Tarjeta de Evaluación para Universal Socket

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Tarjeta de Evaluación
para Universal Socket1
Nota de Aplicación 004
Documentos asociados: No
Dispositivo:
Universal Socket1
Telefonía, Ethernet,
Bluetooth,
WiFi, GSM/GPRS
Resumen
La siguiente nota de aplicación describe el concepto de Universal Socket1 así como el hardware necesario para
desarrollar aplicaciones que incluyan comunicación por modem telefónico, ethernet, bluetooth, wifi, GSM/GPRS y
EDGE. Además se muestra la facilidad con la que se puede comunicar un microcontrolador con puerto de
comunicación RS232 a un protocolo más complejo como los mencionados anteriormente a través de los Módulos
Embebidos de Multietch2.
1. Introducción
Las innovaciones tecnológicas avanzan muy
rápidamente, al grado de que la implementación de
hardware y software, para protocolos de
comunicación cada vez más complejos, requiere de
mayores tiempos y costos de desarrollo. La respuesta
ante la demanda de soluciones de conectividad debe
ser tal que ahorre tiempo, asegure calidad y mantenga
a la vanguardia.
La plataforma Socket Universal1 ofrece todo lo
anterior, tiene como característica principal una
estructura de hardware común e independiente del
protocolo de comunicación a ser empleado, esto
permite migrar entre protocolos de comunicación con
un mínimo de esfuerzo en rediseño y además permite
que el diseño pueda ser actualizado a futuras
tecnologías de comunicación.
En cuanto a software, la implementación del
protocolo está a cargo del socket por lo que sólo se
necesita configurarlo y comandarlo para obtener la
conectividad, de esta forma el desarrollador se
preocupa más por la aplicación que por la
implementación del protocolo.
Esta nota de aplicación abarca las conexiones
iniciales de hardware, empleando una tarjeta de
evaluación, para hacer una comunicación y
configuración rápida de Universal Socket1.
2.
Conectividad
Embebidos.
vía
Dispositivos
Los sistemas embebidos se han hecho muy
comunes, el término alude a un circuito que consiste
de electrónica programable (hardware y software)
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especialmente diseñada para soluciones específicas; y
que generalmente estará instalado en un sistema
mayor. Como ejemplo representativo una tarjeta de
audio en una tarjeta madre de PC.
Fig. 1. Ejemplo de Sistema Embebido (soundcard).
En el caso de los módulos Universal Socket1 de
Multitech2 entran dentro de esta categoría, la función
principal es como puente entre dos protocolos, uno es
el RS-232 y el otro puede ser PSTN, Ethernet, WIFI,
Bluetooth, GSM/GPRS, con lo cual su principal
aplicación es comunicar microcontroladores, FPGA’s
o cualquier otro dispositivo con comunicación serial
RS-232 a los protocolos anteriormente mencionados.
2.1. Plataforma de hardware universal
(intercambiables).
Esta característica define la ubicación de las
terminales (foot-print) de alimentación, Reset y de
comunicación RS232 siempre en la misma posición y
dependiendo del tipo de socket tendrá o no los pines
Universal Socket y Multitech son marcas registradas por Multitech Systems Inc.
[email protected] (JZB81)
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empleados para el protocolo de comunicación al cual
hará el puente. Por ejemplo en el socket GSM/GPRS
los pines empleados son: Alimentación, RST,
comunicación serial, y como dicho protocolo es
inalámbrico, sólo necesita de una antena para lograr
la comunicación. No es el mismo caso para el Socket
Modem de red telefónica conmutada, el cual tiene los
mismos pines mencionados anteriormente, pero
además tiene los pines tip y ring para conectarlos a
un conector hembra RJ11, en la figura 2 se muestra
la estructura de hardware, en color azul los pines
físicos del Módulo y en negro los que no emplea.
2.3. Modo Datos y Modo Comando.
Modo Comando se refiere a la comunicación de
datos en la que es necesario una serie de mnemónicos
para transmitir y recibir información.
Modo Datos o Transparente se refiere a una
comunicación en la cual los datos son enviados o
recibidos sin necesidad de manipular la
comunicación, los datos son encapsulados en el
protocolo empleado y el receptor los recibe en la
forma en que se enviaron.
Fig. 2. Plataforma de hardware universal.
2.2 Protocolo de interfaz RS-232.
Para el puerto serial RS-232 que incluyen estos
módulos hay dos versiones en cuanto a niveles de
comunicación, RS232-TTL y RS232-LVTTL. En el
caso de comunicación con un microcontrolador la
interfaz es directa, pero hay que tener en cuenta que
dicho microcontrolador deberá manejar niveles 3.3V
en el caso de emplear módulos con RS232-LVTTL.
En caso de que la comunicación sea con una PC se
necesita de un transmisor/receptor (transceiver)
convertidor de niveles de señal, MAX232N para 5 V
o MAX3233 para 3.3V.
Esto permite desarrollar un protocolo propio
(seguridad) para enviar y recibir datos empleando
como puente al Módulo Socket Universal.
2.4. Configuración por comandos.
Dependiendo del tipo de conexión que se requiere
en ocasiones es necesario dar algunos parámetros del
módulo, en este caso se deben emplear una serie de
comandos, los cuales se encuentran en las Guías de
Referencia de Comandos para cada Módulo.
Fig. 3. Interfaz RS232 y TTL.
Fig. 3. Interfaz RS232, TTL.
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La mayoría de los sockets son compatibles con
comandos AT, para hacer una prueba de
comunicación con el Módulo bastará con conectar el
hardware a la PC y emplear un programa que nos
permita una comunicación serial, en este caso uno de
los más recomendados es Hyperterminal, y
configurarlo de acuerdo a los siguientes parámetros
de fábrica para cada Módulo, cabe resaltar que esto
también nos sirve para actualizar el firmware de
algún módulo:
•
9600, 8,N, 1: Bluetooth
•
115200, 8,N, 1: Ethernet, WI-FI
•
Autobaud: Modem, GSM/GPRS
Fig.6. Kit de desarrollo Universal y Socket GSM/GPRS
Es importante señalar que dicho kit solo contiene
accesorios y software, los módulos se venden por
separado.
2.6. Mobile Phone Tools
Para aplicaciones de telefonía celular se
recomienda el software Mobile Phone Tools, esta
herramienta permite emular un teléfono celular y
monitorear los comandos enviados al modem
GSM/GPRS para cada una de las funciones.
La versión 4.0 tiene una duración de 15 días y se
puede descargar de internet desde el sitio
http://www.avanquest.com
Fig. 4. Modo comando.
2.5. MTSMI-UDK
Es el kit de desarrollo Universal, como su nombre
lo indica está preparado para soportar cualquiera de
los módulos Socket Universal, las principales
características de este kit son:
•
Adaptación de niveles de voltaje 3.3V, 5V.
•
Hardware robusto.
•
Contiene antenas y cables para todos los
Sockets Universales.
Esta versión tiene las mismas funciones que la
versión 3, además de algunas otras para soporte
multimedia. La desventaja es que no se cuenta con
los archivos de registro como modem de Multitech,
lo cual limita la visualización de comandos.
Fig. 5. Modo Datos o Modo Transparente.
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Fig.7. Mobile Phone Tools
3. Tarjeta de Evaluación para Universal
Socket1.
Fig.8. Vista Superior, tarjeta de evaluación.
La tarjeta de evaluación de módulos Universal
Socket está diseñada para integrar de forma
inmediata comunicación telefónica, ethernet y
tecnología inalámbrica como WiFi, Bluetooth y
GSM/GPRS a bajo costo.
Las características de la tarjeta de evaluación son:
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•
Fuente de alimentación regulada 5V @ 1.5A
integrada en la tarjeta, para una entrada de
CD de 7V a 12V @ 1A (requiere un
eliminador de baterías no incluido).
•
Comunicación Serial, Niveles TTL y RS232 (Rx, Tx, CTS y RTS).
•
Salida para altavoz de 8Ω 1W.
•
Entrada para micrófono de tipo electret.
•
Dispositivos soportados: SocketModem
Dial UP, SocketEthernet, SocketWireless
WiFi,
SocketWireless
Bluetooth,
SocketWireless GSM/GPRS y RJModem.
•
Dispositivo no soportado: Socketmodem
ISDN (descontinuado), versiones de sockets
a 3.3V.
Fig.9. Vista Inferior, tarjeta de evaluación.
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3.1. Descripción de la tarjeta de evaluación para Universal Socket1 de Multitech2.
Fig.10. Bloques de la tarjeta de evaluación.
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3.2. Fuente de alimentación.
La alimentación deberá de aplicarse a través del
conector J1 o J2, empleando una fuente de
alimentación de corriente directa (C.D.) con un rango
de voltaje de 7V a 12V y corriente de 1A (mínimo).
Al energizar la tarjeta deberá encender el LED
indicador de “energizado” (PWR). Se recomienda no
montar o desmontar el módulo mientras esté
energizada la tarjeta ya que puede dañarse.
En el conector J1 no hay indicación serigráfica de
polaridad, por lo cual se debe de tener cuidado al
momento de conectar alimentación. Para mayores
detalles observe la siguiente figura:
Fig.12. Configuración de conector DCE, las señales
corresponden al lado de la PC
3.3.2. Conexión DTE a DCE.
Para una conexión de PC (Data Terminal
Equipment – DTE) a la tarjeta de evaluación de
Socket Univesal se debe emplear un cable tipo
paralelo o uno a uno. Las líneas de datos habilitadas
para el flujo y control de datos son: RX, TX, RTS y
CTS. La máxima velocidad de comunicación es de
115200 bps.
Fig.11. Fuente de alimentación.
3.3. Conectores de comunicación.
La tarjeta cuenta con tres conectores de
Entrada/Salida de datos, los cuales son:
comunicación
serial
RS-232,
comunicación
telefónica y comunicación ethernet.
3.3.1. Comunicación serial RS-232.
La comunicación serial es de tipo DCE (conector
DB9 hembra- Data Comunication Equipment), por lo
cual dependiendo del tipo de conexión se debe
seleccionar adecuadamente el cable de conexión.
Para hacer pruebas iniciales se recomienda hacer un
LOOPBACK, en este caso, para probar la
comunicación serial colocar un puente entre Tx y Rx
y empleando Hyperterminal o XCTU (software
propietario de radios DIGITM) verificar la conexión.
Fig.13. Conexión DTE a DCE y configuración del cable
correspondiente (uno a uno).
3.3.3. Conexión DCE a DCE o DTE a
DTE.
Para una conexión de PC (DTE) a PC (DTE) o
bien un Kit de evaluación de microcontrolador
(DCE) con comunicación serial, a la tarjeta de
evaluación de socket Universal (DCE) se debe
emplear un cable tipo cruzado o bien NULL
MODEM.
Fig.14. Conexión DCE a DCE
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Fig.15. Configuración de cable Null Modem.
3.3.4. Comunicación Telefónica
La comunicación telefónica es habilitada
empleando Socket Modem, el conector hacia la línea
telefónica es un RJ14.
La numeración de pines de un RJ14 hembra (jack
6P4C) sigue la convención de izquierda a derecha
mientras se le mantiene con los contactos hacia
arriba y la apertura para el plug mirando hacia
usted. Aunque en el caso del de este PCB diseñado se
tomo en forma inversa, afortunadamente las entradas
del socket modem no son sensibles a la polaridad y
por lo tanto no afecta.
Fig.16. RJ14 en tarjeta de evaluación.
Para pruebas iniciales y de
configuración se
recomienda emplear el circuito para comunicación de
modem a modem mostrado en la figura y un modem
de PC.
Fig.18. Configuración de RJ11/14.
El cable empleado es cualquier extensión telefónica
con conectores RJ11.
Fig.19. Extensión telefónica Hook-up.
3.3.5. Comunicación Ethernet.
La comunicación IP es habilitada empleando
Socket Ethernet, el conector hacia la Red Local es del
tipo RJ45, de este conector se emplean solo los pines
1, 2, 3 y 6.
Fig.17. Circuito para conexión de modem a modem.
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El módulo Socket ethernet emplea un chip de
MICREL, el cual tiene la característica autocrossover
que permite emplear un cable uno a uno o un
cruzado indistintamente, el siguiente procedimiento
se realiza de forma convencional para evitar
confusiones.
Fig.23. Configuración de cable cruzado (crossover).
En caso de usar un switch se debe de emplear un
cable de tipo CAT5E Uno a Uno (Patch), ya que
internamente el switch cruza las líneas.
Para pruebas iniciales y de configuración se debe
emplear un cable de tipo CAT5E cruzado para
comunicación directa con la PC, ethernet emplea 2
líneas para Tx y 2 para Rx las cuales se deben cruzar
en una comunicación punto a punto (PC a PC, switch
a switch)
Fig.24. Conexión en Red Local y configuración de cable
uno a uno (Patch).
3.4 Entrada/Salida de Audio
La entrada de audio para el amplificador del
altavoz es compartida por la salida del socket
universal (SU) y el RJ modem (RJ), para habilitar
una de la dos se debe poner un jumper en JP3.
JP3 Pin
Nombre
Función
1y2
SP RJ
RJ modem a Altavoz
3y4
SP SU
Módulo SU a Altavoz
5y6
MI SU
Micrófono a SU.
Fig.22. Conexión punto a punto empleando cable tipo
crossover.
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R18 es el control de volumen y LS1 es la salida del
amplificador hacia el altavoz.
Mic1 es la entrada para un micrófono de electret, el
cual se debe de habilitar con un jumper en JP3.
Entrada de Micrófono
JP3
Fig.26. Configuración de red de la PC.
Con esto la configuración de la PC está terminada.
Salida para altavoz
R18
Fig.25. Vista de los headers de entrada de micrófono y
salida para altavoz.
A continuación se muestra un ejemplo con uno de los
sockets, en este caso se emplea el MTXCSEM, pero
en otras notas de aplicación se emplearan otros.
3.5. Ejemplo de comunicación UDP en red
de área local.
La conexión para este ejemplo es el mostrado en la
figura 22 (red punto a punto), para esto la PC debe de
contar con una tarjeta de red, en este caso se emplea
el socket MTXCSEM para hacer una conexión UDP
y de esta forma tener una comunicación de datos en
modo transparente en la red de área local.
La configuración de red para la PC es asignarle una
dirección IP fija, en Windows la ruta es:
de red
Panel de control
conexión de área local.
Conexiones
Una vez en la ventana de “Propiedades de conexión
de área local” ir a:
Protocolo Internet (TCP/IP ) Propiedades.
En la ventana “Propiedades de Protocolo Internet
(TCP/IP)” asignar una dirección IP y la máscara de
red, en este ejemplo se emplea la dirección
192.168.1.76 con máscara 255.255.255.0.
La comunicación serial se hace en la misma PC, tiene
la siguiente configuración: 115200, 8,n,1, y en este
caso se emplea Hyperterminal para abrir el puerto
COM1.
Una vez conectado el hardware se tiene que
configurar el socket por el puerto serial para hacer la
conexión por UDP.
Los siguientes comandos son para configurar al
Módulo MTXCSEM como servidor UDP y una vez
que está configurado se guarda en la memoria flash.
3.5.1. Modo Fábrica MTXCSEM
Al energizar por primera vez el Módulo MTXCSEM
saldrá el siguiente mensaje en puerto serial.
Booting...
Type “d” to enter download mode
Ready (eth0 ip address : 192.168.1.40) OK
Login: (poner admin)
Password: (poner admin)
Logged in successfully
#
Después de haber hecho esto aparece el prompt (#)
donde podemos empezar a escribir los comandos de
configuración.
3.5.2. Configuración general de socket.
Los siguientes comandos son de configuración
general, en el caso de Hyperterminal se pueden
copiar y pegar en la ventana.
#set boot-messages disable
Deshabilita los mensajes de boot.
#set login disable
Deshabilita password y el login al inicio.
#set ip eth0 dhcp-client disable
Se deshabilita el cliente DHCP, es importante
deshabilitarlo ya que si no se hace no se le
puede cambiar la dirección ip del módulo.
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#set ip eth0 ip-address 192.168.1.200 mask
255.255.255.0
Se introduce la dirección apropiada a la red
donde se va a utilizar el módulo. En este
caso para la aplicación es 192.168.1.83 y
mascara: 255.255.255.0.
#show ip eth0 configuration
Muestra la configuración del puerto ethernet.
En caso de algún problema en la conexión del
Módulo MTXCSEM se recibirá la respuesta:
Tiempo de espera agotado para esta solicitud
En caso contrario se recibirá:
Respuesta desde 192.168.1.200: bytes =32 ...
3.5.3. Módulo MTXCSEM como Servidor
UDP.
La configuración como servidor UDP permite que un
cliente (PC u otro módulo Ethernet) se conecte en un
tiempo determinado a través de un socket UDP
(dirección formada por la unión de la dirección IP y
el número de puerto), si durante cierto tiempo el
cliente no envía un dato, el Módulo MTXCSEM lo
desconecta y permanece en espera hasta que otro
cliente se conecte, al conectarse, el led DCD indica la
conexión. Es importante señalar que el proceso de
conexión en el protocolo UDP no requiere de una
instrucción específica basta con mandar datos a la
dirección IP y puerto a emplear (si servidor esta
configurado para aceptar conexiones) para iniciar la
comunicación.
Para configurar el Módulo MTXCSEM como
servidor UDP se emplean los siguientes comandos.
# set serial s0 host-interaction-mode disable
# set ip auto-dialout enable
# set serial s0 auto-dialout enable
# set serial s0 auto-dialout-port 10002
Puerto de comunicación con la aplicación en
la PC.
# set serial s0 auto-dialout-protocol udp
# set serial s0 flow-control rts-cts
(Control de flujo por hardware deshabilitado)
# set serial s0 dialout-monitor dtr
# set ip udp inactivity enable
Habilita el tiempo para desconectar el Módulo
MTXCSEM si no recibe un dato, y espera la
siguiente
conexión,
el
tiempo
minimo
recomendado es 2 segundos dependiendo de la
velocidad
del
microcontrolador
a
ser
conectado.
# set ip udp inactivity-timeout 2
# set ip udp terminate-monitor disable
# save
Una vez hecha la configuración se puede hacer la
conexión UDP. La primera prueba de conexión se
puede hacer empleando el comando ping para ver si
el Módulo MTXCSEM esta conectado.
Abrir símbolo de sistema y enviar el comando a la
direccion IP del Socket:
Una vez que obtenemos una respuesta satisfactoria se
puede emplear el software Netcat para hacer una
conexión UDP transparente, este es un programa bajo
ambiente MS-DOS para conexiones TCP/IP .
Nuevamente desde símbolo de sistema y teniendo el
ejecutable de Netcat en raíz hacemos la conexión
como cliente hacia el Módulo MTXCSEM con las
siguientes instrucciones:
C:\>nc
Cmd line:
-u 192.168.1.200 10002
Y se tiene una comunicación transparente de datos
3.5.4 Ejemplo de Control y Monitoreo
UDP.
Se desarrolló una aplicación para la PC como cliente,
en Delphi y Action Script, el funcionamiento es muy
sencillo. Como la comunicación de datos es
transparente se implementó un protocolo sencillo
para monitorear y controlar variables a través de un
microcontrolador.
Fig.27. Vista del software con comunicación UDP.
La aplicación despliega los valores recibidos, los
cuales vienen de la comunicación serial entre el
Módulo MTXCSEM y el microcontrolador, para esto
detecta una cadena del siguiente tipo:
FFFFFFPPPPTTBB
C:\>ping 192.168.1.200
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Donde:
FFFFFF: 3 bytes de reconocimiento, si el software
no detecta esto en la cadena recibida solo se imprime
el dato (o datos recibidos).
PPPP: 2 bytes contemplados para un convertidor
A/D de 12 bits (0xFFF). Este valor de 0 a 4094
manipula la posición del automóvil en un eje.
TT: 1 byte para un convertidor A/D de 8 bits
conectado a un sensor de temperatura.
BB: 1 byte para una entrada digital, obtiene el valor
1 ó 0 y lo despliega haciendo girar al gauge.
La aplicación obtiene del control PWM representado
con una araña un valor de 0 a 0xFF que envía hacia
el Módulo MTXCSEM en un paquete de la forma:
Fig.29. Comunicación Serial-UDP con XCTU.
FFFFFFxx
Donde:
FFFFFF: 3 bytes de reconocimiento,
xx: 1 byte de PWM con valo de 0x00 a 0xFF.
Este paquete es recibido por el Módulo MTXCSEM
y del lado de la comunicación serial se obtiene en
forma transparente. Inicialmente está contemplado
para manipular la intensidad lumínica de una
lámpara, a través de un microcontrolador AVR.
En cuanto al firmware del AVR se adjunta el archivo
fuente y las instrucciones para compilarlo.
Si no se quiere emplear un microcontrolador y sólo
se desea hacer una prueba de conexión, basta con
tener un software como XCTU de DIGI, el cual es
libre, para enviar cadenas hexadecimales. La
configuración debe ser 115200, 8, N, 1
Fig.28. Configuración de XCTU.
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Referencias.
Documentos.
S000342F.pdf; Hardware Guide for Developers
S000278I.pdf; Serial-to-Ethernet Device Servers,
SocketEthernet IP (MTXCSEM), MultiConnect SE
(MTS2EA, MTS2EA-R)
AG Electrónica S.A. de C.V.
División de Ingeniería
Republica del Salvador N.20 Desp. 501
Col. Centro México D.F. C.P. 06000
Tel. (55) 5130-7210
Autor:
Ing. Javier Zamudio Bautista
Paginas web
www.multitech.com
www.wikipedia.com
Desarrollo de software.
Ing. Jorge Macias Ortíz
Ing. Omar Cazarez
Software libre.
Desarrollo de Firmware.
Jorge Valencia Martinez
UAM Azcapotzalco
Netcat
http://netcat.sourceforge.net/
Primera revisión: 13/Mayo/2008 Rev. A.
Ingeniería.
Segunda revisión: 18/mayo/2008 Rev. B.
Capacitación.
XCTU
http://www.digi.com/support/productdetl.jsp?pid=33
52&osvid=57&tp=4&s=316
Software de prueba
Mobile Phone Tools
http://www.avanquest.com
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