AS519 Bluetooth-RS232-Adapter

Transkript

1 Bluetooth-RS232-Adapter Bluetooth wurde von der Firma Ericsson in den 1990er Jahren als Industriestandard für die Funkvernetzung von Geräten über kurze Distanz entwickelt. Bluetooth bildet dabei die Schnittstelle, über die sowohl mobile Kleingeräte wie Mobiltelefone und PDAs als auch Computer und Peripheriegeräte miteinander kommunizieren können. Hauptzweck von Bluetooth ist das Ersetzen von Kabelverbindungen zwischen Geräten. Bluetoothgeräte senden im lizenzfreien ISM-Band zwischen 2,402 GHz und 2,480 GHz. Um Robustheit gegenüber Störungen zu erreichen, wird ein Frequenzsprungverfahren eingesetzt, bei dem das Frequenzband in 79 Frequenzstufen im 1-MHz-Abstand eingeteilt wird, die bis zu Mal in der Sekunde gewechselt werden. Es gibt drei verschiedene Leistungsklassen, von denen die Klasse 1 mit der größten maximalen Sendeleistung von +20dBm Reichweiten bis zu 100m im freien Gelände erlaubt. Der Bausatz Der Bausatz wurde als Kabelersatz für RS232-Schnittstellen entwickelt. Wir haben dabei großen Wert auf Flexibilität gelegt, so dass das Modul für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet ist. Herzstück von ist das Bluetooth-Modul BTM-222 der Firma Rayson [1], welches mit geringem schaltungstechnischen und finanziellen Aufwand die Möglichkeit bietet, einen leistungsfähigen Bluetooth-RS232-Adapter aufzubauen. Das BTM-222 ist ein Klasse1-Modul mit +18dBm Sendeleistung, so dass sich sehr gute Reichweiten ergeben. Die Schaltung ist auf einer kleinen Platine angeordnet, die neben dem Bluetooth-Modul einen Spannungsregler, sowie einen MAX3232 zur Anpassung an den RS232-Pegel enthält. Das Bluetooth-Modul kann sowohl als Master, als auch als Slave arbeiten. Es wird über die RS232-Schnittstelle mittels AT-Befehlen konfiguriert. Die Platine ist so gestaltet, dass sie direkt an die Anzeigeinheit AS509, die ebenfalls in diesem Praxisheft beschrieben wird, angesteckt werden kann. Dabei bezieht sie ihre Versorgungsspannung über die RS232-Buchse der AS509. Auf gleiche Weise kann auch an den Datenlogger MPL-3440 [2], [3] angeschlossen werden und wird auch dort direkt über die RS232-Buchse gespeist. Alternativ besteht die Möglichkeit der externen Spannungsversorgung des Moduls. Beim Einsatz an einem PC kann diese über eine USB-Schnittstelle erfolgen. Natürlich ist der Anschluss an jedes beliebige andere Gerät mit RS232-Schnittstelle möglich. Zwei -Module ergeben einen einfachen RS232-Kabelersatz. Aber auch die Verwendung nur eines Moduls bietet vielfältige Einsatzmöglichkeiten.

2 Das nachfolgende Schema zeigt mögliche Anwendungen für. Bluetooth-Funkverbindung (Master) (Slave) (Slave) PC oder PDA (Master) (Master) AS509 MPL-3440 (Slave) Abbildung 1 Schaltplan Der Schaltplan ist in Abb. 1 dargestellt. Zur Erzeugung der Betriebsspannung des BTM-222 von 3,3V wird ein Low-Drop-Spannungsregler eingesetzt. Die Eingangsspannung sollte im Bereich von 5...9V liegen. Da bei maximaler Sendeleistung ein Strom von ca. 120mA fließt,

3 führen höhere Eingangsspannungen den Spannungsregler schnell an seine thermische Grenze. Jumper J2 legt fest, ob die Spannungsversorgung über Pin 4 der SUBD-Buchse oder extern über J1 erfolgt. Diode D1 schützt die gesamte Schaltung vor Schäden durch Falschpolung bei Spannungsversorgung über J1. Der MAX3232 passt den 3,3V-Pegel des BTM-222 an den Pegel der RS232-Schnittstelle an. Den einzigen Luxus der Schaltung stellen die beiden LEDs zur Statusanzeige dar. Um die Größe des Moduls möglichst gering zu halten, wurden vorzugsweise SMD-Bauteile verwendet. Die Zuordnung der Lese- und Schreibleitung zu den Pins 2 und 3 der Schnittstellenbuchse erfolgt über die Jumper J3 und J4, so dass das Modul an die jeweiligen Gegebenheiten angepasst werden kann. In Abb. 3 ist die Jumperbelegung für den Anschluss an einen PC mit roten Strichen markiert. Bestückung der Leiterkarte Es ist ein weitverbreiteter Irrtum, dass die Bestückung von SMD-Bauteilen schwieriger, als die von bedrahteten Bauteilen ist. Natürlich gibt es ein paar Regeln zu beachten. Auf der Homepage von QRP-Project findet sich eine hervorragende Anleitung zum SMD-Löten erstellt [4]. Wer noch niemals mit SMD-Bauteilen gelötet hat, sollte sich diese Anleitung in Ruhe durchlesen und verinnerlichen. Abbildung 2 Bestückungsplan mit Bauteilenamen Abbildung 3 Bestückungsplan mit Bauteilewerten Die Bestückung der Bauteile erfolgt entsprechend der Bestückungsplane in den Abb. 2 und 3. Es empfiehlt sich, die Leiterkarte in einen kleinen Schraubstock einzuspannen und das Bestücken der Leiterkarte mit den SMD-Bauteilen zu beginnen. Zweckmäßigerweise bestückt man die fünf 100nF-Kondensatoren C1, C2, C5-C7 zuerst. Es folgen die beiden 10µF-Elektrolytkondensatoren C3 und C4. Dabei ist zu beachten, dass diese richtig gepolt eingebaut werden. Bei SMD-Kondensatoren ist im Gegensatz zu bedrahteten Bauteilen der Pluspol durch einen Farbbalken gekennzeichnet. Bei C3 muss der Farbbalken vom Platinenrand weg zeigen. Der Farbbalken von C4 zeigt in Richtung Bluetooth- Modul. Anschließend bestückt man den Spannungsregler U1 (TS1117) und den Pegelwandler für die serielle Schnittstelle U2 (MAX3232). U1 kann aufgrund seiner Bauform nicht falsch eingebaut werden. U2 ist so einzubauen, dass die Markierung in Richtung Platinenmitte zeigt. Ü- berschüssiges Lötzinn kann sehr einfach mit schmaler Entlötlitze abgenommen werden.

4 Die beiden Vorwiderstände R1 und R2 für die Status-LEDs sind kleiner als die Kondensatoren, sollten aber ebenfalls kein Problem darstellen. Nun werden die beiden LEDs (LED1=gelb, LED2=blau) bestückt. Die Kathode ist durch einen Farbbalken oder eine Farbpunkt markiert, den man unter einer Lupe gut erkennen kann. Die LEDs werden so bestückt, dass der Farbbalken von den Widerständen weg zeigt. Die Lötdauer ist möglichst kurz zu halten. Nach dem Auflöten der SMD-Bauteile sollten alle Lötstellen gründlich mit einer Lupe geprüft werden, um etwaige Lötbrücken zu entdecken. Bevor das Bluetooth-Modul U3 aufgelötet wird, werden zunächst die Verpolschutzdiode D1, die SUBD-Buchse X1 und die Stiftleisten J1-J4 von oben bestückt (siehe Abbildung 5). Jetzt wird die Funktion des Spannungsreglers getestet, um Schäden am nicht ganz billigen Bluetooth-Modul zu vermeiden. Dazu wird auf die Stiftleiste J2 ein Jumper so aufgesteckt, dass die Spannungsversorgung über J1 erfolgt. An J1 wird über ein Labornetzteil eine Spannung von 5-6V DC angelegt (Polung beachten, Strombegrenzung empfohlen). Am Pluspol von C4 muss eine Spannung von ca. 3,3V zu messen sein. Abbildung 4 Prototyp Wenn der Spannungsregler korrekt arbeitet, kann die Bestückung des Bluetooth-Moduls U3 (BTM-222) erfolgen. Glücklicherweise sind es nur wenige Pins, die verlötet werden müssen. Die meisten anderen Pins sind nicht belegt und müssen auch nicht mit den Lötpads verlötet werden. Wichtig ist die richtige Ausrichtung des Moduls. Die eingeprägte runde Vertiefung in der Metallhaube des Moduls wird neben dem Antennenanschluss platziert (siehe rote Markierung in Abbildung 4). Zuletzt muss noch eine Antenne angeschlossen werden. Dafür hat sich ein Draht von etwa 3,1cm Länge (ca. λ/4) als gut geeignet erwiesen. Das Modul sollte nicht ohne Antenne betrieben werden, da es sonst möglicherweise zu Schwingungen des HF-Teils kommen kann. Abbildung 5 Prototyp Oberseite mit Antenne Abbildung 4 zeigt den Aufbau unseres ersten Prototypen. Dieser war noch mit drei LEDs bestückt und hatte keine Verpolschutzdiode. In Abbildung 5 ist die Drahtantenne gut sichtbar.

5 Konfiguration und Einsatz von Solange das Modul keine Verbindung zu einem anderen Modul aufgebaut hat, kann es über die RS232-Schnittstelle mittels AT-Befehlen konfiguriert werden. Nach dem Verbindungsaufbau mit einem anderen Bluetooth-Modul werden transparent von einem Modul zum anderen übertragen. Jedes Byte, welches zur seriellen Schnittstelle eines Moduls geschickt wird, erscheint an der seriellen Schnittstelle des anderen. Während einer aufgebauten Verbindung kann das Modul nicht mehr konfiguriert werden. Die komplette Befehlsliste steht auf der Karstens-Homepage [3] zur Verfügung. Wir erläutern an dieser Stelle nur die wichtigsten Befehle zur Inbetriebnahme von. Durchgeführte Änderungen der Konfiguration werden generell permanent gespeichert, so dass die Konfiguration des Moduls am PC nur einmalig erforderlich ist. Zur Konfiguration ist mit einem PC mit RS232-Schnittstelle zu verbinden. Hier ist ein Terminalprogramm, wie z.b. "HyperTerminal" aufzurufen. Wenn der PC über keinen COM- Port verfügt, so ist einer seiner USB-Anschlüsse zu benutzen und ein USB-RS232-Adapter zwischenzuschalten. Der BTM-222 ist bei der Auslieferung mit einer Datenrate von 19200bps anzusprechen. Nachdem das Terminalprogramm auf die jeweilige Datenrate, sowie auf die sonstigen seriellen Standardparameter (8 Datenbits, 1 Start- und 1 Stopbit, keine Parität, kein Handshake) eingestellt wurde, sollte der BTM-222 nach Tastatureingabe der Zeichenfolge "AT" mit einem "OK" antworten. Ist das der Fall, so ist eine Kommunikation mit dem Baustein möglich, und es können auch alle weiteren Einstellungen vorgenommen werden. Falls nicht antwortet, so ist möglicherweise die Pin-Belegung des SUBD-Steckers über die Jumper J3 und J4 falsch eingestellt. Je nach Anwendungsfall ist eine Umstellung der Datenrate erforderlich. Mithilfe des Befehls "ATL" und eines Ziffernwertes sind hierbei folgende Einstellungen möglich: ATL0 ATL1 ATL2 ATL3 ATL4 ATL5 ATL6 ATL7 4800bps 9600bps 19200bps 38400bps 57600bps 115.2kbps 230.4kbps 460.8kbps Achtung! Nach der Umstellung der Datenrate muss diese auch im Terminalprogramm angepasst werden. Mit dem Befehl ATR1 wird AS509 als Slave konfiguriert und mit ATR0 als Master. Bei der Verwendung als Master muss durch ATO0 der automatische Verbindungsaufbau zum Slave erlaubt werden. Wichtig ist die Eingabe des Befehls ATD0, unabhängig davon, ob das Modul als Master oder als Slave arbeitet. Dieser Befehl erlaubt die Verbindung zu beliebigen Bluetooth- Modulen, unabhängig von deren Bluetooth-Kennung. Über den Befehl ATP kann eine bis zu achtstellige Pin-Nummer vergeben werden (z.b. ATP=1234). Die Pin-Nummer muss bei Verwendung zweier gleich sein, sonst schlägt der Verbindungsaufbau fehl.

6 Betriebserfahrungen hat unsere Erwartungen voll erfüllt. Bei Reichweitentests konnten aus dem Haus heraus Sensormesswerte aus dem Garten über mehr als 50m Luftlinie von einem PC, der sich im 1. Obergeschoss befand, empfangen werden. Am PC kam dabei ein Klasse-1 Bluetooth-Stick zum Einsatz und war als Slave konfiguriert. Zwischen PC und befanden sich eine Zwischenwand, sowie die Gebäudeaußenwand. Am einfachsten ist der Einsatz zweier, von denen ein Modul als Master und das andere als Slave konfiguriert wird. Nach dem Einschalten beider Module bauen diese automatisch eine permanente Verbindung auf. Anders sieht es bei Verwendung nur eines an einem PC oder PDA aus. Die Verbindung wird erst dann aufgebaut, wenn tatsächlich Daten zu einer Anwendung übertragen werden. Nach Beenden der Anwendung auf dem PC wird die Verbindung wieder abgebaut und kann auch von anderen Mastern angesprochen werden. Ist das nicht erwünscht, so ist die Standard-Pin (1234) entsprechend zu ändern bzw. ist über den Befehl ATH0 unsichtbar zu schalten. Technische Daten Versorgungsspannung: Stromaufnahme: maximale Sendeleistung: Reichweite: Konfiguration: 5..9V DC ca. 120mA bei maximaler Sendeleistung +18dBm (Leistungsregelung entsprechend der Qualität der Verbindung) ca. 100m im freien Gelände über RS232 mittels spezieller AT-Befehle konfigurierbare RS232-Parameter: unterstützte Baudraten: 4K8, 9K6, 19K2, 38K4, 57K6, 115K2, 230K4 und 460K8 Stoppbits: 1 oder 2 Parität: gerade, ungerade, keine Literatur/Links: [1] [2] Dirk Langenbach, Karsten Hansky: Ein universelles Datenloggersystem ; Praxisheft 16; S [3] - Homepage DL3HRT [4] - Anleitung zum SMD-Löten Autoren Dr.-Ing. Karsten Hansky DL3HRT dl3hrt@darc.de Dipl-Ing. Dirk Langenbach DG3DA Dirk_Langenbach_2@compuserve.com