No tutorial anterior, aprendemos como usar a porta de hardware serial do Raspberry Pi (RPi) para comunicação serial de dados através do protocolo receptor/transmissor assíncrono universal (UART). A maioria dos dispositivos embarcados possui o Porta UART para troca de dados do console. Na verdade, a maioria dos módulos sensores projetados para comunicação ponto a ponto com controladores/computadores possuem a porta UART para comunicação de dados. Portanto, existem vários módulos sensores que podem ser interligados com Raspberry Pi usando sua porta UART.
Lembre-se que a porta UART do RPi é de 3,3V e deve ser conectada à porta serial compatível. Se o outro dispositivo tiver um nível de tensão UART diferente, a mudança de nível de tensão ou adaptador serial adequado deverá ser usado. Por exemplo, um dispositivo com porta UART TTL de 5 V pode se conectar à porta serial do RPi usando um Shifter lógico TTL de 5 a 3,3 V.
Da mesma forma, a porta UART do RPi pode ser conectada à interface USB de um dispositivo usando uma placa serial USB. Ele também pode ser conectado à porta RS-232 de um dispositivo usando o conversor serial RS-232.
As portas seriais dos sensores e módulos podem ser interligadas direta ou indiretamente com as do Raspberry Pi e com qualquer computador desktop usando uma placa serial USB.
Como Phyton é independente de plataforma, o script que funciona no RPi para receber dados seriais de um sensor pode ser usado em qualquer computador desktop, simplesmente alterando o nome da porta serial.
Neste tutorial, aprenderemos como conectar um modem SIM900A GSM-GPRS com Raspberry Pi e com qualquer computador desktop. Também discutiremos como hackear um fone de ouvido comum para fazer e receber chamadas de voz através de um modem SIM900A.
Modems sem fio
A conectividade sem fio é uma solução amplamente aceita para comunicação de dados em longas distâncias. Para soluções M2M IoT, a conectividade móvel é o único recurso para garantir a transferência de dados com dispositivos móveis e “coisas” implantadas remotamente. Existem muitos módulos sem fio disponíveis de diferentes fornecedores que podem ser usados para comunicação de dados em uma rede móvel. Esses módulos sem fio são geralmente classificados pela tecnologia de rede móvel (2G, 3G, 4G ou 5G) ou pela plataforma tecnológica que utilizam (GSM/GPRS, GSM/GPRS+GNSS, WCDMA/HSPA/HSPA+, LTE, NB-IoT ou GNSS).
Esses módulos sem fio são capazes de comunicar dados na forma de chamadas de voz, SMS, GPRS, fax e Internet (protocolos TCP/IP, IP, HTTP e FTP).
SIMCOM é um dos maiores fornecedores de módulos sem fio. Diferentes modems sem fio disponíveis na SIMCOM Limited para conectividade móvel estão listados nesta tabela:
Com base na plataforma tecnológica, os módulos SIMCOM estão listados nesta tabela:
Embora os módulos sem fio 4G e 5G sejam modems avançados que oferecem altas velocidades e recursos das tecnologias 4G e 5G, os módulos sem fio 2G ainda são amplamente utilizados em aplicações embarcadas. Os módulos sem fio 2G são mais baratos e oferecem uma solução sem fio ideal onde a velocidade e a latência não são um problema.
O modem SIM900A GSM-GPRS
SIM900 é um módulo sem fio 2G que oferece uma solução GSM-GPRS Quad-Band 850/900/1800/1900 MHz. O modem possui GPRS multi-slot classe 10/classe 8 (opcional) e suporta esquemas de codificação GPRS CS-1, CS-2, CS-3 e CS-4.
Este modem ultracompacto requer uma tensão de alimentação de 3,2 a 4,8V. Ele pode ser controlado por meio de comandos AT (GSM 07.07, 07.05 e comandos AT aprimorados SIMCOM), que podem ser comunicados através da interface serial (UART), I2C e SPI.
Possui também uma interface única para um SIM externo 3V/1.8V no qual o Mini-SIM (fator de forma 2FF), Micro-SIM (fator de forma 3FF) e NanoSIM (fator de forma 4FF) pode ser conectado.
O modem é equipado com GPIO, PWM, ADC e uma interface de áudio analógica para que possa ter entrada de MIC e áudio e alto-falante, bem como interface de display e teclado. Ele também vem com um RTC integrado.
Alguns dos recursos importantes do modem SIM900A estão listados aqui:
O modem SIM900A possui este diagrama de pinos:
O modem SIM900A possui esta configuração de pinos:
Hardware e fiação
É bastante fácil conectar o modem.
- Os pinos 57, 56 e 55 da fonte de alimentação devem ser conectados a uma fonte de 5 Vcc com capacidade para rajadas de 2 A.
- O aterramento pode ser fornecido no pino 54 do modem.
- O slot do cartão SIM deve ser conectado aos pinos 30 (a alimentação de tensão do cartão SIM), 31 (a saída de dados do SIM), 32 (o relógio do SIM), 33 (a redefinição do SIM) e 34 (a detecção do SIM).
As conexões ao slot do cartão SIM dependerão do tipo de porta-cartão SIM utilizado para a montagem do módulo. A imagem abaixo mostra o circuito de referência para conexões entre o SIM900A e um porta-cartão SIM de 8 pinos.
Agora, a antena deve estar conectada ao pino 60. Para ligar/desligar o modem, um botão pode ser conectado entre o pino 1 (PWRKEY) e o pino 2 (PWRKEY_OUT). Para a entrada MIC, os pinos 19 (positivo do microfone) e 20 (negativo do microfone) devem ser conectados a um conector.
Da mesma forma, para conexões de alto-falante, os pinos 21 (alto-falante positivo) e 22 (alto-falante negativo) também devem ser conectados a um conector. Para comunicação com o modem através do protocolo UART, os pinos 9 (transmissão serial), 10 (recepção serial) e 17 (terra) devem ser conectados a um cabeçalho.
O Txd e o Rxd do SIM900A devem se conectar ao Rxd e ao Txd do controlador/computador, respectivamente. Os cabeçalhos para comunicação serial sobre outros protocolos (I2C e SPI) também podem ser fornecidos de forma semelhante. Além disso, as conexões de circuito para o controle de fluxo de hardware e software UART podem ser fornecidas através de um cabeçalho, se necessário.
Um circuito de referência para o módulo SIM900A é mostrado aqui:
Você pode projetar seu próprio módulo SIM900A. O Guia de Design de Referência do SIM900 é bastante útil para este processo. Existem vários módulos prontos para uso para o modem SIM900A GSM-GPRS disponíveis no mercado.
Aqui está um exemplo:
Observe que este módulo possui:
- Uma tomada de fonte de alimentação que pode ser conectada a um adaptador CA para CC
- Um porta-cartão SIM na parte traseira
- Cabeçalhos para a comunicação UART
- Uma entrada de MIC e alto-falante, bem como linhas de modem serial.
- Além disso, os LEDs de status e a campainha estão conectados no módulo.
Interface do módulo SIM900A GSM-GPRS
É fácil conectar o módulo SIM900A com Raspberry Pi, microcontroladores e até mesmo computadores desktop. Você pode usar as interfaces UART, I2C ou SPI para conectar o módulo serialmente a um dispositivo de controle.
Para comunicação através do protocolo UART, basta conectar o Txd e Rxd do módulo com Rxd e Txd do RPi usando um Shifter lógico TTL de 5 a 3,3V.
Lembre-se que o SIM900A é um dispositivo de 5V com uma porta UART de 5V. Portanto, sua porta UART não pode ter interface direta com a porta serial de hardware do RPi. Mas um simples deslocador de tensão 5V-3V3 pode ser projetado usando um diodo 1N4148.
Aqui está um diagrama de circuito:
Para fazer e receber chamadas de voz, a entrada de MIC e alto-falante pode ser usada…
Em seguida, insira um cartão SIM no porta-cartão SIM, alimente o módulo com um adaptador e ele estará pronto para operar.
Para conectar o módulo ao Arduino ou qualquer outro microcontrolador de 5V, a porta UART do modem SIM900A pode ser conectada diretamente à porta serial do Arduino (ou a um controlador de 5V).
Também é possível conectar o modem a qualquer computador desktop. Ele pode ser conectado serialmente a qualquer sistema desktop usando uma placa serial USB. Porém, a placa deve ser configurada para usar sinais UART de 5V
Hackeando fones de ouvido para receber/fazer chamadas de voz
Um fone de ouvido típico pode servir como entrada de MIC e alto-falante para o modem SIM900A.
Esta imagem mostra a configuração de pinos dos conectores de fone de ouvido comuns:
Para entrada de MIC e alto-falante, é necessário um headset ou fones de ouvido com microfone e alto-falantes. O conector padrão (Apple) é bastante comum em headsets e fones de ouvido para computadores e celulares.
O microfone e o alto-falante estão conectados internamente ao conector assim:
Aqui estão as próximas etapas:
- Solde dois fios/fios de jumper ao terra do conector (para o negativo do MIC e o negativo do alto-falante)
- Faça um curto-circuito no áudio direito e esquerdo do conector (já que há apenas uma entrada de alto-falante no conector)
- Solde um fio/jumper (para o positivo do alto-falante) ao áudio direito e esquerdo em curto do conector
- Solde um fio/fio jumper (para o positivo do MIC) ao microfone do conector.
Para uma solda limpa, o conector pode ser removido do fio do fone de ouvido/fone de ouvido e os fios do jumper podem ser soldados diretamente aos respectivos fios das conexões do microfone e do alto-falante.
Normalmente, o cabo do headset/fone de ouvido terá este código de cores:
Depois de soldar os fios do jumper ao headset/fone de ouvido, ele deverá ficar semelhante a este:
A maioria dos fones de ouvido e fones de ouvido para computadores/móveis consome baixa corrente e já são compatíveis com 5V TTL.
Quaisquer alto-falantes de 8 ohms também podem ser conectados ao SIM900A. Porém, para hackear e conectar o headset/fone de ouvido ao SIM900A, ele deve ter uma impedância de 8 ohms.
Para uma melhor experiência de áudio, o circuito de referência do headset ou o amplificador de potência de áudio de 1 Watt são recomendados (e suportados no Guia de Design de Referência do SIM900A).
Como funciona o modem SIM900A
O modem SIM900A GSM-GPRS pode ser controlado pelas interfaces UART, I2C ou SPI. Ele simplesmente precisa ser conectado serialmente a um dispositivo de controle, que pode ser RPi, Arduino, um microcontrolador ou qualquer computador desktop (por meio da placa serial USB).
O modem entende comandos AT que podem ser transmitidos a ele através do UART, protocolo I2C ou SPI. O dispositivo de controle é chamado de equipamento terminal (TE) ou equipamento terminal de dados (DTE). O modem pode ser referido como equipamento móvel (ME), estação móvel (MS), adaptador de terminal (TA) ou equipamento de comunicação de dados (DCE).
Com a ajuda dos comandos AT, o modem pode ser verificado, configurado e operado para fazer e receber chamadas de voz, faxes, dados GPRS (SMS), MMS, bem como dados sobre TCP/IP, IP, HTTP e FTP. protocolos.
No próximo tutorial, abordaremos muitos dos comandos AT do modem SIM900A GSM-GPRS.
