AT-commands tool

Ho deciso di modificare il programma scritto per fare delle prove con il modulo ESP-01, già descritto in un precedente post, perché mi sono trovato ad utilizzare dei modulini low-cost GSM-GPRS per l’invio di SMS. Entrambi i moduli M590 e SIM800 hanno, come di consueto, una serie di comandi AT, così come l’ESP8266. Ho quindi fatto delle aggiunte che dovrebbero rendere lo strumento più comodo ed efficace. Qui sotto potete vedere uno screenshot del programma in funzione.

Atool-ssPer prima cosa ho modificato il nome del programma, cambiandolo da Tool_ESP8266 a ATool, anche perché ho visto che di programmi chiamati “Tool_ESP8266” ce ne sono in giro davvero tanti ! Poi, ho fatto le seguenti modifiche e aggiunte:

Variazioni e aggiunte:

  • modificata default speed da 115200 a 9600 BPS
  • Aggiunti al file save / load anche i valori di COM e SPEED. Il comando load chiude anche la porta seriale, se era aperta; si dovrà quindi eseguire di nuovo un “open”.
  • Aggiunte altre 3 linee di comando, così passano da 9 a 12
  • Modificato il funzionamento dei “send”. Non mandano più un CR-LF a fine stringa
  • Aggiunta possibilità di costruire caratteri di controllo tramite il segno ^. Il carattere successivo a ^ viene calcolato con & 0x1F, permettendo quindi di inserire nella riga programmata vari tipi di caratteri di controllo. Per esempio, ^M verrà trasmesso come 0x0D (CR) e ^J come 0x0A (LF). Con questo sistema si potrà decidere come terminare le stringhe da inviare sulla seriale ed inserire altri caratteri di controllo necessari, ad esempio, nella trasmissione di SMS.
  • Aggiunto un box che indica la lunghezza della stringa nella riga che si sta modificando. La lunghezza non tiene conto dell’eventuale commento // e conta i caratteri di controllo (ad es. ^M) come un singolo byte. Questo è molto utile quando ci sono dei comandi in cui va inserita la lunghezza del pacchetto da trasmettere.
  • Modificato il funzionamento della finestra dei messaggi per la visualizzazione di messaggi da parte del dispositivo collegato anche se la stringa in arrivo non è terminata da CR o LF.

Il programma è stato scritto in FreeBasic, con l’IDE Firefly for FreeBasic. Entrambi i programmi sono disponibili gratuitamente presso i rispettivi siti (vedi colonna a destra della pagina Home, sotto Links utili). Nell’immagine del programma in funzione è possibile vedere come si è ricevuto il testo di una pagina internet, inviando (dopo aver effettuato le fasi preliminari) i comandi AT-CIPSTART= e successivamente AT+CIPSEND= e quindi la stringa GET / . Il file scaricabile liberamente ATool.zip contiene l’eseguibile puro, non c’è bisogno di installazione. Scompattate lo zip in una directory (ad esempio: /downloads/tools) e potrete utilizzarlo immediatamente. Per scompattare lo zip serve una password che è: eficara. Per eseguire il comando “save” è necessario disporre dei permessi di scrittura nella cartella dove risiede l’eseguibile. Se avete scompattato l’eseguibile in una cartella in cui l’utente ha i diritti di scrittura, non c’è problema, altrimenti dovrete eseguire il programma come amministratore. Prima di scompattare lo zip, però, verificatene l’hash MD5: C1BC15FF6CF4A0E77B7661A08DCAD1F0. Se non corrisponde, non scompattate il file, potrebbe essere corrotto o non essere quello originale. Per il calcolo dell’hash MD5 io uso il programma freeware HashTab che può essere scaricato dal sito del produttore (vedi Links utili) e si integra nella Shell di Windows. In pratica, dopo averlo installato, quando cliccherete col destro su un file, tra le “proprietà” ci sarà anche lo strumento per calcolare l’Hash. Questo programma è molto comodo anche per verificare che i files copiati su supporti rimovibili siano esattamente uguali a quelli di origine. Vedrete così quanti errori ci possono essere nelle copie eseguite su memorie di massa USB di basso costo !

Per il momento è tutto. Buona sperimentazione !

ESP8266 Modify default SSID without a compiler

This program has been written in FreeBasic with the IDE FireFly 3.50 ; both tools are free, easy to use and very “light”.  The compiled executable doesn’t need for installation, it’s ready to run. Just download the zipped file ssid_mod.zip and expand it in a working directory (ie. \downloads\esp8266) and there will be the ssid_mod.exe ready to run.
In order to expand the .zip you must supply a password that is: eficara. Be sure that the downloaded file is the original one by checking its MD5 with a tool like HashTab that’s available for free.
The MD5 hash for the zipped file must be: FB94DDF8B155A0511C13A60FE585642D. If it’s different, do not expand the zip, ‘cause it isn’t the original one. Look at the screenshot of the program just executed:

SSIDmod_ssHow it works

Prior to write this software, I tried to modify the original firmware binary file ESP_8266_BIN0.92.bin with a hex-editor, looking for the string “ESP_” that was the prefix of the default SSID. I found the string at address 0x82C4. Well, it was simple. I stored a new SSID string at the same address, with the care to not overcome the memory area reserved for such data. I then saved the new binary file and tried to re-flash my ESP-01 module, but the programmer failed at a certain block. Ok, the simplest solution did not work. The reason was that the binary file isn’t a “true binary”, but is a collection of binary data, instructions, addresses that are used by the programmer software to communicate with the ESP-01 bootloader (when in flash mode). Looking on the internet I discovered an important information: all the blocks in this “no-binary .bin file” are followed by a checksum. The checksum is very simple: it’s just the xor of all the bytes in the block. Then I decided to write this program that simply creates a string with the same checksum of the original one. This is possible due to the easy implementation of the checksum by means of xor ;.if it was done with a real CRC, this programming approach couldn’t have been used.

The string in the original .bin file is “ESP_%02X%02X%02X” that seems to be a constant data or a variable initialization data. This will probably be used in C statement like: printf(“ESP_%02X%02X%02X”, x,y,z) that means send the ascii “ESP_” followed by three bytes of data in HEX format, 2 characters each, capital letters, to the standard output. In our case, the default SSID of the module may be(for example): ESP_9A0FE9 where 9A, 0F and E9 are the three least significative bytes of the MAC address of the WiFi chip. The C compiler saves all the initialization data in a memory area called “data segment” and the linker creates a fixed map of all that areas. So, if we modify some data without overcoming the assigned space, we can change any initialization string. Note that C strings are “null-terminated”, that means that after the ascii characters there is a /0 (0x00). This makes very simple to change the default SSID of the module, in our case. The important thing is that the ‘Replacement String’ must be at least 2 bytes shorter than the one we want to change. This is because we want to change the data in that memory space without changing the full block checksum. This can be obtained in a very easy way. It’s better to explain with an example: suppose that we want to change an initialization string with the contents “ABCDEF” ; the checksum for all the characters will be 0x07 (0x41 xor 0x42 xor 0x43 xor 0x44 xor 0x45 xor 0x46). Now, lets change it in “TEST” ; such string has checksum 0x16 (0x54 xor 0x45 xor 0x53 xor 0x54) , so we simply add after TEST a null-terminator (0x00) and the value that makes the checksum equal to the one of the old string. In this case it’s 0x11 (0x11 xor 0x16 = 0x07). At the end, the ESP C program, when accessing that data, will find a variable at the default address with the contents : 0x54 0x45 0x53 0x54 0x00 (and this is the end of string, for the program) followed by 0x11. The C program will ignore the 0x11 (it’s after the null-termination), but the .bin file will result correct because “ABCDEF” has exactly the same checksum as “TEST” followed by 0x00 and 0x11. That’s all.

Why the original string is 16 characters long (ESP_%02X%02X%02X) and we can only use a max 10 characters SSID ? It could be 14 max (16 of original size, minus 2 for the checksum adjustment), but in this C program only 10 characters are used, even if you write a 14 characters field. I still haven’t a compiler and toolchain for the ESP8266, nor the C sources to look inside, but, for now, I reached my target that is to change the default SSID of the module without using a compiler and a toolchain. :)

update: 2016/04/20

I tried the SSID change on a newer version of the firmware (ai-thinker-0.9.5.2-9600.bin), changing the ‘Search String’ to AI-THINKER_%02X%02X%02X, and modifying the wanted SSID, but at the end of re-flashing, the ESP-01 module still presented the old SSID AI-THINKER_A0C76D :( The reason is simple: there is another point in the firmware where the string is saved in plain form. So I changed again the ‘Search String’ as you can see in the picture below and all was OK. Note that in this case, you can use an SSID up to 15 characters long.

new-version_ssReflashing the ESP-01 module

I used a tool called esp8266_flasher.exe to re-flash the ESP-01 module after the default SSID change; here is a screenshot of the operation. Note that the program ends with a failure trying to exit the “flash mode”, but it’s normal, ‘cause my hardware has a physical jumper to enter / leave such operating mode.

flash-downloader-ssThe original firmware, together with the programming tool, was found googling the internet for ESP8266_flasher_V00170901_00_Cloud Update Ready. The original binary file used in my experiments is the one named: ESP_8266_BIN0.92.bin

After resetting the module, the state of the WiFi networks visible from my computer was the one in the picture below. As you can see, I joined my ESP-01 module with SSID named WiFicara01, that was substituted to the one in the original flash rom binary file.

wifi-connected-ss

Software di test per ESP8266

Se qualcuno ha costruito il circuito che ho proposto nel mio precedente articolo sul fantastico IC ESP8266, potrà trovare utile un software di test in ambiente Windows per effettuare qualche prova. So che ci sono in giro applicazioni di tutti i tipi con la stessa funzione, ma di solito preferisco scrivere io stesso i miei programmi perché così ci metto dentro esattamente quello che mi serve, niente di più e niente di meno. Qui sotto si può vedere uno “screenshot” del programma in funzione:

tool_esp8266_ssIl programma è stato scritto in FreeBasic con l’IDE FireFly 3.50; questo ambiente di sviluppo è gratuito, facile da usare, “leggero” ed efficace.  Il programma è un eseguibile puro, non ha bisogno di installazione; una volta scaricato il file zippato Tool_ESP8266.zip si dovrà solo scompattare l’eseguibile in una directory di lavoro (ad es. \downloads\esp8266) e lì ci sara l’EXE pronto all’uso. Per scompattare il file verrà richiesta una password ; questa è eficara. Per verificare che il file zippato sia quello originale, mi raccomando di verificarne il contenuto calcolando l’hash (io uso il programma HashTab V5.10) e controllando che l’ MD5 sia: FC97A53A0465FCA6CD8CA471E2B2623E. Se è diverso, non scompattate il file, non è quello originale.

Caratteristiche del programma

Il programma comunica, attraverso una porta seriale, con il modulo ESP8266. In alto a destra nella schermata dell’applicazione ci sono i campi da riempire per settare la comunicazione seriale. Il numero della COM port potrà essere verificato vedendo, tra le risorse hardware del computer, quale indirizzo è stato assegnato dal sistema al convertitore USB-Seriale che avremo inserito in una delle porte USB del nostro computer. La velocità (speed) è solitamente di 115200 BPS, ma in alcuni moduli ESP molto vecchi (il primo lo comprai più di due anni fa) la comunicazione potrebbe essere inizialmente a 9600 BPS. Per verificare che tutto sia OK, basta inserire il numero della COM port e la velocità e cliccare il pulsante “open”. Se tutto è OK, allora la scritta sul pulsante si trasformerà in “close” e la porta di comunicazione sarà attivata; in caso contrario, si potrà leggere nella finestra dei messaggi la ragione per la quale la comunicazione non è possibile. In pratica, si può ricevere un errore per impossibilità di aprire la porta seriale (ad esempio. se avete sbagliato numero di porta COM) oppure per una velocità errata. In questo caso, riprovate inserendo altre velocità tra quelle standard: 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 o superiori se la vostra interfaccia USB-Seriale le supporta..

Una volta aperta la comunicazione, abbiamo a disposizione alcuni comandi pre-caricati nelle 9 righe di comando. Il contenuto delle righe di comando, ovviamente, può essere modificato secondo le proprie necessità. Notate che a destra di ogni comando AT c’è un commento, iniziato da una doppia barra // ; tutto ciò che scriverete dopo la doppia barra (e la doppia barra stessa) non verrà inviato sulla porta seriale. A destra di ogni riga di comando c’è un pulsante di invio il cui uso è abbastanza intuitivo: invia sulla porta seriale il comando AT contenuto nella riga. Sulla finestra dei messaggi si vedrà il messaggio inviato e la conseguente risposta del modulo ESP collegato. I comandi pre-confezionati, così come li vedete appena aperto il programma, consentono di effettuare tutte le operazioni necessarie per attivare un server TCP sulla porta 80. Nella foto della schermata del programma, vedete l’effetto di un browser che cerca di accedere ad una pagina html del nostro ESP. Ovviamente, il browser rimane “impallato” per mancanza di risposte fino a quando non inviamo il comando sulla riga 9, che chiude la connessione TCP (oppure al timeout in attesa di risposta).

Se modifichiamo i comandi, inserendo al posto di quelli “di default”, quelli che riteniamo utili alla nostra sperimentazione, potremo poi salvarli (tutti insieme) usando il pulsante “save” in alto a destra nel riquadro -disk- ; analogamente, potremo ricaricare una combinazione di comandi salvata usando il pulsante “load”. Bisogna tenere presente che se il programma eseguibile è stato salvato in una directory che richiede i privilegi di amministratore, per salvare un file bisognerà lanciare il programma con i privilegi richiesti, quindi “esegui come amministratore”. Se si è utilizzata una directory con i diritti di scrittura da parte dell’utente, non ci sarà problema.

Per il momento è tutto. Buona sperimentazione !

Nota: a questo link è possibile trovare una nuova versione del programma con alcune importanti migliorie.

Ventola aspirafumi “al-volo”

Ho comprato una piccola lampada per illuminare la zona del tavolo dove costruisco i miei circuiti. Questa lampada è a bassa tensione, molto semplice. Nella base c’è un trasformatore da 220V a 12V di una discreta potenza. E’ molto pesante, quindi fa anche da contrappeso alla struttura. Poi, la tensione alternata a 12V è portata alla lampada alogena attraverso due “antennine” telescopiche che permettono di posizionare la luce all’altezza preferita. Il fatto che la tensione a 12Vca sia presente sulle “antennine”, mi ha fatto venire l’idea di costruire una ventola aspirafumi da utilizzare mentre faccio le saldature. Ho usato una ventola tipica da computer, un ponte di diodi per raddrizzare l’alternata ed un elettrolitico per il livellamento. Per prendere la corrente dalle “antennine” ho utilizzato delle clip metalliche a molla fatte (normalmente) per tenere insieme i fogli. Ecco il prodotto del mio lavoro:

La ventolina costruita in pochi minuti

La ventolina costruita in pochi minuti

Le clip metalliche aderiscono perfettamente alle antennine e sono fatte di materiale che si presta benissimo ad essere stagnato, quindi la saldatura dei fili è estremamente semplice. Ecco la foto della ventolina collegata alla lampada:

La ventola in funzione

La ventola in funzione

Quando faccio le saldature, metto la ventola in modo che aspiri l’aria dalla zona della saldatura e la spinga lontano dal mio naso… Se invece sto scrivendo qualcosa sul computer e fa caldo, giro la ventola in modo che rinfreschi me e pure il notebook !

Per l’uso come aspirafumi, consiglio di aggiungere dal lato dove “soffia”, una spugnetta di quelle nere, che di solito si trovano nelle confezioni di componenti elettronici. In questo modo le particelle dannose del fumo vi resteranno intrappolate e l’aria sarà più pulita.

SMPS – Sono Molto PericoloSi

L’acronimo SMPS, in Inglese, significa: “Switched-Mode Power Supply” e non: “Sono Molto PericoloSi”… Però sono veramente molto pericolosi ! Chiunque volesse cimentarsi nell’autocostruzione o nella riparazione di tali dispositivi, dovrà fare MOLTA attenzione, per non finire FULMINATO !

Le nostre case, ormai, sono disseminate di alimentatori SMPS; ogni telefono o smartphone ne ha uno, come pure ogni notebook, PC, televisore, sistema di illuminazione a LED e chi più ne ha, più ne metta. Un alimentatore SMPS di qualità, progettato bene e costruito con componenti affidabili, è robusto e sicuro, ma molto spesso i costruttori “senza brand” e “low cost” producono circuiti semplificati e con componenti di seconda scelta, con il risultato che un giorno andate ad inserire l’alimentatore nella presa di corrente e quello fa un suono secco e produce una nuvoletta di fumo nero. Questo, se vi va bene… perché ci sono finali peggiori.

Se vi viene voglia di riparare un alimentatore SMPS per il telefonino o comunque un modello di bassa potenza (max 10W), dovete per prima cosa attrezzarvi con un minimo di circuiteria di sicurezza per isolarvi dalla rete elettrica di casa a 220V. I contratti di casa da 2.5KW o 4KW portano sulle vostre prese di corrente una potenza capace di “friggervi” in pochi secondi, quindi… non siate incoscienti e prendete le dovute precauzioni. Non cercate di riparare o comunque di mettere le mani in alimentatori da più di 10W (per esempio, non provateci con gli alimentatori dei notebook) perché al salire della potenza, crescono anche le necessità di sicurezza e di una strumentazione professionale. Per dispositivi di potenza, rivolgetevi a laboratori attrezzati ed a tecnici che abbiano maturato un’esperienza pluriennale nel settore.

Protezione dalla linea 220V con due trasformatori

Protezione per linea 220V con due trasformatori

AVVISO : se volete fare esperimenti e collegare circuiti alla rete elettrica a 220V, lo fate a vostra discrezione e sotto la vostra responsabilità. L’attività in sé è rischiosa e comporta gravi pericoli, tra i quali anche il pericolo di vita. Ho dato risalto a questo avviso, scrivendolo in rosso, per mettere in guardia chiunque volesse replicare gli esperimenti descritti in questo articolo.

Per isolarsi dalla rete elettrica a 220V e disporre comunque di una sorgente di tensione alternata a 220V – 50Hz, la cosa più semplice da fare è quella di collegare tra loro due trasformatori identici attraverso gli avvolgimenti secondari. Io ho utilizzato due alimentatori in alternata, cioè privi di raddrizzatore, provvisti di prese secondarie (24V-18V-15V-12V-9V) perché in questo modo posso creare tensioni in uscita un po’ più alte o un po’ più basse di 220V, a seconda di come posiziono il selettore del trasformatore “primario” e di quello “secondario”. Lo schema elettrico qui sotto chiarirà meglio il concetto.

protect220v-schI selettori select #1 e #2 sono mostrati come se fossero solo con 2 posizioni, mentre ne hanno 5 nella realtà, ma per la nostra applicazione useremo solo le quattro combinazioni possibili con i due selettori mostrati in figura. Nella foto del prototipo circuitale mostrata sopra, si vede il tester che misura 213 Vca sul connettore denominato “220V protetta”; tale valore si ottiene mettendo i selettori #1 e #2 entrambi sulla posizione 24V e collegando il connettore denominato “Linea 220V 50Hz” alla presa di corrente.

Perché ci sono tanti alimentatori SMPS ?

Le ragioni sono di tipo economico e di ingombro. Un alimentatore standard, non switched-mode, è molto semplice (vedi schema)

Alimentatore standard, non regolato

Alimentatore standard, non regolato

In pratica c’è il trasformatore, un ponte raddrizzatore e un condensatore di livellamento. Il circuito è molto semplice e sarebbe anche poco costoso se non fosse per il trasformatore. L’efficienza dei trasformatori, infatti, aumenta con l’aumentare della frequenza. Un trasformatore fatto per funzionare a 50Hz ha bisogno di un notevole “pacco ferromagnetico” per trasferire la potenza dal primario al secondario. Però, purtroppo, la frequenza della linea elettrica a 220V è proprio di 50Hz… Allora come si fa ad usare dei trasformatori più piccoli per ottenere la stessa potenza ? Si realizza uno switched-mode ! In pratica si raddrizza la 220V (diodo e condensatore ad alto voltaggio) e con la tensione continua ottenuta si alimenta un oscillatore ad alta tensione con un’alta frequenza. Poi si utilizza questa alta frequenza in un trasformatore appositamente creato, che sarà molto più piccolo perché alle alte frequenze il pacco ferromagnetico si riduce moltissimo. Alla fine, sul secondario di questo piccolo trasformatore, metteremo di nuovo un raddrizzatore ed un condensatore di livellamento e così otterremo la bassa tensione livellata (ma non ancora stabilizzata).

Abbiamo detto che all’aumentare della frequenza, migliora l’efficienza dei trasformatori. Si è assistito, in questi anni, a un aumentare costante delle frequenze degli alimentatori switched-mode. Ricordo i primissimi che avevano oscillatori a circa 30 KHz, poi si è passati a 50, poi a 100, poi a 300 KHz e ultimamente si è andati oltre 1 MHz ! C’è però un limite, imposto soprattutto dalla irradiazione di frequenze “spurie” di questi circuiti. Gli oscillatori, infatti, sono ad onda rettangolare e con un duty-cycle (pieno/vuoto) variabile in funzione del carico d’uscita. Questo significa che un oscillatore ad oltre 1 MHz crea moltissime armoniche a frequenze tre, cinque, sette, nove (eccetera) volte superiori alla frequenza fondamentale. Un’onda quadra, quindi con un duty-cycle del 50%, genera una terza armonica con 1/3 della potenza della fondamentale, una quinta armonica con 1/5 della potenza, una settima con 1/7 e così via. Un’onda rettangolare (duty-cycle diverso dal 50%) ha sempre una gran quantità di armoniche, ma queste hanno una distribuzione di potenza differente. Se pensiamo che le variazioni di carico modificano continuamente il duty-cycle dell’oscillatore, ci rendiamo conto di quanto sia importante il problema delle emissioni di frequenze spurie. Un trasformatore ben costruito, comunque, tiene gran parte del campo elettromagnetico all’interno del proprio nucleo, ma più si sale di frequenza e più è facile andare a disturbare vari tipi di apparecchi radio.

Vediamo com’è fatto un tipico alimentatore SMPS di bassa potenza. Praticamente ogni caricabatterie per smartphone gli somiglia parecchio !

Un classico alimentatore SMPS di bassa potenza

Un classico alimentatore SMPS di bassa potenza

La sezione 1 è costituita dal circuito raddrizzatore / livellatore che trasforma l’alternata a 110/220V in una continua ad alta tensione che verrà usata per alimentare l’oscillatore ad alta frequenza. La sezione 2 è l’oscillatore ad alta frequenza che ha come carico il primario del trasformatore. La sezione 3 è il raddrizzatore / livellatore a bassa tensione, collegato al secondario del trasformatore. La sezione 4 è l’elemento che permette la stabilizzazione della tensione di uscita. In pratica è la “retroazione” o “feedback” per l’oscillatore. Per tenere isolata la parte a bassa tensione da quella ad alta tensione, si usa un fotoaccoppiatore. Il diodo zener costituisce l’elemento stabilizzatore ed agisce facendo accendere il led del fotoaccoppiatore quando la tensione d’uscita supera quella di zener (più la caduta del diodo led). Il transistor del fotoaccoppiatore modifica di conseguenza il funzionamento dell’oscillatore ad alta frequenza producendo così una bassa tensione costante al variare del carico. Questa è una semplificazione del funzionamento dell’alimentatore SMPS. Ci sono molte altre cose da conoscere sull’argomento e consiglio a chi volesse imparare davvero per bene di leggere i numerosi datasheets degli integrati più recenti per comprendere a fondo la teoria di questi circuiti e tutti i trucchi per ottimizzarne le prestazioni. Per fare pratica, ci sono anche delle “evaluation board” vendute da fornitori on-line di materiale elettronico. In alternativa, si può smontare il caricabatterie di un telefono e si troverà qualcosa di molto simile al circuito mostrato nella figura. Mi raccomando, siate prudenti. Questi circuiti sono pericolosi ! Se ci lasciate la pelle, non mandate da me i vostri eredi a lamentarsi della vostra prematura dipartita. Io vi ho avvisati !

Un esempio pratico

Qualche tempo fa vidi su un “noto negozio on-line” uno stock di 5 alimentatori SMPS di vecchio modello. Costavano veramente poco ed erano di produzione marcata STMicroelectronics, quindi di ottima qualità. Decisi di comprarli perché volevo utilizzarli per realizzare degli alimentatori da 9V per alcuni miei prototipi. Nella foto qui sotto vedete l’etichetta che era presente sul contenitore, ed il circuito interno dalla parte saldature e da quella dei componenti.

Caricabatterie di vecchia produzione, ma di buona qualità

Caricabatterie di vecchia produzione, ma di buona qualità

Come si vede dalla figura, all’interno c’era un secondo circuito, dotato perfino di un microcontrollore ST6. La ragione per questa “complicazione” è che qualche anno fa si tendeva a mettere il circuito di ricarica delle batterie all’interno degli alimentatori, anziché nei telefoni. Poi c’è stata una normativa europea che ha imposto a tutti i costruttori di mettere in commercio alimentatori compatibili fra loro e così i circuiti di ricarica si sono “spostati” all’interno dei telefoni. Oltre a questo, mentre prima la tendenza era quella di fare telefoni sempre più piccoli (quindi con pochissimo spazio all’interno per i circuiti), ora i telefoni stanno diventando sempre più grandi (praticamente sono dei tablet) e quindi di spazio all’interno ce n’è parecchio, almeno sul piano orizzontale.

Una volta data un’occhiata al circuito, ho visto che potevo eliminare completamente il microcontrollore e diversi altri componenti. Riducendo tutto all’osso, praticamente arrivando molto vicino allo schema presentato precedentemente, il risultato è stato questo:

Il circuito dopo l'eliminazione del "superfluo"

Il circuito dopo l’eliminazione del “superfluo”

Notate in basso nella foto il diodo Zener usato come stabilizzatore. Il valore di Zener è di 8.2V e in questo modo ho ottenuto una tensione di uscita (a vuoto) corrispondente a 8.2V + 1.5V di caduta attraverso il led del fotoaccoppiatore, per un totale di 9.7V , Volevo un alimentatore da 9V con tolleranza del +/- 10% e l’ho ottenuto. Di sotto la foto del tester che misura la tensione a vuoto. Per il momento è tutto…

La prova pratica: collegato alla linea (attraverso il circuito di sicurezza) e al tester

La prova pratica; il circuito è collegato alla linea 220V (attraverso il circuito di sicurezza) e al tester

Compleanno bisesto

Il 29 Febbraio del 2012 aprivo questo sito. Grazie alla sapiente scelta della data, devo scrivere un articolo che ricordi la ricorrenza solo una volta ogni quattro anni. Sono sempre stato un gran furbone. Il XXIX II MMXII la situazione economica era la seguente: petrolio a circa 140 $ al barile; un euro valeva circa 1,40 $; lo spread btp-bund era oltre i 500 punti. Il governo regolarmente eletto era stato costretto a dimettersi. La situazione di oggi XXIX II MMXVI è questa: petrolio a circa 30$ al barile; un euro vale circa 1,10$; lo spread btp-bund è a circa 100 punti ed abbiamo avuto tre governi non eletti democraticamente. Nonostante gli immensi vantaggi che provengono dalle mutate (e favorevolissime) condizioni economiche globali, la gran maggioranza della gente vive molto male e non riesce “ad arrivare alla fine del mese”. Gli economisti non sono in grado di fare “i conti della serva” e i politici non si accorgono che il mondo è profondamente cambiato. Un Paese viene considerato “governabile” solo se la maggioranza non ha opposizione, oppure se l’opposizione può essere messa a tacere con “un voto di fiducia”… Il bello è che con un terzo dei votanti (non degli aventi diritto al voto) si può prendere la maggioranza del parlamento, rendendo così, di fatto, la forma di governo in atto come una “dittatura a tempo”. Questo mi rattrista profondamente.

Normalmente, utilizzo questo sito come “contenitore” per i miei appunti su elettronica e informatica e per condividere con altri l’esperienza che ho acquisito negli anni e i risultati delle piccole prove che continuo ad eseguire perché sono ancora mosso dalla stessa curiosità che avevo da ragazzino. Questa volta, in occasione del primo “compleanno bisesto” del mio sito, ho voluto anche aggiungere questa amara constatazione sullo stato delle cose in questa Italia che comincia a puzzare di marcio.

Non temere, occasionale lettore di questa pagina… da domani si torna ai bei giochi dell’elettronica e dell’informatica. Anzi, per sorridere un po’ voglio pubblicare qui un “certificato di partecipazione”. Di che si tratta ? Inviai il mio nome alla NASA nell’anno 2008 (anche questo bisestile !!!) perché fosse incluso nella lista che sarebbe stata messa a bordo della sonda Kepler, lanciata poi nel 2009 verso le profondità dello spazio. Se la sonda troverà una forma di intelligenza lassù, mi aspetto di essere contattato, magari per una consulenza pagata in crediti stellari ! Per aspera ad astra…

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Interfacciare il modulo ESP-01 con una porta USB

Ho di recente realizzato un progetto basato sul dispositivo ESP8266. Quando ho cominciato a lavorare sul dispositivo, ho acquistato un modulino ESP-01 su un “noto negozio on-line” e poi, per fare le prime prove, ho pensato di collegare il modulino ad una porta USB del notebook, in modo da scrivere qualche programma di test. Ho quindi realizzato questo circuitino di prova:

Il circuito montato

Il circuito montato

Questo circuito è costituito da tre blocchi, due dei quali sono l’interfaccia USB-TTL e l’ESP-01, mentre il terzo elemento è autocostruito. Ecco i tre blocchi:

I tre moduli del circuito

I tre moduli del circuito

A sinistra vediamo il circuitino autocostruito, al centro l’interfaccia USB-TTL e a destra il modulo WiFi ESP8266. Il circuito autocostruito è montato molto “alla svelta” come si evince dalle foto (fronte e retro):

il circuito autocostruito, fronte e retro

il circuito autocostruito, fronte e retro

Lo schema del circuito è questo (disegnato a mano, spero sia comprensibile) :

Schema elettrico del circuito e del collegamento dei moduli

Schema elettrico del circuito e del collegamento dei moduli

Nota: nel mio prototipo non c’è più spazio nemmeno per uno spillo, ma se ve ne costruite uno un po’ meno “compatto”, aggiungete una resistenza da 1K in serie al pulsante di reset dal lato Gnd, così pure sul jumper “re-flash”, sempre verso Gnd. Questo servirà a proteggere i segnali di I/O qualora nel modulo ESP-01 sia stata caricata una versione di firmware diversa da quella “base”, magari con i pin GPIO16 o GPIO0 non impostati come ingressi.

Sul modulo USB-TTL che ho usato io, ci sono solo 4 pin, che sono Vout, Txd, Rxd e Gnd, ma ci sono altri moduli che hanno più collegamenti. Quelli che servono, sono Gnd, Txd, Rxd e un quarto pin che porta la V_Usb, cioè il 5V preso dalla porta USB. Sul mio modulo c’è un jumper per scegliere se portare sul pin di uscita la tensione di 5V dalla presa USB oppure la 3.3V ricavata da un regolatore interno del chip. La tensione di 3.3V andrebbe bene, ma la corrente fornita dal regolatore interno è insufficiente, così useremo la 5V e creeremo la 3.3V con un regolatore LM1117-3.3, che è in grado di fornire al modulo ESP-01 i 3.3V e la corrente necessaria per funzionare. Il ponticello chiamato: “re-flash jumper” serve per fare l’update / upgrade del firmware contenuto nel modulo ESP-01, mentre il pulsante di reset serve… a resettare il modulo WiFi.

Sessanta e… stop ? No, avanti (adagio) !

veni, vidi, risi

veni, vidi, risi

Avevo deciso di chiudere tutto… e l’avevo fatto, ma due buoni amici mi hanno detto che era un peccato; allora ho deciso di ascoltarli e piano piano sto rimettendo tutto in piedi. In questa “ristrutturazione” ho deciso di recuperare anche alcuni miei vecchi siti web (il primo lo realizzai nel 1997); lo stile di queste pagine “datate” sarà differente, ma in fondo la denominazione del sito è “DISORDINE !” e quindi dovrebbe andare bene. Comunque, credo che i contenuti siano più importanti della forma. A mano a mano che recupererò il vecchio materiale, aggiungerò i link nella colonna a destra: “I miei vecchi siti”.

Esperimenti su USB OTG

Ho acquistato dei connettori plug micro USB per fare degli esperimenti. Sto costruendo un dispositivo che sfrutta un phablet (phone-tablet) con lo schermo da 6.5 pollici e sistema operativo Android, come interfaccia utente per un sistema di controllo luci casalingo. Ho collegato una interfaccia USB-Serial al cavetto in dotazione al phablet (quello che ha un plug microUSB e un receptacle USB-A) ed ho scritto un programma di prova (perfettamente funzionante) che mi permetteva di colloquiare tramite la porta seriale disponibile, col resto del mio apparato. Bene, però non è pratico avere il phablet con il cavetto adattatore, l’interfaccia USB-Serial e lo spinottino di alimentazione collegati. Ho pensato: adesso aggiungo al mio circuito un chip di convertitore USB-Serial della FTDI e faccio un cavetto che parta direttamente dalla scheda e finisca nel phablet, nel receptacle microUSB presente. Sarebbe bello, ho pensato, sfruttare lo stesso cavo ANCHE per alimentare il phablet e ricaricare la sua batteria. Con questa idea in testa, sono andato a leggere un po’ di documentazione sulla USB OTG ed ho trovato che oltre ai soliti 4 segnali, ce n’è un quinto. Questo segnale viene definito ID ed ha molteplici funzioni. Quella di base è semplice: se viene messo a GND, “avvisa” il dispositivo che deve comportarsi come un USB HOST e deve anche generare la tensione di 5V tipica di un dispositivo di questo tipo. Si noti che ormai praticamente tutti i dispositivi tablet, smartphone, phablet funzionano con una batteria da 3.7V (che in full charge è a 4.2V) e che quindi è necessario, all’interno del dispositivo, un regolatore step-up in grado di portare la tensione della batteria un pochino più in alto, per raggiungere i fatidici 5V. Questo step-up, ho scoperto a mie spese, ha una corrente limitata e qualche volta non è protetto (maledizione). Per cui, se provate a collegare, per esempio, un motorino elettrico ai contatti positivo e negativo del connettore USB, il telefono …si guasta :( Nello specifico, il mio Samsung Nexus non voleva più saperne di spegnersi. Premevo il pulsantino di lato, si spegneva per tre secondi e poi si riaccendeva da solo. Certe volte passava più tempo, ma alla fine si riaccendeva da solo. Essendo fuori garanzia, ho costruito un connettorino microUSB con una resistenza, che prende il livello di una delle linee di dati e lo riporta sul pin di alimentazione. Così il telefono “vede” di nuovo una situazione regolare sul connettore microUSB e funziona come prima. La scocciatura è che ho sempre questo piccolo plug attaccato alla base del telefono. Un amico mi ha chiesto: “ma che cos’è che hai attaccato lì sotto ?”. Ed io ho mantito dicendo che si trattava di un dispositivo per diminuire l’influenza delle microonde sul mio cervello. Tornando al regolatore step-up presente nel dispositivo, sono andato a cercare quale fosse la corrente tipica disponibile e ho trovato su un solo documento un riferimento ad un’applicazione con Imax = 8mA. Leggendo le varie opzioni dei costruttori di chip con funzione di USB OTG, ho notato che il pin ID è collegato anche a dei comparatori interni, quindi non è solo un pin di on/off, ma fornisce al controller diversi possibili “stati” in funzione della tensione presente. Ora, dato che internamente c’è una resistenza di pull-up (verso il positivo), la tensione presente sul pin ID dipende dalla resistenza verso GND che mettiamo sul nostro circuito esterno. Tolta la resistenza da zero Ohm (che è quella vista in precedenza), ci sono altri valori tipici (e precisi) che permettono di “avvisare” il controller di come deve comportarsi il circuito. Addirittura, in un modello di chip, è possibile collegare una tastiera a questo singolo pin ! Ogni tasto viene decodificato in base al valore di resistenza che mette a GND. I valori “standard” per le funzioni più importanti dovrebbero essere 36.5K / 68K /120.4KOhm.
Quello che interessa a me è di poter “dire” al phablet che deve comportarsi da HOST, cioè deve “vedere” la mia interfaccia USB-Serial e utilizzarla come accessorio USB, ma che NON deve generare il 5V con lo step-up, perché il 5V lo voglio fornire io dall’esterno per ricaricare il phablet. Quindi, ho costruito un cavetto e mi sono messo a fare delle prove.

Il primo cavo costruito per le prove

Il primo cavo costruito per le prove

Per prima cosa, ho cercato la piedinatura di un connettore plug microUSB e l’ho trovata subito in internet. Ho costruito il cavetto e non funzionava in nessun modo. Per forza… gli schemi che avevo trovato su internet erano SBAGLIATI ! Ho preso un multimetro e dei fili molto sottili ed ho fatto delle misure in Ohm. Trovata la giusta piedinatura, ho proseguito nell’esperimento. Nella foto sotto potete vedere il mio connettore con i piedini giusti.

Il secondo cavo., quello usato nel prototipo completo

Il secondo cavo., quello usato nel prototipo completo

Poi sono andato avanti per vedere come raggiungere il mio obbiettivo. Secondo la documentazione, il dispositivo dovrebbe fare quello che ho scritto prima se “vede” una resistenza da 36.5KOhm. Non ho questo valore tra le mie resistenze e quindi ho usato una 33K con in serie un trimmer multigiri da 5K. Ho misurato il valore preciso di 36.5KOhm ed ho collegato il circuito, ma niente, non faceva quello che mi aspettavo.
Ho deciso, allora, di usare un trimmer da 100KOhm, senza resistenza in serie, e sono partito da zero salendo poi di un pochino per volta. Arrivato tra 3.9K e 4.7K il phablet, improvvisamente, si è messo a fare quello che volevo. Come l’ho capito ? Avevo un voltmetro messo sui pin Vbus (Vcc, il +5V della USB) e GND. Con la resistenza di zero Ohm sul pin ID, si vede il tester che segna immediatamente 5V (lo step-up interno è stato attivato) salendo verso i 3KOhm il 5V è scomparso, quindi lo step-up doveva essere stato disattivato. Ora c’era da vedere se il phablet riconoscesse l’accessorio USB, perché mi servono entrambe le cose. Lo riconosceva. Ho provato ad aumentare ancora il valore di resistenza e sono arrivato a circa 6KOhm e a questo punto l’interfaccia USB-Serial non veniva più riconosciuta. Allora ho messo sul mio circuito una resistenza da 4.7K e via.
Attenzione, su un altro dispositivo (di marca diversa) la cosa non funziona. Ho notato che queste “regole” sulla USB OTG vengono, come dire, “interpretrate” dai vari costruttori secondo le proprie esigenze. Comunque, il metodo rimane valido. Si costruisce il cavetto e si provano le resistenze tipiche per ottenere la tal funzione. Se la tensione di 5V scompare e un dispositivo accessorio USB (ovviamente alimentato esternamente) viene correttamente riconosciuto, allora si può ricaricare il telefono / tablet attraverso i pin Vbus (VCC) e GND del connettore microUSB.

Ricordo a chi volesse provare, che un errore significa bruciare il circuito interno, quindi se leggendo queste righe vi è venuta voglia di provare e così facendo rompete il vostro dispositivo (o quello di un imprudente amico che ve l’ha prestato), non venitevi a lamentare con me. Vi metto in guardia: IL DISPOSITIVO SI PUO’ ROMPERE, SE SBAGLIATE QUALCOSA.

Bene, chiudo qui. Il mio phablet mostra il segno di ricarica ( e si ricarica ! ) e contemporaneamente “vede” il circuito esterno come un accessorio USB. Quindi, dal mio circuito al phablet c’è solo un piccolo cavo, che da una parte ha un connettore a vaschetta (tipo IDC) e dall’altro un plug microUSB. Job done.

Un altro telecomando TV per smartphone Android

Sì, l’ho fatto ancora. In un mio precedente articolo descrivevo come costruire una interfaccia da collegare al telefonino per poterlo usare come telecomando per il TV. L’applicazione Android permetteva, in quel caso, di controllare un TV di modello Sony Bravia, che utilizza un protocollo a infrarossi di tipo NEC. Ora non ho più quel televisore ed ho un piccolo Telefunken, che però usa un protocollo a infrarossi di tipo RC5, che è completamente diverso. Allora ho scritto una nuova applicazione, mantenendo sempre la stessa interfaccia hardware. E’ da notare che la distanza di funzionamento di questa versione è inferiore alla precedente. Purtroppo, la frequenza generata col sistema descritto nella pagina citata a inizio articolo è sempre di 38.4 KHz che è molto vicina ai 38 KHz “standard” del protocollo NEC, ma purtroppo è un po’ distante dai 36 KHz canonici del protocollo Philips RC5. Comunque, funziona lo stesso, dato che il notch filter del ricevitore non è proprio così stretto in frequenza, ma ha una “campana” ampia a sufficienza per tollerare questo errore in frequenza… Per la corretta temporizzazione delle fasi di “pieno / vuoto” ho utilizzato i pattern che derivano da 11 bytes di valore 0x5B per il “pieno” (burst di frequenza) e 11 bytes di valore 0x00 per il “vuoto” (pausa). Durante la trasmissione di 11 bytes di valore 0x00 si avranno comunque dei “glitches” di 8.68 uS attivi alti, perché questi sono gli “stop bits” della trasmissione che non posso eliminare. Per fortuna, i circuiti di ricezione presenti nei TV hanno una funzione di “filtro” che elimina questi disturbi. I filtri sono indispensabili perché alcuni tipi di illuminazione domestica (specie i tubi al neon) emettono disturbi nello spettro dell’infrarosso con una potenza notevole (provare per credere). Senza una “ripulita” del segnale, i telecomandi sarebbero poco efficienti. Comunque, i prossimi controlli remoti per TV saranno via radio, con i soliti 2.4GHz che ci stanno rendendo le case simili a forni a microonde… :)

Perché il tutto funzioni, è necessario che la versione Android sia in grado di gestire le periferiche USB, naturalmente. Nella figura sottostante potete vedere lo screenshot del programma in funzione.

Il programma in funzione: iRemUSB-RC5

Il programma in funzione: iRemUSB-RC5

La App iRemUSB-RC5.apk è scaricabile gratuitamente dalla mia pagina di Google Play.