Modul slouží jako komunikační rozhraní mezi sběrnicí XpressNet a PC. Obsahuje konektor RJ11 pro XpressNet a konektor USB-B pro propojení s PC. Modul emuluje zařízení LENZ LI100 a může proto komunikovat se softwarem, ve kterém je možno toto zařízení nastavit. Modul je osazen převodníkem USB na sériový port FT232BL a s PC komunikuje rychlostí 9600b.
Zapojení vychází ze známých stránek F. Cañady. Zásadním nedostatkem původního zapojení je, že USB není galvanicky odděleno od sběrnice XpressNet. Následné zapojení je v podstatě stejné, doplněny jsou akorát optočleny pro galvanické oddělení. Program pro mikroprocesor tak zůstává stejný a popis je proto velice stručný.
Měl jsem pochyby, zda budou běžné optočleny PC817 pro komunikační rychlost 9600Bd dostatečně rychlé. Pro starší typy modulací, jako je např. sériový přenos dat prostřednictvím RS232 platí, že 1 baud = 1 bit/s. Podle mého výpočtu (2x maximální doba zpoždění na 1 bit) by měli optočleny PC817 zvládnout přenosovou rychlost cca 27500Bd. V datasheetu pro tyto optočleny najdete minimální frekvenci 15kHz a maximální 80kHz. Taky platí, že čím menším proudem budíme LED v optočlenu, tím menší přenosové rychlosti jsme schopni dosáhnout. Přenosová rychlost je také závislá na kolektorovém proudu, tato závislost je dost výrazná. Pokud by zařízení nekomunikovalo, můžeme snížit hodnoty odporů pro LED optočlenů až na 470Ω (ve schématu R9, R14, R15), nebo i hodnoty odporů v kolektorech fototranzistorů (R11, R12, R13) také až na 470Ω. Já jsem kvůli proudovému zatížení sběrnice XpressNet použil hodnoty 1kΩ a žádné výpadky komunikace jsem nezaznamenal. Použité optočleny jsou PC817C. Pokud se vám nechce experimentovat s hodnotami odporů, můžete použít rychlejší optočleny (např. SFH615A-4), nebo použít následující variantu s modulem USB převodníku a rychlejšími optočleny 6N137.
signál přenosu na výstupu optočlenu PC817C s rezistory 1kΩ
Protože bylo osazování čipu FT232BL v původní variantě převodníku pro některé méně zručné modeláře náročné, byla navržena varianta s použitím hotového modulu s převodníkem FT232RL (viz obrázek). Modul převodníku lze navíc zakoupit levněji, než když kupujete samostatný obvod FT232RL. Nevýhodou tohoto modulu je osazený konektor mini USB, který je mechanicky méně odolný, než USB B v původním návrhu. Pro galvanické oddělení jsou u této varianty použity rychlejší optočleny 6N137. Propojku (jumper) volby napětí na modulu převodníku je po osazení na desku nutno ponechat v poloze 5V, nebo rozpojit (propojení VCC a 5V je provedeno na DPS)!!!
Protože předchozí verze rozhraní GenLi je plně funkční, skončila tato varianta pouze ve formě návrhu. Přesto že byl tento návrh dokončen, nebyl realizován (objednávka byla zrušena). Nemohu proto zaručit, že návrh je mechanicky přesný, nebo že nedošlo k chybě při kreslení.
Dalším řešením, jak obvody galvanicky oddělit, je zbavit se metalického připojení. To zajistí bluetooth modul, zde HC05. Toto řešení je jen pro zkušenější modeláře. Už při nákupu tohoto modulu si dejte pozor, aby jste jej koupili i se základnou, která obsahuje stabilizátor, tlačítko, LEDky a další součástky. Ze základny je nutno odpájet úhlovou pinovou lištu a osadit přímou s vývody na opačnou stranu. Modul je napájen 5V, ale pracuje s 3,3V logikou. Pro konverzi signálů jsem použil tranzistory a děliče napětí. Pro signál CTS, který není vyveden ze základny modulu HC-05, jsem nejdříve do izolace modulu vyřezal otvor a potom připájel drátek k pinu modulu. Je to třetí pin nalevo od antény, jak je vidět na fotce. Po nastavení a ověření konfigurace BT modulu jsem modul přilepil k desce tavnou pistolí a připájel. Piny od modulu nezkracujte, ale ponechte delší, budete tak mít místo pro připojení háčků. Pokud by jste neměli konfiguraci BT modulu nastavenou správně, nemusíte mít obavy. Je pak možné pomocí háčků připojit převodník a nastavovat i zaletovaný modul HC05. Před tímto způsobem připojení převodníku pro konfiguraci je však nutné vyjmout z patice mikrokontrolér.
Největší překážkou pro případné konstruktéry je asi nastavení BT modulu pomocí AT příkazů. Pro nastavení modulu je zapotřebí připojit modul HC-05 k počítači přes převodník USB na sériovou linku. Převodník musí umět pracovat s 3,3V logikou, např. s čipem CP2102. Já jsem k nastavení modulu použil stejný převodník, jaký je použit u druhé varianty GenLi (s FT232RL). Můžete použít i návod uvedený na RoboDoupěti. Nemáme-li převodník, můžete použít i Arduino (samozřejmě takové, které už převodník obsahuje, např. Uno, Nano). Propojkou na převodníku nastavíme napětí 3,3V a propojíme převodník s modulem:
5V z převodníku na VCC modulu HC-05
TX z převodníku na RX modulu HC-05
RX z převodníku na TX modulu HC-05
GND z převodníku na GND modulu HC-05
Připojíme převodník k USB portu na počítači. Aby modul přešel do režimu nastavení (kdy poslouchá AT příkazy), je potřeba mít při přivedení napětí (připojení převodníku) stisknuto tlačítko na základně BT modulu (na PIN34 je přiveden logický stav H). Přechod do režimu nastavení poznáme podle jednoduchého blikání diody na základně modulu (dvojité blikání signalizuje komunikační režim). Následující popis je platný pro operační systém Windows. V počítači si spustíme terminál (PuTTY, Hercules, KiTTy) a nastavíme COM port a komunikační rychlost, stejné nastavení u COM portu musí mít také převodník ve správci zařízení. U BT modulu je potřeba nastavit rychlost 38400Bd. Teď již můžeme do terminálu zadávat AT příkazy. Každý AT příkaz musí být ukončen znaky CR a LF (carriage return, line feed), které zde slouží k odřádkování a ukončení příkazu. Pokud do řádku zadáte AT a odešlete, měli byste dostat odpověď OK. Pokud odpověď nedostanete, překontrolujte nastavení a zapojení. Taky jsem se natrápil, než jsem přišel na to, že některá nastavení (např. nastavení komunikační rychlosti) modul přijme, jen když je odeslán příkaz při současně stlačeném tlačítku na BT modulu (PIN34 musí mít úroveň HIGH). V modulu, který jsem koupil já, bylo níže uvedené nastavení:
zadaný příkaz odpověď popis
AT+UART? +UART:38400,0,1 OK komunikační rychlost,stop bity, parita
AT+ROLE? +ROLE:0 OK režim 0 - slave, 1 - master
AT+PSWD? +PSWD:1234 OK heslo
AT+NAME? +NAME:HC-05 OK název zařízení
Pro nás je důležité, aby modul pracoval jako slave. Nutné ale bylo, nastavit pouze komunikační rychlost a to příkazem "AT+UART=9600,0,0 \r\n" (\r\n je zakončení, do terminálu Hercules lze zadat jako "<CR><LF>" nebo "0A0D" hex), všechna ostatní nastavení mohou zůstat výchozí (pokud vám nevadí PIN 1234 a název HC-05). Jelikož lze k tomuto modulu najít spoustu manuálů, které se však rozchází v popisu výchozího nastavení, doporučuji toto nastavení zkontrolovat.
Poznámky: Pokud v AT režimu měníte komunikační rychlost, změna je platná pouze pro komunikační režim. Pro AT režim zůstane komunikační rychlost 38400Bd.
Podle některých manuálů se dá přepnout do AT režimu i stiskem tlačítka až po přivedení napájení. V tomto AT režimu by měla být komunikační rychlost stejná jako ta nastavená pro komunikaci.
Narazil jsem na modul HC-05 verze 3.0, ve kterém již byla nastavena komunikační rychlost 9600Bd, a nebylo proto nutno nic nastavovat. Pro změnu PINu však bylo u této verze nutno zadat nový parametr v uvozovkách např. takto: AT+PSWD="1243", jinak vrátil chybu ERROR (1D) a PIN (personal identification number) zůstal původní.
U této varianty byl stabilizátor 7805 vyměněn za měnič napětí, proudové zatížení sběrnice se tak snížilo přibližně o polovinu.
Další návrh desky taktéž vychází ze zapojení F. Cañady. Jak již název napovídá, jedná se o předchozí rozhraní ve verzi USB, zde také opticky oddělené, doplněné o populární sběrnici S88 ve verzi N. Tuto desku jsem také nevyráběl, ale pouze vytvořil návrh, proto opět bez záruky (jako vše na internetu).
Jak je z návrhu patrné, i zde je použit modul USB převodníku s čipem FT232RL, který usnadňuje osazování i méně zdatným konstruktérům. Protože toto zapojení vychází z původní desky, která byla navržena pro zařízení GenHSI, můžete na schématu vidět i konektor označený KEYB, který není v této konfiguraci použit a nemusí být osazen. I v této verzi jsou navrženy rychlejší optočleny 6N137. Napájení modulu je řešeno externě. Z tohoto napájení je pomocí 5V stabilizátoru napájena i sběrnice S88.