen Select-Leitung anund abgeschaltet werden. Dadurch ist es möglich, dass sich mehrere Shields die wenigen
Schnittstellen eines arduino-Mainboards teilen können, ohne sich gegenseitig zu blockieren.
antrax-Shields mit Stackability-Technik:
•
GSM/GPRS/GPS-Shield
•
Iridium-Shield
•
OBD2-Shield
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Board-Übersicht
GSM/GPRS/GPS-Shield
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Arduino-Board Duemilanove (Atmega328)
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Arduino-Board UNO (Atmega328)
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Arduino-Board Mega2560 (Atmega2560)
Um die volle Funktionalität des GSM/GPRS/GPS-Shields mit dem Arduino Mega2560 nutzen zu können
sind einige kleinere Modifikationen erforderlich. Die Anleitung für den Umbau finden Sie hier --->
Arduino Mega2560 Umbauanleitung
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Installation
Hardware
●
SIM-Karte in die vorgesehene Halterung auf dem GSM/GPRS/GPS-Shield einschieben
●
Mobilfunkantenne anschließen
●
GSM/GPRS/GPS-Shield auf das Arduino-Board stecken. Da die GPS-Patchantenne 'zum Himmel
schauen möchte', muss das GSM/GPRS/GPS-Shield immer als oberstes Shield gesteckt werden
Netzteil an das Arduino-Board anschließen oder Arduino-Board via USB-Kabel mit einem PC
●
verbinden
ACHTUNG:
ACHTUNG: Das
Das Mobilfunk-Modul
Mobilfunk-Modul Telit
Telit GE865
GE865 besitzt
besitzt eine
eine dynamische
dynamische
Sendeleistungs-Regelung.
Sendeleistungs-Regelung. Bei
Bei schlechten
schlechten Empfangsverhältnissen
Empfangsverhältnissen wird
wird die
die
Sendeleistung
Sendeleistung entsprechend
entsprechend erhöht.
erhöht. In
In diesem
diesem Fall
Fall wird
wird ein
ein relativ
relativ hoher
hoher Strom
Strom
von
von der
der Spannungsversorgung
Spannungsversorgung angefordert.
angefordert. Bitte
Bitte verwenden
verwenden Sie
Sie unbedingt
unbedingt ein
ein
ausreichend
ausreichend dimensioniertes
dimensioniertes externes
externes Netzteil.
Netzteil. Die
Die ausschließliche
ausschließliche Verwendung
Verwendung der
der
USB-Stromversorgung
USB-Stromversorgung führt
führt zu
zu Spannungseinbrüchen
Spannungseinbrüchen beim
beim Senden
Senden und
und zum
zum
"Resetten"
"Resetten" des
des Mobilfunkmoduls.
Mobilfunkmoduls.
ACHTUNG: Vor dem Einlegen/Entfernen der SIM-Karte muss das GSM/GPRS/GPS-Shield stromlos
gemacht werden (d.h. die Versorgungsspannung unterbrechen). Andernfalls könnte der Inhalt der
gesamten SIM-Karte zerstört werden, was einen kostenpflichtigen Austausch durch den Provider nach sich
zieht.
Software
Treiber zu dem Arduino-Board aus dem Verzeichnis der Arduino-Entwicklungsumgebung installieren (falls
nötig).
Bedienung
Über die beiden zur Verfügung stehenden Taster S1 und S2 können verschiedene Eingaben realisiert
werden.
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Inbetriebnahme
Bibliothek
Um das Arbeiten mit dem GSM/GPRS/GPS-Shield so einfach wie möglich zu gestalten, wurde eine
Bibliothek zu diesem Shield entwickelt.
Die URL zum Download ist unter Links zu finden.
Die heruntergeladene Zip-Datei wird nach dem herunterladen entpackt und der Inhalt anschließend in den
libraries Ordner kopiert, der sich im Verzeichnis der Aurduino-Entwicklungsumgebung befindet (z.B.
''C:\Programme\arduino-0022\libraries'').
Die Bibliothek kann mit 3 Klicks dem aktuell
geöffneten Programm hinzugefügt werden. Natürlich
kann diese Bibliothek für die eigenen Bedürfnisse
geändert oder erweitert werden.
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Programmieren des Arduino-Boards
Das GSM/GPRS/GPS-Shield wird immer von der auf dem Arduino-Board laufenden Software
angesprochen bzw. gesteuert. Das Übertragen einer Software auf das Arduino-Board ist mit der ArduinoEntwicklungsumgebung ganz einfach. Im folgenden werden kurz die dafür benötigten Schritte
beschrieben:
●
das mit dem GSM/GPRS/GPS-Shield bestückte Arduino-Board über die USB-Schnittstelle mit
dem PC verbinden
●
die Treiber sollten bereits installiert worden sein
●
Öffnen der ArduinoEntwicklungsumgebung
●
○
Unter File → Examples
○
GSM_GPS_Shield
○
Beispielprogramme
da das Arduino-Board (trotz
USB-Anschluss) im PC als
serielles Gerät angezeigt
wird, muss unter
○
Tools → Serial Port
die verwendete Schnittstelle
gewählt werden
●
Änderung in der BeispielSoftware erforderlich:
○
SIM-Pin (falls vorhanden)
○
Ziel-Telefonnummer
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●
über den Upload-Button (in diesem Bild weiß hinterlegt)
kann das geänderte Programm direkt auf das ArduinoBoard hochgeladen werden
●
nach dem im unteren Teil des Fensters die Meldung
„Done.“ erscheint, ist die Übertragung erfolgreich
abgeschlossen worden
●
das Programm wird automatisch gestartet
Hinweis: Die USB-Verbindung kann nun getrennt und ein Netzteil dafür angeschlossen werden.
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Beispielprogramme
Folgende Beispielprogramme stehen als Download zur Verfügung:
gsm_gprs_gps_dialvoicecall
•
in das GSM-Netz einbuchen
•
Sprachanruf aufbauen
•
einige DTMF-Töne rauspiepsen, sobald die
Gegenstelle abgenommen hat
gsm_gprs_gps_recvvoicecall
gsm_gprs_gps_sendSMS
gsm_gprs_gps_recvSMS
gsm_gprs_gps_sendmail
•
in das GSM-Netz einbuchen
•
auf einen eingehenden Sprachanruf warten
•
Sprachanruf annehmen
•
mit einem DTMF-Ton antworten
•
Sprachanruf beenden
•
in das GSM-Netz einbuchen
•
SMS an eine Rufnummer versenden
•
in das GSM-Netz einbuchen
•
Anzahl der vorhandenen SMS ermitteln
•
neueste SMS auslesen
•
alle SMS löschen
•
in das GSM / GPRS-Netz einbuchen
•
Informationen zum SMTP-Server einstellen/angeben
•
alle erforderlichen E-Mail-Informatione
einstellen/angeben
gsm_gprs_gps_ping
gsm_gprs_gps_httpget
•
E-Mail versenden
•
in das GSM / GPRS-Netz einbuchen
•
ein PING zu einem Server / einer IP-Adresse senden
•
in das GSM / GPRS-Netz einbuchen
•
Ortskoordinaten aus dem GPS-Modul auslesen
•
Ortskoordinaten per HTTP-GET zu einem
angegebenen Server senden
(wir empfehlen, für Tests den antrax-Testserver zu
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verwenden) (s.u.)
gsm_gprs_gps_ftp
•
in das GSM / GPRS-Netz einbuchen
•
per FTP eine Testdatei von einem angegebenen
Server laden (wir empfehlen, für Tests den antraxTestserver zu verwenden - s.u.)
gsm_gprs_gps_status
•
alle aktuellen Stati ausgeben
•
GSM eingebucht?
•
GPRS eingebucht?
•
aktuelle Empfangsfeldstärke
•
Nummer der verwendeten Basisstation
•
verwendetes Netz
•
Anzahl der gespeicherten SMS
Weitere Beispielprogramme befinden sich auf unserer Internetseite.
Zum Testen von Internetverbindungen kann unser Test-Server verwendet werden. Meldungen, die dem
Server per HTTP-GET auf die URLhttp://www.antrax.de/WebServices/responder.php gesendet werden,
erscheinen im "Erfolgsfall" auf der Internetseite http://www.antrax.de/WebServices/responderlist.html
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LED's
LED1
Diese LED kann für die eigenen Programme verwendet werden.
LED2
Dauerhaft AUS
Mobilfunkmodul ausgeschaltet
Schnelles Blinken
Netzsuche
(Periode 1s, Dauer: 0,5s)
Langsames Blinken
Mobilfunkmodul eingebucht
(Periode 3s, Dauer: 0,3s)
Dauerhaft EIN
Voicecall aktiv
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Google Maps/Earth
Die Angaben für Longitude (Längengrad) und Latitude (Breitengrad) können ohne Umrechnung direkt in
''Google Earth'' oder ''Google Maps'' eingegeben werden.
Beispiel für die Eingabe der Koordinaten ''52 06.4379N, 008 39.8609E'' (= 52°... nördliche Breite und
8°... östliche Länge) in ''Google Earth'':
WICHTIG: Bei der Eingabe in ''Google Earth'' bzw. ''Google Maps'' muss zwischen den Gradzahlen (in
diesem Fall 52 und 8) jeweils ein Leerzeichen stehen. Außerdem müssen Längengrad und Breitengrad
durch ein Komma getrennt werden.
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Links
Weitere
Weitere Informationen
Informationen finden
finden Sie
Sie
auf
auf unserer
unserer Internetseite
Internetseite →
→ http://www.antrax.de
http://www.antrax.de
Beispiel-Programme
Beispiel-Programme →
→ Beispiele
Beispiele auf
auf der
der antrax-Website
antrax-Website
Arduino-Entwicklungsumgebung
Arduino-Entwicklungsumgebung →
→ http://arduino.cc/en/Main/Software
http://arduino.cc/en/Main/Software
Mobilfunkmodul
Mobilfunkmodul Telit
Telit GE865
GE865 →
→ http://www.telit.com/
http://www.telit.com/
Atmega328
Atmega328 →
→ http://www.atmel.com/dyn/products/product_card.asp?PN=ATmega328P
http://www.atmel.com/dyn/products/product_card.asp?PN=ATmega328P
GPS
GPS Modul
Modul Fastrax
Fastrax UP501
UP501 →
→ http://www.fastraxgps.com
http://www.fastraxgps.com
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Schaltpläne / Layouts
Die Schaltpläne und Leiterplattenlayouts der Baugruppen finden Sie auf unserer Website unter der
folgenden URL:
Schaltpläne und Layout
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