AVT-974.pdf

Sterownik z interfejsem TCP/IP

Sterownik z interfejsem

TCP/IP

AVT–974

Powszechnie dostępne

specjalizowane układy interfejsów

sieciowych stały się powodem

lawinowo powstających projektów

najróżniejszych sterowników

ethernetowych. Wpływa na to

również łatwość ich stosowania,

a możliwość zbudowania

internetowej aplikacji, która

jeszcze nie dawno była tylko

marzeniem, dziś jest już

„chlebem powszednim”.

Rekomendacje:

głównym zastosowaniem

sterownika będzie zbieranie

danych z różnorodnych czujników

wejściowych i przekazywanie

ich do komputerów pracujących

w lokalnej sieci ethernetowej

lub komunikujących się przez

Internet.

W artyku-

le zostanie opi-

sany prosty sterow-

nik posiadający cyfro-

we wejścia i wyjścia, wy-

posażony w interfejs sieciowy.

Linie wejściowe sterownika mogą

być wykorzystywane do odczytu

stanu wszelkiego rodzaju czujników

oraz sygnałów pochodzących np.

z innych urządzeń. Linie wyjściowe

mogą służyć do sterowania różny-

mi urządzeniami wykonawczymi.

W przypadku, gdy potrzebne jest

sterowanie urządzeniami zasilanymi

z sieci 230 V, należy dodatkowo za-

stosować przekaźnik lub triak. Stan

linii wyjściowych sterownika jest

zapamiętywany w nieulotnej pamię-

ci, więc nie jest tracony po zaniku

napięcia zasilającego. Komunikacja

ze sterownikiem jest bardzo prosta

i odbywa się poprzez stronę inter-

netową z wykorzystaniem protokołu

TCP/IP. Jednym z najbardziej popu-

larnych układów z zaimplemento-

wanymi stosami TCP/IP jest układ

W3100A ﬁrmy Wiznet. Oferuje on

4 gniazda, co oznacza, że do ukła-

du można dołączyć jednocześnie

czterech klientów. Ma także wbudo-

waną pamięć RAM będącą buforem

dla otrzymywanych i wysyłanych

danych. Układ W3100A jest dostęp-

ny w obudowie SMD, ale jest rów-

nież odpowiedni moduł IIM7000A,

który bez większych problemów

można zastosować we własnych

aplikacjach. Tego typu moduł wyko-

rzystano w sterowniku. Niewątpliwą

zaletą urządzenia jest możliwość

ochrony do-

stępu do niego

z wykorzystaniem

nazwy użytkownika

oraz hasła. Sterownik

posiada prostą budowę,

przez co nie powinno być

problemów z jego uruchomie-

niem. Wygląd strony HTTP, adres

IP, maskę oraz bramę można łatwo

modyﬁkować, wystarczy do tego

celu podstawowa znajomość języka

HTML oraz oprogramowania Bascom

AVR, w którym napisano oprogra-

mowanie sterownika. W artykule

nie będą przedstawiane informacje

o działaniu protokołów TCP/IP oraz

HTTP. Dodatkowych informacji na

temat tych protokołów należy szu-

kać w dostępnej literaturze.

PODSTAWOWE PARAMETRY

Opis działania układu

Na rys. 1 przedstawiono sche-

mat ideowy sterownika TCP/IP. Za-

stosowano w nim mikrokontroler

AVR typu ATmega162, gdyż posia-

da on magistralę przystosowaną do

komunikacji z zewnętrzna pamięcią

RAM (umożliwia jej zaadresowanie).

Za jej pomocą odbywa się komu-

nikacja z modułem sieciowym U2.

Układ U3 służy do zatrzaskiwania

mniej znaczącego bajtu adresowe-

go (linie A0...A7) wystawianego na

magistralę danych. Moduł U2 zaj-

muje adres z zakresu &H8000 do

&HFFFF. Większość tego obszaru

jest używana przez wewnętrzne bu-

fory, a pozostała część przez rejestry

statusowe i kontrolne modułu U2.

Linia A15 zanegowana przez U4D

steruje linią wyboru CS modułu

U2. Dioda D1 sygnalizuje nawiąza-

ne połączenie z innym urządzeniem

sieciowym, natomiast diody D2 i D3

sygnalizują prędkość transmisji (od-

• Płytka o wymiarach 109x64 mm

• Liczba wejściowych linii cyfrowych: 5

• Liczba cyfrowych linii wyjściowych: 8

• Zapamiętywanie stanu linii w pamięci

nieulotnej

• Ochrony dostępu do sterownika: nazwa

użytkownika oraz hasło

• Obsługa sterownika przez stronę HTTP

Elektronika Praktyczna 3/2007

PROJEKTY

Sterownik z interfejsem TCP/IP

powiednio 10 Mb/s i 100 Mb/s). Do

linii TPR i TPT modułu U2 zostało

dołączone gniazdo RJ45 (Z4) z wbu-

dowanym już transformatorkiem.

Moduł U2 wymaga dwóch sygna-

łów zerowania o przeciwnych fa-

zach. Obwód zerowania został zbu-

dowany w oparciu o elementy R7,

C7 oraz bramki U4A, U4B i U4C.

Moduł U2, jak i mikrokontroler U1

zerowany jest zawsze po włączeniu

zasilania. Czas zerowania jest zależ-

ny od wartości elementów R7 i C7.

Mikrokontroler jest taktowany ze-

wnętrznym rezonatorem kwarcowym

o częstotliwości 8 MHz. Moduł U2

wymaga jednej linii przerwania

i do tego celu zostało wykorzysta-

ne przerwanie INT0. Linie wejścio-

we sterownika zostały zabezpieczo-

ne przed wyższymi napięciami od

napięcia zasilania mikrokontrolera.

Do tego celu wykorzystano elemen-

ty R1...R5 oraz diody Zenera D5...

D9. Dzięki tym elementom możliwe

jest podawanie napięć na wejścia

sterownika wyższych od napięcia

zasilania mikrokontrolera Wszystkie

linie portu PB zostały skonﬁgu-

rowane jako wyjściowe. Elementy

sterownika są zasilane napięciem

+3,3 V uzyskiwanym na wyjściu

stabilizatora U5. Napięcie +3,3 V

zasilające elementy sterownika wy-

nika z tego, że moduł U2 nie może

być zasilany wyższym napięciem.

Dioda D4 sygnalizuje napięcie zasi-

lania sterownika.

racji i komunikację można sprawdzić

programem ping , który jest dostępny

w prawie każdym systemie operacyj-

nym. Program ping wysyła pakiet

danych pod określony adres IP. Ad-

resowane urządzenie powinno zwró-

cić otrzymane dane. Aby sprawdzić

poprawność komunikacji ze sterow-

nikiem, należy wysłać następujące

polecenie:

Montaż i uruchomienie

Schemat montażowy sterownika

pokazano na rys. 2 . W sterowniku

nie wykorzystano żadnych elemen-

tów SMD. Montaż należy rozpocząć

od elementów najmniejszych. Mo-

duł sieciowy U2 można wlutować,

ale można również zastosować dla

niego odpowiednie gniazdo o rastrze

2 mm. Po zmontowaniu całości

wraz z zaprogramowanym mikrokon-

trolerem, sterownik jest gotowy do

uruchomienia. Można go zasilić na-

pięciem stałym z zakresu od 5 V do

15 V. Sterownik można dołączyć do

routera lub bezpośrednio do kompu-

tera za pomocą skrętki. W drugim

przypadku potrzebny będzie prze-

wód skrosowany. Sterownik posia-

da domyślny numer IP: 192.168.1.5,

maskę 255.255.255.0 oraz bramę

192.168.1.1. Po włączeniu zasilania

powinna zaświecić się dioda D2 lub

D3 w zależności od możliwej pręd-

kości transmisji. Poprawność konﬁgu-

Rys. 1. Schemat elektryczny sterownika

Elektronika Praktyczna 3/2007

Sterownik z interfejsem TCP/IP

Rys. 4. W przypadku aktywnej auto-

ryzacji dostępu dostęp do strony jest

możliwy po zalogowaniu

Rys. 2. Schemat montażowy płytki sterownika

słanie strony do klienta. Protokół

HTTP wykorzystuje port o numerze

80. Po udzieleniu odpowiedzi na

zapytanie klienta, połączenie jest

zrywane do czasu otrzymania na-

stępnego zapytania. W zapytaniach

wykorzystuje się kilka metod, ta-

kich jak: GET , HEAD , POST , PUT

itp. Metoda GET jest stosowana

w zapytaniu o żądanie przesłania

strony HTTP o określonym adre-

sie. Metoda POST (wykorzystywana

podczas przesyłania danych z for-

mularzy) pozwala żądać od serwe-

ra przyjęcia załączonych danych

jako nowej, skierowanej do niego

publikacji. W programie sprawdzany

jest rodzaj zapytanie, na które jest

przesyłana odpowiedź. Zmianę nu-

meru IP, maski i bramy można zre-

alizować tylko w kodzie programu.

Po każdej zmianie program należy

poddać kompilacji. Otrzymaną za-

wartość pliku należy zapisać do

mikrokontrolera. Numer IP, maskę

i bramę można zmienić w instruk-

cji conﬁg TCPIP . Można również

w niej zmienić adres MAC sterow-

nika. W programie występuje sta-

ła Authenticate , od wartości której

zależy czy dostęp do strony HTTP

sterownika będzie chroniony. Nada-

nie stałej Authenticate wartości 1

spowoduje włączenie chronionego

dostęp do sterownika. Nazwę użyt-

kownika, jak i login można zmody-

ﬁkować w linii If Base64dec(s) =

"test:test" Then..." . Nazwa użytkow-

nika i hasło są oddzielone znakiem

dwukropka. W tym przypadku na-

zwa użytkownika i hasło składają

się ze znaków test . Strona HTTP

została zapisana w pamięci progra-

mu za pomocą instrukcji data . Jest

ona identyﬁkowana etykietą www .

Do odczytania tych danych wy-

korzystywane są instrukcje restore

oraz read . Po wysłaniu do przeglą-

darki ilości przesyłanych danych,

ping.exe 192.168.1.5

W przypadku braku odpowiedzi

od sterownika, problem może być

ze źle skonﬁgurowaną kartą siecio-

wą w komputerze, w złym przewo-

dzie połączeniowym lub z samym

układem wykorzystującym moduł

sieciowy. Należy wtedy w pierwszej

kolejności sprawdzić poprawność

montażu oraz napięcia zasilania. Ze

sterownikiem można się połączyć

poprzez przeglądarkę stron HTTP.

Należy w niej wpisać adres http://

192.168.1.5/index.htm.

Na rys. 3 pokazano wygląd wy-

świetlanej strony HTTP sterownika.

Zawarto tu informacje o stanie linii

wejściowych i wyjściowych sterowni-

ka. Za pomocą przycisków ON i OFF

można zmieniać stan danej linii

wyjściowej. Wyświetlana strona jest

odświeżana automatycznie co kilka

sekund. Jeśli włączona została auto-

ryzacja, przed załadowaniem strony

HTTP zostanie wyświetlone okienko

( rys. 4 ), w którym należy podać na-

zwę użytkownika oraz hasło. Domyśl-

na nazwa użytkownika, jak i hasło to

„ test” . Włączenie autoryzacji umożli-

wia ochronę dostępu do sterownika

przed niepowołanymi osobami. Gdyby

sterownik miał sterować urządzenia-

mi zasilanymi z sieci 230 V, należy

do wyjść sterownika dołączyć układ

wykonawczy, którym może być prze-

kaźnik lub triak. Na rys. 5 pokaza-

no przykładowy układ wykonawczy

z przekaźnikiem, a na rys. 6 z wyko-

rzystaniem triaka. Oprogramowanie

sterownika można dowolnie modyﬁko-

wać. Można w nim zmienić nie tylko

numer IP, maskę, bramę, nazwę użyt-

kownika, hasło ale również wygląd

strony HTTP. W EP prezentowany był

kurs, w którym przedstawiono przy-

kłady programów współpracujących

z modułem sieciowym ﬁrmy Wiznet.

Informacje tam zawarte będą pomoc-

ne w ewentualnych przeróbkach pro-

gramu tak, aby na przykład obsłużyć

wiadomości email. Pomocne przerób-

kom będzie również krótki opis dzia-

łania programu sterownika.

Oprogramowanie

sterownika

Oprogramowa-

nie sterujące ste-

rownikiem, zostało

napisane w Bascom

AVR i realizuje ob-

sługę protokołu

HTTP, który jest

wykorzystywany do

przeglądania stron

www. Jest on opar-

ty na mechanizmie

pytanie–odpowiedź.

Klient żąda prze-

słania strony z ser-

wera HTTP, odpo-

wiedzią jest prze-

Rys. 3. Strona WWW zaimplementowana w sterowniku

Elektronika Praktyczna 3/2007

Sterownik z interfejsem TCP/IP

+12V

następuje wysłanie

strony HTTP od-

czytywanej kolejno

z pamięci progra-

mu. W kod wy-

świetlanej strony

HTTP, podczas jej

wysyłania, wpla-

tana jest informa-

cja o stanach linii

wejściowych i wyj-

ściowych. Miejsca

wstawiania infor-

macji o wejściach

i wyjściach są roz-

poznawane poprzez

zliczanie liczby li-

nii data . Na przy-

kład w przypad-

ku wysyłania linii

o numerze 67 program realizuje

następujące instrukcje:

Elseif Count = 67 Then

'jeśli count=67 to

If Out4 = 1 Then

'jeśli Out4 = 1 to

S = "ON"

'zapis do S tekstu ON

Else

'w przeciwnym razie

S = "OFF"

'zapis do S tekstu OFF

End If

wa instrukcja zapisane w HTML

realizująca wysłanie formularza

z komunikatem ustawienia wyjścia

Out1 jest następująca:

Data "<form method={034}post{034}>"

Data "<input type={034}hidden{034}

name={034}on1{034}>"

Data "<input type={034}submit{034}

value={034}ON {034}></form></td>"

Dla pozostałych przycisków usta-

wiających i zerujących linie Out,

instrukcje będą podobne. Naciśnię-

cie przycisku spowoduje wysłanie

do serwera zapytania z wykorzysta-

niem metody POST . Po wykryciu

przez serwer tej metody, wykony-

wany jest podprogram page oraz

zmiennej Bcmd zostaje przypisana

wartość 2. W przypadku metody

POST wykrywany jest komunikat

Content–Length: , z którym zwią-

zana jest ilość wysłanych przez

przeglądarkę danych. Ilość wysła-

nych danych z przeglądarki jest

zapisywana do zmiennej Bcontent .

Przy metodzie POST. jeśli zmienna

Bcmd wynosi 2, następuje odczyt

danych wysłanych po naciśnięciu

przycisku wysyłającego formularz.

Wysłane dane są odczytywane do

zmiennej Buf . Ilość odbieranych

danych wskazuje zmienna Bcon-

tent . Warunek ustawienia wyjścia

Out1 jest następujący:

If Left(s , 3) = "on1" Then 'je-

śli otrzymano znaki on1 to

Set Out1

'ustawienie linii Out1

Jeśli otrzymano znaki on1 wyj-

ście Out1 zostanie ustawione. Wa-

runki ustawiania i zerowania dla

pozostałych wyjść są podobne.

Jak pokazano umieszczenie na

stronie stanów linii wejściowych

i wyjściowych nie jest trudne. Sto-

sunkowo łatwo można zmodyﬁko-

wać program tak, aby w przypadku

jakiegoś wykrytego przez wejścia

zdarzenia była wysyłana wiadomo-

ści email. Zastosowań przedstawio-

nego sterownika może być bardzo

wiele. W dużej mierze jego funkcje

będą zależeć od oprogramowania.

Marcin Wiązania, EP

marcin.wiazania@ep.com.pl

~220V

2,2k

GND

PK1

RM96-P-5V

ARK2

1N4148

CON2

BC548

OUT

ARK3

Rys. 5. Wyjściowy obwód wykonawczy z przekaźnikiem

~220V

220

ARK2

330

GND

220

BT136-600

CON2

MOC3041

OUT

ARK2

Rys. 6. Wyjściowy obwód wykonawczy z triakiem

WYKAZ ELEMENTÓW

Rezystory

R1...R5: 10 k V

R6, R8...R10: 1 k V

R7: 100 k V

R11, R12: 470 V

R13...R16: 51 V

Kondensatory

C1, C3, C7...C15: 100 nF

C2: 47 m F/16 V

C4: 100 m F/16 V

C5, C6: 22 pF

Półprzewodniki

U1: ATmega162 DIP–40

U2: moduł IIM7000A

U3: 74HC573

U4: 74HC00

U5: LD1117V33C TO–220

X1: kwarc 8 MHz

D1: LED 3 mm żółta

D2, D3: LED 3 mm czerwona

D4: LED 3 mm zielona

D5...D9: dioda Zenera 3,6 V

Inne

Z1: Goldpin 1x9

Z2: Goldpin 1x6

Z3: Goldpin 1x2

Z4: złącze RJ45 z trafo typu

J0026D21B

W zależności od stanu linii

Out4 zostanie wysłany tekst ON

lub OFF . W przypadku otrzymania

strony HTTP o nazwie innej niż

/index.htm , wysyłana jest strona

HTTP, która powoduje przekiero-

wanie strony na adres /index.htm .

Instrukcja HTML:

Data "<meta HTTP–EQUIV={034}refre-

sh{034} CONTENT={034}5{034}>"

w kodzie powoduje, że strona

HTTP będzie automatycznie od-

świeżana co 5 sekund. Znak o ko-

dzie ASCII {034} to cudzysłów

(”). Jak widać odczyt i wyświetle-

nie na stronie HTTP informacji

o wyjściach i wejściach sterownika

jest bardzo proste. Trudniejsza do

zrealizowania jest możliwość stero-

wania wyjściami za pomocą przy-

cisków umieszczonych na stronie

HTTP. Do tego celu wykorzystano

przyciski wysłania formularza przy

pomocy metody POST . Przykłado-

forum.ep.com.pl

Elektronika Praktyczna 3/2007

forum.ep.com.pl

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: