Your HotSpot is a presence detector

note: USB connector used only to power the circuit

I never connect my devices to “free wifi” hotspots. I’ve seen what a (bad) hacker can do, using one laptop, a battery powered Raspberry PI board and a collection of software tools. He can spy (almost) any smartphone that is connected to the same “free wifi” hotspot.

For this reason, I always use my own LTE 4G connection and my smartphone is always enabled to share such internet connection with my other devices (one laptop, another smartphone and some other) using an access filter based on MAC address of every device. This is more secure than use “free wifi” hotspots and I suggest to everyone the same approach. However, this isn’t the subject of my post.

Having my own hotspot, with the SSID choosen by myself, I can use the smartphone for a lot of nice services. In this article I will describe one of them.

The presence blinker

I’m currently living in a B&B, ‘cause I’m far from home, due to a contract job. When I am in my room, I don’t make too much noise. I just read or write documents; the TV is turned off and also the music is off. So, it happens that other hosts of the B&B, when going out, lock the main door with the key! This makes me a bit claustrophobic! To avoid this unfair situation, I decided to build a flashing light that will be visible from the low side of my room’s door, just to warn the other hosts that I am in my room

I thought about a passive IR sensor, but such devices work only if there is a movement in the room, and I don’t move so often. Also microwave sensors based on Doppler effect work in the same way; they activate the output when there is a movement. Finally, I decided to use my smartphone as a presence detector… I built a small device based on the well known ESP-01 module. This device has an ATtiny2313 microcontroller and a blue led (high luminosity) that blinks when I am in the room (with my smartphone). When my smartphone goes out (with me) the led stops blinking…

The working principle is very simple. The microcontroller sends AT commands to the ESP-01 to get the list of active hotspots in the area. One of such hotspots is my smartphone, so the SSID string is taken and compared with the one programmed in the internal flash memory. If the two strings match, the led blinks; otherwise the led remains off. So simple…

Note that no connection is active between the module and the smartphone; there is only a periodic check of the visible hotspots. This timed check happens every six seconds and the led lights for 250 mS each time (if your SSID is found).

Note that the SSID of your smartphone must be programmed in the flash memory of the microcontroller (the default is “myHotspot_15car”) so I added an application for PC that modifies the original .hex file to change the default SSID to the one that you like. The max number of characters allowed for your SSID is 15. This limit comes from the low amount of ram memory available on the ATtiny2313 microcontroller (just 128 bytes). Remember that you can choose your SSID in the smartphone using the appropriate menu, so write down one that has max 15 characters and the job is done. Another limit imposed by low ram resources (lack of buffers for serial communication), is that you must program the ESP-01 module to use a 9600 BPS communication speed. There is an AT version created with such default speed on this website:

http://wiki.aprbrother.com/wiki/Firmware_For_ESP8266

go there and look for ai-thinker-0.9.5.2-9600.bin. You can also modify (in a permanent way) the current communication speed of your ESP-01 module using AT commands. There are two, that works depending upon the version of firmware installed. Try both of them; the first that gives answer “OK” is the right one ūüôā

For additional information and tools, take a look at my previous articles here:
http://ficara.altervista.org/?p=3041
http://ficara.altervista.org/?p=3158

You could also look at another my article, that was the “starting point” for this project. There you can find a downloadable executable and the relative source program in FreeBasic. It can be useful to better understand how it works. The link is:
http://ficara.altervista.org/?p=3711

Someone can say: “Hey, I can program the same SSID on my smartphone and fool your device so it thinks that you’re in the room, while you aren’t” ! Then I can answer: “so, I will add to my firmware a check of the WPA2 password of my hotspot, that’s invisible to you” ! Such password check option opens the road to many applications where your smartphone will be the key to unlock your car, your door, to turn on lights at home and every thing you want, simply having it near to you. No buttons to click, no Apps to run, just the “native” HotSpot feature active. It’s easy !

In the downloadable file you can find the .hex file that must be programmed in the microcontroller and the .exe that allows you to insert your SSID in the flash memory, prior to program the micro ! The firmware is very small (less than 1 Kb) and has been written in pure C without any special library.

The schematic of the device is simple. Here below there is a picture of it. You can also download it in PDF format for a better view (click this link).

Disclaimer of Liability.
The program or software described, freely downloadable from the site, has to be considered a free “demo” and therefore the author Emilio P.G. Ficara will not provide any support nor will be responsible for any problem, damage, or consequence that may occur during download or execution of the application.

By clicking this link to download the file, you implicitly declare that you have read and understood the non-assumption clause and to accept it.

Always check the MD5 checksum for the files you download! In this case, it must be FC211B2DCBF05C7874489AC32C7D9641 . If it is different, the file is corrupted or is not the original one, so do not unpack it and throw it away! If it is all right, you can unzip it (use the 7Z program with the password: eficara).

You can also run the executable on a USB memory stick as it does not need installation, being a pure executable.

Have fun !!!

Problemi (risolti) su FW AT con GPIO per moduli ESP8266

Nell’articolo precedente ho descritto un utilizzo inusuale per i soliti modulini ESP8266. Per poter utilizzare il comando AT+CWLAPOPT (quello che consente di utilizzare delle opzioni quando si chiede la lista degli Access Points) ho dovuto aggiornare il firmware del modulino ESP-01 che ho utilizzato. Tutto ok. Poi, per√≤, ho tentato di aggiornare il modulino con la versione firmware contenuta nel file ESP8266_NONOS_SDK-2.1.0.zip (il FW AT che consente di utilizzare il GPIO del modulo) ed ho trovato delle difficolt√†. Una volta programmato con tale versione, il modulino si resettava di continuo. Dopo un po’ di indagini e prove con vari file di boot presi da versioni precedenti (boot 1.2 ; boot 1.6; boot 1.7 e altri), mi sono un po’ stufato ed ho preso con un editor esadecimale la zona di memoria dedicata al boot (a partire dall’indirizzo 0x00000) da un firmware sicuramente funzionante (una versione vecchia, distribuita con un file .bin unico) e da quella ho ricavato un nuovo file boot.bin “tutto mio” o quasi ūüôā Usando questo “frankenstein” ho finalmente programmato con successo l’ultima release del firmware. Ora i comandi relativi al GPIO vengono accettati ed eseguiti.

Ho deciso di pubblicare qui il piccolo file myboot.zip per coloro i quali si trovassero ad affrontare lo stesso problema.

Tengo a precisare che si tratta di una soluzione “per hobbisti” ! Non mi assumo responsabilit√† per malfunzionamenti o difetti ! Si tratta di un esperimento e come tale va trattato !

Nota: il file myboot.bin è zippato con password. Usate il programma 7Z con la password eficara per estrarlo.

ESP-01 : usi alternativi di RSSI

Normalmente, usiamo il modulino wifi ESP-01 per fare dispositivi che si connettono a Internet ; trasmettiamo o riceviamo informazioni, fondamentalmente per realizzare dei sensori o degli attuatori. C’√® un’infinit√† di applicazioni in giro, alcune ben documentate e originali, altre copie di copie di copie (ricursivo). Da un lato ci sono dei principianti con una preparazione “vergognosa” che si spacciano per “specialisti”, ben consci del fatto che ci sar√† sempre in giro su Internet qualcuno che ne capisce meno di loro ūüôā , altri invece sono decisamente “bravi e preparati” e leggere quello che propongono √® davvero interessante, anche per un “addetto ai lavori”.

Negli ultimi anni, prodotti come Arduino, ESP8266 e Raspberry PI hanno “rivitalizzato” un settore hobbystico che era praticamente morto, con conseguenze assolutamente positive per tutto il settore dell’elettronica e dell’informatica. Come gi√† detto, per√≤, c’√® anche il fattore negativo di tanta gente senza talento che “imbratta i muri”, ma √® una contropartita accettabile, pur di vedere di nuovo l’entusiasmo per l’autocostruzione, com’era ai (bei) tempi delle “riviste cartacee”.

Per fare alcune prove che riguardano un’idea che mi √® venuta in mente, ho sviluppato un programmino che utilizza una delle “features” del modulino ESP-01 nella versione di firmware con protocollo AT. Lo scopo di questo programma √® di fare dei “beep” quando la misura di RSSI (Received Signal Strength Indicator) di un determinato Access Point scende al di sotto di una soglia impostata. Ho deciso di pubblicare l‚Äôintera cartella di progetto, contenente sia l‚Äôeseguibile sul path /release/Radar.exe, sia il file sorgente in FreeBASIC (con FireFly Visual Designer) sul path /forms/Form1.frm, cos√¨ chi vorr√† potr√† modificare / migliorare il software a proprio piacimento. Vediamo la schermata del programma appena lanciato:

Andiamo per punti : (1) √® il pulsante per aprire la porta di comunicazione seriale verso il modulino ESP-01 (ho usato lo stesso circuitino presentato qualche tempo fa sul mio sito a questo link). Per prima cosa, premeremo Open e se tutto andr√† a buon fine, la porta seriale verr√† aperta e la scritta sul pulsante cambier√† in Close. Subito dopo premeremo in fila i pulsanti riferiti con (2), (3), (4) e (5). Questi servono per inviare una serie di comandi AT al modulino wifi ESP-01. Per pima cosa si setta la potenza di trasmissione a circa un terzo del massimo possibile (27 su un range da 0 a 82); poi si sceglie di operare come STA (station); poi si chiede di usare, nel comando CWLAP (List Access Points) solo i parametri relativi ad SSID e RSSI (il valore 6 setta i bits 1 e 2, che sono appunto relativi ai due campi indicati). Infine si richiede la lista completa degli Access Points “visibili” dal modulo. Di sotto segue un esempio di tutto quello che compare nella finestra (10) eseguendo le operazioni elencate nell’ordine:

>Open
TX: AT+RFPOWER=27<0x0D><0x0A>
AT+RFPOWER=27

OK
TX: AT+CWMODE=1<0x0D><0x0A>
AT+CWMODE=1

OK
TX: AT+CWLAPOPT=0,6<0x0D><0x0A>
AT+CWLAPOPT=0,6

OK
TX: AT+CWLAP<0x0D><0x0A>
AT+CWLAP

+CWLAP:("MW40Wind_xxxx",-58)
+CWLAP:("DIRECT-Bh-BRAVIA",-86)
+CWLAP:("NETGEAR26",-93)
+CWLAP:("CEM_host",-36)

OK

Una volta visualizzata la lista di AP, potremo fare un “copia” di quello che vogliamo utilizzare e poi incollarlo nel campo riferito dal numero (6). Prenderemo quindi nota anche del valore di RSSI relativo al medesimo AP e lo scriveremo nel campo riferito dal numero (7). A questo punto potremo finalmente premere il bottone Start (8) e il programma comincer√† ad inviare una serie di comandi AT+CWLAP=”APcopiato”, che potremo vedere nel campo (9) e quindi verificher√† le risposte formite dal modulino. Se il valore di RSSI ricevuto √® inferiore (sono numeri negativi !) a quello che abbiamo programmato nel campo (7), allora si sentir√† un “beep”. Vediamo una schermata del programma in funzione:

Naturalmente, il valore di RSSI √® influenzato da vari fattori e non √® costante, ma si mantiene in un certo range. Notate che pi√Ļ il numero si avvicina allo zero, pi√Ļ il segnale √® forte ! Se scende a livello di -100 √® assente. Con una certa approssimazione e con una sensibilit√† un po’ scarsina ūüôā potremo usare il modulino Esp-01 come sensore di presenza. Infatti, se qualcuno si piazza nelle vicinanze del modulino, o meglio, sulla linea ideale che unisce il modulino all’Access Point, il segnale diminuir√† (sar√† assorbito/riflesso dall’individuo) e il computer far√† beep ! Lo stesso succeder√† se prendiamo il computer (supponendo che sia un portatile !) e ci allontaniamo dall’Access Point. E’ da notare che non facciamo una connessione all’AP, ma ci limitiamo a leggere la potenza del segnale ricevuto. Quindi, abbiamo due usi immediati per questo “giocattolo” : un sensore di presenza e un allarme di allontanamento. Naturalmente, il tutto pu√≤ essere trasportato su un piccolissimo microcontrollore per rendere il lavoro pi√Ļ interessante. Purtroppo, l’utilizzo dei comandi AT rende la cosa un po’ lentina : tipicamente un “beep” ogni due secondi, ma lavorando direttamente nel chip ESP8266 (con gli strumenti giusti) si pu√≤ fare ben di pi√Ļ ! Sotto la clausola di non assunzione di responsabilit√†, troverete la cartella di lavoro FBgui_Radar zippata con password. Se non avete Freebasic e Firefly, potete scaricarli gratuitamente ; cercate nel mio sito “links utili” e troverete i collegamenti per il download.

Clausola di non assunzione di responsabilità.
Il programma o software descritto, liberamente prelevabile dal sito, √® da considerarsi una ‚Äúdemo‚ÄĚ gratuita e pertanto l‚Äôautore Emilio P.G. Ficara non fornir√† alcun supporto, n√© si assumer√† alcuna responsabilit√† per ogni eventuale problema, danno o conseguenza che dovesse presentarsi nel download o nell‚Äôesecuzione dell‚Äôapplicazione.

Cliccando questo link per effettuare il download del file implicitamente dichiarate di aver letto e capito la clausola di non assunzione di responsabilità e di accettarla.

Verificate sempre il checksum MD5 dei files che scaricate ! In questo caso deve essere: F6E1617D0E8E7CABC7FD6D1A7BB0B392 ; se è diverso, il file è corrotto o non è quello originale, quindi non scompattatelo e buttatelo via ! Se invece è tutto ok, potete scompattarlo (usate il programma 7Z con la password: eficara).

Potete usare l’eseguibile anche su una chiavetta di memoria USB, in quanto non ha bisogno di installazione.

Be Happy !

Qualche tempo fa, precisamente il 29 Novembre (non ricordo di quale anno !) alle 19:00, vidi in TV una trasmissione della BBC (un documentario) con un argomento piuttosto interessante. Si trattava di un metodo, sviluppato da un gruppo di studiosi, che avrebbe permesso ai soggetti coinvolti nell’esperimento di aumentare il proprio ottimismo. La cosa mi piacque, perch√© ho sempre avuto tanta voglia di incrementare il mio ottimismo ! Ora, dato che ho il weekend libero da impegni, ho deciso di programmare un’App per esercitarmi e vedere se finalmente riesco a diventare ottimista (ne dubito…hehe).

L’esperimento mostrato in TV consisteva in uno schermo di computer che veniva mostrato al soggetto impegnato nella prova. Su tale schermo apparivano sedici facce di persone di varie razze, con caratteristiche somatiche differenti. Queste facce erano disposte in una matrice di 4 x 4, quindi un totale di 16 immagini. Tra queste, solo una mostrava una faccia sorridente ; tutte le altre avevano espressioni tristi, arrabbiate, annoiate o depresse. Il soggetto in prova doveva cliccare il pi√Ļ velocemente possibile sull’unica faccia sorridente e cos√¨ facendo incrementava il proprio punteggio, quindi lo schermo cambiava, mostrando una nuova matrice di volti. La voce narrante diceva che la durata ottimale dell’esperimento era di 8 fasi di 15 minuti ognuna (in giorni diversi). Alla fine di questo periodo, i soggetti si sarebbero sentiti pi√Ļ ottimisti.

Non conosco la validit√† scientifica di questo esperimento e non sono riuscito a trovare notizie sulla cosa perch√© purtroppo non ho seguito la trasmissione dall’inizio, ma ho visto tanti di quei metodi per agire sul cervello e sulle emozioni (alcuni sembrano autentiche fesserie), da essere disposto a fare un tentativo… Se volete provare anche voi, troverete l’App per Android in fondo a questo articolo. Questa √® l’icona dell’App:

Bene, non avendo a disposizione 16 persone disposte a farsi fotografare con espressioni sorridenti (e nemmeno arrabbiate o depresse o tristi) ho deciso di usare delle “emoticons” che si trovano ovunque. Per simulare le differenze razziali ed estetiche, ho modificato il colore di background delle varie “faccine” e cos√¨ le varie griglie presentate all’utente sono sempre diverse. Quello che rimane invariato rispetto alla versione originale √® che ci sono sedici volti in una griglia di 4 x 4 e solo uno √® sorridente. Ecco come si presenta il “gioco” appena installato e avviato:

Qui vediamo le sedici “emoticons” (per una volta, tutte sorridenti) e una finestra di messaggi che ci dice di premere sulla scritta per iniziare. In basso vediamo un messaggio che ci dice il tempo totale di “gioco”, dal momento dell’installazione. Quando questo tempo arriva a 2 ore e mezza (9000 secondi), il programma si ferma, perch√© dovreste gi√† essere diventati ottimisti ! Spero che allora, pieni di gioia di vivere, partiate per un magnifico viaggio intorno al mondo (senza smartphone)…

Vediamo che succede appena avviamo il “gioco”:

Eccole qui, le nostre 16 faccine, tutte tristi, arrabbiate, depresse tranne una. Dobbiamo trovarla e toccarla nel pi√Ļ breve tempo possibile. In basso a destra vediamo un contatore che segna i secondi passati da quando abbiamo iniziato a giocare. Questo tempo sar√† sommato al totale quando chiudiamo l’App. E’ da notare che l’App si chiude con il solito triangolino in basso per l’uscita dai programmi, ma anche con eventi che interrompono l’App in esecuzione, come chiamate, messaggi, eccetera. Questa App non va mai “in sospensione”… quando si chiude, si chiude.

Se tocchiamo la faccina sorridente, la finestra dei messaggi ci mostra OK e il numero di volte in cui abbiamo fatto la scelta giusta :

Se invece premiamo sulla faccina sbagliata (triste, depressa o arrabbiata), la finestra dei messaggi lampeggia brevemente in rosso e compare la scritta NO !

Quando ci stufiamo di giocare, possiamo chiudere l’App e i dati saranno salvati: durata della sessione di gioco, numero di volte che si √® fatta la scelta giusta in tale sessione, tempo totale dall’installazione. Quando riavvieremo l’App, potremo leggere le “statistiche di gioco”, premento a lungo sulla scritta Play time = xx sec. Ci verr√† mostrata una linea di testo per ogni sessione di gioco, in modo da poter valutare i nostri progressi.

Ecco un esempio :

Se avrete usato l’App per pi√Ļ di due ore e mezza di gioco, nel momento in cui toccherete la finestra dei messaggi per iniziare una nuova sessione, vi troverete davanti questo messaggio :

In questo caso, non disperate: se ancora non vi siete stufati di provare a diventare ottimisti ūüôā potrete riprovarci reinstallando l’App o cancellandone i dati con il gestore di App del sistema. Questo √® tutto. Spero che questo giochino gratuito e senza pubblicit√† vi porti un po’ di ottimismo o almeno vi faccia fare due risate ! Non troverete questa App sulla mia pagina di Google Play, ma solo qui sul mio sito. L‚ÄôApp BeHappy.apk messa a disposizione per il download √® compressa in un file zip con password. Dovrete quindi scaricarla, decomprimerla ed infine potrete installarla sul vostro smartphone / tablet Android, selezionando la checkbox ‚ÄúInstalla da origini sconosciute‚ÄĚ nel men√Ļ della sicurezza del dispositivo.

Clausola di non assunzione di responsabilità.
Il programma o software descritto, liberamente prelevabile dal sito, √® da considerarsi una ‚Äúdemo‚ÄĚ gratuita e pertanto l‚Äôautore Emilio P.G. Ficara non fornir√† alcun supporto, n√© si assumer√† alcuna responsabilit√† per ogni eventuale problema, danno o conseguenza che dovesse presentarsi nel download o nell‚Äôesecuzione dell‚Äôapplicazione.

Cliccando questo link per effettuare il download del file implicitamente dichiarate di aver letto e capito la clausola di non assunzione di responsabilità e di accettarla.

Verificate sempre il checksum MD5 dei files che scaricate ! In questo caso deve essere: 0E94043AB497723E796F9520676BF453 ; se è diverso, il file è corrotto o non è quello originale, quindi non scompattatelo e buttatelo via ! Se invece è tutto ok, potete scompattarlo (usate il programma 7Z e la password: eficara).

Versioning:
2017 Set,24 Rel 0.2
 - modificato tempo massimo da 1 ora a 2 ore e mezza
 - aggiunto avviso di 15 minuti di gioco continuativo
   (con chiusura automatica)
2017 Set,23 Rel 0.1
 - versione di partenza 

EF9by9 gioco di logica (aka “sudoku”)

Quali effetti pu√≤ provocare un weekend trascorso da solo in un B&B, con pioggia, tuoni e lampi ? Qualcuno si mette a fare le parole crociate, qualcuno preferisce i giochi di logica, io mi metto a scrivere App. Naturalmente, ho scritto un’App per fare un gioco di logica… Non ho chiamato questo gioco “sudoku”, bens√¨ “EF9by9”, ma le regole sono le stesse. Questa App serve soprattutto per creare dei propri schemi da 9×9, verificando l’esattezza dei numeri via via inseriti ; in alternativa, √® possibile generare automaticamente una griglia di gioco (casuale, ma corretta) da completare. In quest’ultimo caso, al giocatore spetta il compito di inserire i numeri mancanti, rispettando le regole di gioco. Facciamo un giro per vedere come si usa:

Ecco come si presenta lo schermo appena lanciata l’applicazione. Abbiamo la griglia di gioco (9 x 9), i pulsantini numerati da 1 a 9, una checkbox per la selezione Normale / Easy, il bottone “NEW” ed una finestra per i messaggi del programma (e altro). Premiamo “NEW” per generare una griglia di gioco casuale ; se la checkbox “Easy” √® settata, verranno mostrati 35 numeri, altrimenti solo 20. Ecco un esempio:

Il compito del giocatore √® di inserire in ogni spazio vuoto il numero giusto, fino a completare la griglia. Per inserire i numeri, il giocatore deve prima cliccare la casella su cui vuole operare ; questa diventer√† col bordo rosso, quando selezionata. Adesso si pu√≤ premere il pulsantino del numero da 1 a 9 e questo sar√† inserito in quella specifica casella. Un momento ! Prima di accettare il numero impostato dal giocatore, il programma effettua 3 controlli : il primo per vedere se il numero √® gi√† presente nella riga selezionata ; il secondo per vedere se il numero √® gi√† presente nella colonna selezionata e infine il terzo per vedere se il numero √® gi√† compreso nel quadrato di 3 x 3 che contiene la selezione. Queste sono le regole del gioco ! Se il numero scelto dal giocatore soddisfa le regole, allora viene inserito nella casella, altrimenti l’operazione non viene eseguita e la casella dei messaggi lampeggia brevemente in rosso. All’interno verr√† scritto il motivo per cui il dato non √® stato accettato. Facciamo un esempio di errore: abbiamo cliccato 1 e la casella lampeggia in rosso e quindi possiamo leggere al suo interno: 1 is at: row=7 col=0 che significa che il numero 1 √® gi√† presente alla riga 7, colonna 0 (il punto 0,0 √® in alto a sinistra).

Se vogliamo cancellare un numero selezionato, basta premere brevemente la finestra dei messaggi. Possiamo anche inserire un altro numero, senza prima cancellare il precedente. Ad ogni nuova immissione verr√† comunque eseguito il test di validit√†. Se riusciamo ad inserire tutti i numeri, il gioco √® risolto e la finestra dei messaggi in basso lampegger√† brevemente in verde, mostrando il messaggio: “Solved!”.

Ecco un esempio di gioco risolto:

Ho scritto un algoritmo per la generazione delle griglie che √® veramente semplificato e chiunque sia pratico del gioco lo scoprir√† subito ! Comunque, si tratta di una App gratuita e senza pubblicit√†, quindi consideratela come una “forever-beta version” ūüôā Non la troverete sulla mia pagina di Google Play, ma solo qui sul mio sito. L’App EF9by9.apk messa a disposizione per il download √® compressa in un file zip con password. Dovrete quindi scaricarla, decomprimerla ed infine potrete installarla sul vostro smartphone / tablet Android, selezionando la checkbox “Installa da origini sconosciute” nel men√Ļ della sicurezza del dispositivo.

Clausola di non assunzione di responsabilità.
Il programma o software descritto, liberamente prelevabile dal sito, √® da considerarsi una ‚Äúdemo‚ÄĚ gratuita e pertanto l‚Äôautore Emilio P.G. Ficara non fornir√† alcun supporto, n√© si assumer√† alcuna responsabilit√† per ogni eventuale problema, danno o conseguenza che dovesse presentarsi nel download o nell‚Äôesecuzione dell‚Äôapplicazione.

Cliccando questo link per effettuare il download del file implicitamente dichiarate di aver letto e capito la clausola di non assunzione di responsabilità e di accettarla.

Verificate sempre il checksum MD5 dei files che scaricate ! In questo caso deve essere: 582FB5275D1A004B489434E0F88DC732 ; se è diverso, il file è corrotto o non è quello originale, quindi non scompattatelo e buttatelo via ! Se invece è tutto ok, potete scompattarlo (usate il programma 7Z e la password: eficara).

Versioning:

2017/09/12 21.30:00 Aggiunta funzione “mostra soluzione” premendo una sequenza di 6 tasti (a voi il compito di scoprirla !)
2017/09/10 20:25:56 aggiunta funzione pulizia griglia premendo a lungo il pulsante NEW
2017/09/10 15:44:06 corretto errore su verifica gioco risolto

Usare la VGA-Cam C328 con Freebasic

Ho in mente di fare alcuni esperimenti per la “visione” elettronica e, come prima cosa, ho deciso di utilizzare un piccolo modulo con telecamera per acquisire le immagini. Tempo fa (MOLTO tempo fa) comprai un modulo VGA CAM-100 che poteva essere controllato da seriale, era molto piccolo ed era alimentato a 3.3V. Il mio modello era prodotto da Comedia, ma credo che ora sia andato fuori produzione. Ho per√≤ visto che altri modulini chiamati C328 e simili, vengono ancora prodotti da altre case. Tra le altre belle cose, questo dispositivo √® in grado di produrre un file immagine in formato JPG, oltre che in “raw data” e non √® cosa da poco…

Ho così realizzato un piccolo hardware di interfacciamento con il PC, che potete vedere nella foto sottostante:

L’hardware ‘filato’ per connettere il modulo alla USB del PC

Non √® una gran bellezza, diciamocelo… per√≤ tenete presente che attualmente vivo in un B&B, lontano da casa e senza risorse (elettroniche). Mi sono quindi arrangiato ! Vediamo nella foto il modulo VGA (a destra), il regolatore 3.3V (in basso al centro) e l’interfaccia USB-Seriale (a sinistra). Nota bene: si DEVE usare una interfaccia USB che abbia lo switch per poter funzionare a 3.3V o 5V. In questo caso dovr√† essere usata la modalit√† a 3.3V. In alto vediamo un altro piccolo circuitino, ma questo serve solo a tenere fermi i pin strip per i vari cavetti di collegamento. Lo schema del regolatore da USB +5V ai 3.3V necessari per il modulo VGA √® il seguente:

Anche se sullo schema c’√® scritto LM317, voi userete un modello equivalente con¬† low-drop, in grado di stabilizzare con 5V in ingresso. Io qui avevo solo quello “sbagliato”, ma in questo caso di emergenza ho dovuto adattarmi (per fortuna il consumo del modulo VGA √® basso).

Veniamo adesso al software. Questo è lo screenshot del programma in funzione:

Vediamo i comandi : per prima cosa apriremo la porta di comunicazione (Com 6 nello screenshot). Il pulsante da premere sar√† [Open] che poi cambier√† in [Close], come si vede nell’immagine. Una volta aperta la porta seriale (l’interfaccia USB-Seriale) si cliccher√† il pulsante [Sync * 60] che invia per 60 volte il pacchetto SYNC al modulo VGA. Questo comando serve a sincronizzare il modulo VGA con il programma. Di solito dopo 25 tentativi la VGA-Cam risponde e allora si pu√≤ dare il comando successivo, cliccando il pulsante [Initial] che invia le impostazioni per il formato dell’immagine. Si ricever√† un ACK dal modulo. Dopo clicchiamo [Pack Size] che provvede a settare il modulo perch√© usi pacchetti dati da 32+6 bytes (ho tenuto bassa la quantit√† in previsione di un utilizzo di microcontrollore con poche risorse). Anche qui riceveremo un Ack, come si vede nello screenshot. Ora possiamo dare il comando [Snapshot] con cui il modulino “scatter√† una foto” in formato 640×480. Dopo aver ricevuto l’Ack, clicchiamo finalmente il pulsante [Get Pic] e cos√¨ inizier√† la trasmissione dei dati relativi allo Snapshot memorizzato. A fine trasferimento, se tutto √® andato bene, sulla directory di lavoro del programma troveremo il file jpegout.jpg, con la foto scattata. Qui sotto potete vedere un esempio di tale file. Sono io che sto provando il software !

Ho deciso di pubblicare l’intera cartella di progetto, contenente sia l’eseguibile sul path /release/Vga_Camera.exe, sia il file sorgente in FreeBASIC (con FireFly Visual Designer) sul path /forms/Form1.frm, cos√¨ chi vorr√† potr√† modificare / migliorare il software a suo piacimento. Consiglio caldamente di leggere il manuale del modulo, disponibile in PDF sul sito SparkFun al link: C328_UM.pdf .

Si noti che, dopo qualche secondo senza inviare comandi, il modulo VGA si scollega ed è quindi necessario ripetere la procedura di Sync e successive. Se invece si continuano a dare comandi [Snapshot] e [Get Pic] il modulo rimane collegato e continua a fare il suo lavoro. Il tempo di trasmissione di una immagine JPG 640*480 a 115200 BPS è di circa 10 secondi.

Per quanto riguarda l’hardware, i collegamenti sono estremamente semplici. Di sotto nell’immagine potete vedere i 4 fili in uscita dal modulo:

Il filo rosso [3.3V] andr√† collegato all’uscita del regolatore 3.3V ; il filo giallo TXD verr√† collegato al pin RXD del modulo USB-Serial ; il filo verde RXD andr√† al pin TXD del modulo USB-Serial e infine il filo nero GND andr√† collegato sia al pin GND del modulo USB-Serial che al GND del regolatore a 3.3V. Tutto qui. Notate che ho usato un connettore USB “nudo” per prelevare direttamente i 5V per il regolatore. Lo vedete di fianco all’interfaccia USB-Serial.

Clausola di non assunzione di responsabilità.
Il programma o software descritto, liberamente prelevabile dal sito, √® da considerarsi una ‚Äúdemo‚ÄĚ gratuita e pertanto l‚Äôautore Emilio P.G. Ficara non fornir√† alcun supporto, n√© si assumer√† alcuna responsabilit√† per ogni eventuale problema, danno o conseguenza che dovesse presentarsi nel download o nell‚Äôesecuzione dell‚Äôapplicazione.
Cliccando questo link per effettuare il download del file implicitamente dichiarate di aver letto e capito la clausola di non assunzione di responsabilità e di accettarla.

Verificate sempre il checksum MD5 dei files che scaricate ! In questo caso deve essere: 6933806A278014FC2E2E379F86922D88 ; se è diverso, il file è corrotto o non è quello originale, quindi non scompattatelo e buttatelo via ! Se invece è tutto ok, potete scompattarlo (usate il programma 7Z e la password: eficara).

Potete usare l’eseguibile anche su una chiavetta di memoria USB, in quanto non ha bisogno di installazione.

Localizzatore GPS con SMS

Aggiornato il 25 Apr 2017 – Finito!
Ho deciso di progettare e costruire un semplice localizzatore GPS dopo un viaggio in macchina. Quando, dopo centinaia di Km di strada, sono arrivato a destinazione, ho parcheggiato l’auto ed ho citofonato alle persone che ero andato a trovare. Ho detto: “Posso lasciare qui la macchina ?” e mi √® stato risposto: “S√¨, c’√® la telecamera”. Bene, avevamo punti di vista diversi sul lasciare l√¨ la macchina! Io intendevo: “d√† fastidio se la lascio qui ?” e loro: “lasciala pure l√¨, che se tentano di fregartela lo vediamo dalla telecamera”… Cos√¨ ho deciso di realizzare questo localizzatore, da nascondere nell’auto quando vado fuori. La mia automobile non √® “preziosa”, ma andare in auto e tornare in treno √®… scocciante!

Inizialmente avevo pensato di realizzare la cosa usando un vecchio smartphone, creando una App in grado di fare ci√≤ che mi serviva; poi, invece, ho deciso di usare un paio di modulini comprati su Internet. Ho sempre scritto volentieri le mie App, che poi ho pubblicato in forma gratuita su Google Play, ma recentemente ne ho dovute cancellare un paio perch√© mi √® arrivato l’avviso di pubblicare una pagina di “privacy policy” a causa dell’uso della telecamera interna del telefono. Ora, l’uso della telecamera era assolutamente “pulito”, non carpivo dati sensibili dell’utente (non me ne pu√≤ fregare di meno), ma la “dura lex” impone di scrivere una pagina in linguaggio “da legali” per avvisare l’utente che scarica l’App dal Market. Allora, dato il mio odio profondo per la burocrazia e per le cose inutili, ho deciso di rimuovere le App coinvolte e di non scriverne altre che richiedano di seguire la vigente normativa europea. In un tempo in cui tutti pubblicano ogni cosa della loro vita, VOLONTARIAMENTE, sui “Social”, le leggi europee sulla privacy mi sembrano delle autentiche fesserie. Purtroppo, per√≤, le multe per inadempienza sono molto, molto salate e quindi io smetto di pubblicare App gratuite e stop.

La struttura hardware

Il localizzatore è molto semplice; usa un modulo GPS con uscita seriale che si compra su Internet a meno di 8 Euro e un modulo GSM M-590 in kit che ho pagato addirittura meno di 3 Euro!  I moduli sono collegati ad un microcontrollore Atmel ATmega48V che gestisce tutte le operazioni necessarie con un apposito firmware che ho scritto in C. Per quanto riguarda il modulo GSM, consiglio di leggere questo mio articolo che lo descrive in modo approfondito. Attenzione: il modulo GSM dovrà essere inizializzato preventivamente (vedi articolo citato, comando: AT+IPR=2400^M^J) per forzare la velocità della porta seriale. Questo è necessario in quanto il micro ATmega48V ha una sola UART e questa è usata per il modulo GPS con protocollo 9600,N,8,1. Ho dovuto quindi implementare una seconda seriale da software e prudentemente ho usato una velocità bassa (2400 BPS) per il GSM.

Se volete ulteriori notizie sul modulo GPS¬†GY-NEO6 MV2, questo √® il link da cui si pu√≤ scaricare il datasheet. Nella figura sottostante potete vedere un esempio dell’output seriale, catturato con il programma di terminale seriale RealTerm impostato a 9600,N,8,1. Le righe evidenziate in giallo sono quelle che vengono usate dal firmware per determinare la posizione (latitude-longitude) attuale.

Il modulo GPS pu√≤ essere utilizzato senza alcuna modifica hardware. La cosa veramente importante √® di non superare mai il limite di 3.6V per l’alimentazione.

Il modulo GSM M-590, invece, arriva in kit (scatola di montaggio) e deve essere costruito. Il montaggio non √® complicato, anche se si tratta di componenti smd. La parte difficile √® saldare i led, che… tendono a rompersi! Quelli forniti con il kit sono molto, molto delicati. Consiglio di comprarne altri in package 0805 e usare molta pazienza e accuratezza nella saldatura. E’ imperativo l’uso di un buon saldatore. Lo schema del modulino √® riportato nella figura sottostante.

Le zone evidenziate indicano le modifiche da fare. Il diodo D2 non sarà montato. Al suo posto si metterà un ponticello. La resistenza R4 da 4.7 KOhm sarà montata sui pin del connettore (vedi figura sotto), così come i condensatori C2 da 100nF e C3 da 22 pF. Il condensatore C1 non sarà montato. In pratica, il modulo sarà collegato al circuito a microcontrollore con 4 fili: Vgsm, GND, GSM_RX e GSM_TX.

Vediamo infine lo schema del circuito a microcontrollore. Come anticipato, si basa sul micro Atmel ATmega48V che ha 4KB di Flash, 256 Bytes di EEprom e 512 Bytes di Ram.

Se volete leggere lo schema con maggior chiarezza, scaricate il PDF da questo link. Nello schema √® prevista l’alimentazione tramite una batteria ricaricabile Li-ion da 3.7V. L’assorbimento del circuito pu√≤ andare da 50 a 250mA, con brevi picchi di 2A in funzione delle varie fasi operative dei moduli GPS e GSM. La durata della batteria, quindi, dipende dalla sua capacit√†. Una cella Li-ion a piena carica ha una tensione di 4.2V e scende a 3.7V quando la carica residua √® circa del 10%. La tensione ideale per l’alimentazione del circuito √® di 3.9V ; funziona anche con qualcosa di meno, ma il rischio √® che il modulo GSM non riesca pi√Ļ ad inviare gli SMS. Notate che alcune batterie Li-ion di formato AA mostrano in etichetta una capacit√† molto elevata, ma spesso questa indica che la cella stessa pu√≤ dare quella corrente, superiore alla nominale, per un periodo limitato di tempo. In pratica, in alcune applicazioni (in genere dove c’√® un motorino elettrico) √® necessario avere un corrente alta per un periodo di tempo breve e allora, queste batterie sono idonee allo scopo. Per un consumo “leggero” e continuativo, invece, bisogna guardare alla capacit√† reale della batteria. Un metodo infallibile per misurare questa capacit√† √® quello di mettere in carica la batteria con una sorgente di cui si conosca l’erogazione di corrente. Facciamo un esempio: se io ho un caricabatterie settato per dare una corrente max di 300mA e la batteria si ricarica completamente in 4 ore, potr√≤ dire con una certa sicurezza che √® una cella da 1200mA (anche se c’√® scritto sopra “4800mA”). Attenzione ! Se alimentate il circuito a batteria, dovete assicurarvi di disconnetterla quando si scarica oltre una certa soglia. Le celle Li-ion, se scendono al di sotto di 2.75V, perdono la capacit√† di ricaricarsi ! Alcuni modelli di celle sono protetti da un circuito interno contro l’over-charge e l’under-voltage, ma questa caratteristica NON √® comune. Gran parte delle batterie low-cost non sono protette, quindi √® compito vostro averne cura…

Se invece vogliamo alimentare il circuito a 12V, possiamo usare un regolatore lineare o uno switching. Nella figura sotto potete osservare lo schema di un regolatore lineare (super collaudato) in grado di fornire 3.9V stabilizzati. Sul regolatore andrà montato un piccolo dissipatore.

La struttura del software

Il software √® scritto in linguaggio C ed √® strutturato in due tasks indipendenti: 1) il gestore del modulo GPS e 2) il gestore del modulo GSM. I due tasks sono non-bloccanti e un watchdog si occupa di resettare il micro qualora uno di essi dovesse restare bloccato per pi√Ļ di 2 secondi.

Il task GPS si occupa di rilevare la posizione Lat – Lon quando il modulo la invia da seriale. Viene utilizzato il record NMEA di tipo $GPGGA, che viene generato quando il ricevitore ha “agganciato” un numero sufficiente di satelliti. I dati vengono salvati in un array di bytes in Ram che sar√† poi utilizzato come testo dello SMS inviato a seguito di una richiesta. Il buffer √® organizzato in modo da contenere la posizione corrente e 5 posizioni precedenti, prese a distanza di 60 campionamenti validi ognuna. In questo modo, se il ricevitore non vede pi√Ļ il cielo, in memoria restano almeno le ultime 5 posizioni valide prima della perdita della visuale. Questa memoria non viene azzerata al reset del micro (l’array √® definito con la clausola __no_init), ma viene solo formattata in modo adeguato. Al primo reset (al power-on) la Ram ha dati casuali e quindi la routine di inizializzazione sostituisce con degli “spazi” ogni carattere fuori range. Se il reset √® a caldo, quindi con il circuito gi√† alimentato, i dati contenuti nel buffer saranno probabilmente validi e quindi l’inizializzazione non apporter√† correzioni.

Il task GSM si occupa di verificare se ci sono chiamate dai numeri abilitati e in caso ci siano, si occupa di inviare un SMS con il testo elaborato dal task GPS, con le coordinate del dispositivo. La prima operazione dopo il reset √® quella di aspettare la stringa “+PBREADY” dal modulo. Questa stringa ci conferma che il modulo √® attivo e registrato sulla rete dell’operatore. La SIM deve essere preparata in modo da non richiedere un PIN per l’attivazione. E’ inoltre opportuno disabilitare ogni servizio non necessario (segreteria, messaggi automatici, ecc). Una volta ricevuta la conferma di registrazione, il software invia al modulo il comando “AT+CLIP=1” che avvia il servizio di identificazione del chiamante. In pratica, quando si riceve una chiamata, oltre alla classica stringa “RING” si riceve un altro messaggio “AT+CLIP:” seguito dal numero di telefono del chiamante. Il numero ricevuto √® comparato con i due numeri abilitati (memorizzati in EEPROM, vedremo poi come) e se il confronto √® positivo il messaggio SMS viene inviato al chiamante quando questo chiude la chiamata (nota: il dispositivo non “risponde” alla chiamata, non ci sono costi addebitati sul telefono che chiama). La chiusura della chiamata viene recepita con il messaggio “NO CARRIER”. Il task quindi invia l’SMS e attende la conferma dell’avvenuto invio e poi riprende il suo ciclo con la fase di attesa di nuove chiamate. Se invece qualcosa va storto, il task esegue un reset del modulo GSM togliendo brutalmente alimentazione al modulo stesso, pilotando un pin di uscita del microcontrollore che √® collegato ad uno switch elettronico realizzato con due mosfet P-N (vedi schema). Questa soluzione pu√≤ sembrare eccessiva e costosa, ma il datasheet del costruttore del modulo M-590 consiglia, in casi in cui non si riesca a ripristinare il modulo con il comando software, di togliere alimentazione… e cos√¨ ho deciso di tagliar corto e di usare questa soluzione comunque, senza perdere tempo con il comando software. Ovviamente, dopo questa operazione di riavvio del modulo, il task GSM riparte dallo stato iniziale, attendendo il messaggio “+PBREADY” prima di ogni altra operazione.

Costruzione ed utilizzo

Come si vede dalla foto del dispositivo in testa all’articolo, non c’√® un circuito stampato per il microcontrollore, ma il tutto √® assemblato su di una scheda “millefori” per prototipi. Data la semplicit√† del circuito e data la natura “sperimentale” del progetto, ho deciso per questa soluzione. I componenti sono pochi e chiunque abbia una certa pratica di costruzioni elettroniche pu√≤ riuscire a realizzare il localizzatore, con un po’ di pazienza. Naturalmente, non √® il progetto ideale per chi √® alle prime armi e non ha la padronanza del saldatore e un po’ di pratica con i prototipi elettronici.

Una volta costruito il circuito, si dovr√† programmare il microcontrollore. Per la programmazione del microcontrollore io utilizzo il programma AvrDude, disponibile a questo link. Troverete, nel file zip di questo progetto, tre files batch che servono a programmare, rispettivamente, la memoria Flash, la EEPROM e i FUSES (fusibili) con la configurazione necessaria per questa applicazione. I files batch prevedono che il programma AvrDude sia installato e raggiungibile con il percorso impostato. Modificate i files batch secondo le vostre esigenze, adattandoli per il percorso dell’applicazione e per il modello di programmatore usato.

1_wrFlash.bat per la programmazione della memoria Flash:

avrdude -P com14 -p m48 -c stk500 -e -U flash:w:localizer.hex
pause

2_wrEeprom.bat per la programmazione della memoria EEPROM:
avrdude -P com14 -p m48 -c stk500 -U eeprom:w:earom-wr.bin
pause

3_wrFuses.bat per la programmazione dei FUSES:
avrdude -P com14 -p m48 -c stk500 -U hfuse:w:0xC5:m -U lfuse:w:0xFC:m
pause

Come si vede dal contenuto dei files batch, il programmatore che uso √® di modello stk500 ed √® collegato sulla porta com14. Le operazioni di programmazione saranno eseguite nell’ordine: 1) scrittura della memoria Flash, 2) scrittura della memoria Eeprom, 3) scrittura dei Fuses.

Per rendere il dispositivo in grado di funzionare, dobbiamo modificare il file earom-wr.bin per inserire i due numeri di telefono che saranno autorizzati a comandare l’invio del messaggio SMS da parte del dispositivo. Vediamo un esempio di tale file aperto con l’applicazione FrHed, scaricabile a questo link.

Evidenziati in giallo ci sono i due numeri. Quelli nell’immagine non sono numeri “veri”, servono solo per far capire dove e come scrivere quelli “reali”. Con FrHed √® possibile modificare i valori sia in ASCII, spostando il cursore di editing sulla finestra a destra, sia in Hexadecimal, spostandolo a sinistra. Il numero programmato dovr√† essere preceduto dal prefisso internazionale, perch√© cos√¨ viene ricevuto dal modulo GSM (vedi esempio sotto).

In pratica, se usiamo un telefono con SIM italiana, il numero inizier√† con 39. E’ fondamentale chiudere il numero con il valore Hex 00, che viene usato come terminatore di stringa dal linguaggio C. Nell’immagine di esempio i due numeri programmati sono: 39 333 1234567 e 39 339 7654321; modificateli secondo le vostre esigenze e quindi salvate il file aggiornato. Ora sar√† possibile trasferire i numeri nella EEPROM del microcontroller eseguendo il file batch WrEarom.bat.

Il file che contiene il firmware del micro √® localizer.hex, che contiene il codice compilato dall’indirizzo 0x0000 a 0x096F. Rimane quindi molto spazio per eventuali aggiornamenti e migliorie.

Una volta programmato il micro, si potr√† accendere il dispositivo. Nello schema potete vedere un connettore di uscita denominato USB SERIAL. A che serve ? E’ uno strumento di debug. Dato che il modulo GPS occupa solo il pin di ingresso della UART del micro, ho pensato di usare quello di uscita come pin di debug. Su questo pin, infatti, viene inviata tutta una serie di messaggi di testo, con protocollo 9600,N,8,1. Quando il modulo GPS determina una nuova posizione valida, i dati “filtrati” vengono inviati sull’uscita di debug e cos√¨ sono visibili su un terminale seriale connesso alla porta. Oltre a questo, anche le comunicazioni con il modulo GPS vengono replicate su questa porta, permettendo cos√¨ di analizzare tutta la comunicazione tra il micro e i due moduli. E’ una “feature” molto importante e molto utile per capire cosa c’√® che non va (se c’√® qualcosa che non va).

Ora portiamo il circuito funzionante all’aperto e facciamo un giro per almeno 5 minuti, cercando di spostarci in modo da avere diverse localizzazioni in memoria. Se siamo pigri, mettiamo il circuito sul terrazzo e lasciamolo l√¨ fermo… Dopo 5 o sei minuti, con uno dei telefoni il cui numero √® abilitato in Eeprom, facciamo una chiamata al numero della SIM contenuta nel localizzatore. Facciamo fare uno o due squilli e poi chiudiamo. Il localizzatore invier√† immediatamente uno SMS di risposta con i dati memorizzati (ci pu√≤ essere un ritardo nella ricezione del messaggio se l’operatore √® “intasato”). Riceveremo quindi un messaggio di questo tipo (ho pixellato alcune cifre per la privacy -la mia-) :

Vediamo in prima posizione la locazione attuale, l’ultima rilevata dal GPS al momento della chiamata. Nelle successive righe ci sono le ultime 5 posizioni memorizzate, in base ad un temporizzatore che agisce ogni 60 localizzazioni valide (record $GPGGA del protocollo NMEA).

Le coordinate ricevute dal modulo sono in formato ggxx.xxxxxN(S) per la latitudine e gggxx.xxxxxE(W) per la longitudine. Purtroppo, se proviamo ad inserire i dati esattamente così come li riceviamo su un programma tipo Maps, non otterremo risultati. Dobbiamo quindi fare un paio di semplici operazioni.

Supponiamo di avere ricevuto questo messaggio: 3804.373568N01538.944818E; le prime cifre (fino a N) sono la latitudine e le ultime (fino a E) sono la longitudine. Per convertire questo formato in uno accettabile per Maps, dobbiamo agire cos√¨: latitudine 3804.373568N dove 38 sono i gradi; ora dividiamo 04.373568 per 60 e otteniamo 0,0728928; in totale, la latitudine risultante sar√†: 38.0728928. Ripetiamo la stessa operazione per la longitudine: 01538.944818E dove 015 sono i gradi; ora dividiamo 38.944818 per 60 e otteniamo¬† 0,6490803; in totale, la longitudine √® 15.6490803. Ora possiamo andare su Maps ed inserire nella barra di ricerca questi numeri:¬†38.0728928, 15.6490803 ed otterremo la mappa della localit√† indicata. Notare, nel formato, che come separatore per i decimali viene usato il “punto”, mentre per dividere i due campi lat – lon viene usata la “virgola”. Per convenzione, la latitudine √® indicata per prima e la longitudine per seconda. Nel nostro esempio abbiamo usato latitudine Nord (N) e longitudine Est (E). Se usiamo il programma in altre parti del mondo, potremmo ricevere dal GPS coordinate S (Sud) e W (West). In questi casi, dovremo inserire un segno “meno” prima della latitudine o della longitudine. In breve, N √® “pi√Ļ” (si pu√≤ omettere) ed S √® “meno”, cos√¨ come E √® “pi√Ļ” e W √® “meno”.

Infine, qui sotto, dopo la clausola di non assunzione di responsabilit√†, trovate il link al file Localizer-v1.zip liberamente scaricabile, che contiene la prima release del firmware. L’applicazione √® stata provata in condizioni “normali” e funziona perfettamente, ma se scoprir√≤ errori nascosti, far√≤ le opportune correzioni e pubblicher√≤ l’aggiornamento.

Clausola di non assunzione di responsabilità.
Il programma o software descritto, liberamente prelevabile dal sito, √® da considerarsi una ‚Äúdemo‚ÄĚ gratuita e pertanto l‚Äôautore Emilio P.G. Ficara non fornir√† alcun supporto, n√© si assumer√† alcuna responsabilit√† per ogni eventuale problema, danno o conseguenza che dovesse presentarsi nel download o nell‚Äôesecuzione dell‚Äôapplicazione.

Cliccando questo link per effettuare il download del file implicitamente dichiarate di aver letto e capito la clausola di non assunzione di responsabilità e di accettarla.

Verificate sempre il checksum MD5 dei files che scaricate ! In questo caso deve essere: F0E6090B3CB2A96E4FEF0C5D5A0BB131 ; se è diverso, il file è corrotto o non è quello originale, quindi non scompattatelo e buttatelo via ! Se invece è tutto ok, potete scompattarlo (usate il programma 7Z e la password: eficara).

Telepatometro

Mi sono un po’ stufato delle compagnie telefoniche e delle loro “variazioni di contratto unilaterali”, che significa che se vuoi continuare a usare il telefono devi tacere e accettare le nuove condizioni. Perch√© mai dobbiamo continuare a usare questi collegamenti “primitivi” per contattare una persona (o un dispositivo) a distanza ? Perch√© non usare la TELEPATIA ? Ah, forse voi pensate di non essere telepati. Beh, non tutti lo sono. Non fatevene un cruccio. Per√≤, forse lo siete e non lo sapete ! Allora vi serve un dispositivo per misurare le vostre capacit√† di telepate, come “trasmettitore” o come “ricevitore” o in entrambi i ruoli.

E’ da tanto che penso a come sarebbe bello un mondo pieno di telepati, dove ci si possono scambiare idee senza parlare, senza ipocrisie, senza menzogne. Lo so, sarebbe la fine per una certa classe politica e soprattutto per le compagnie telefoniche. E allora che aspettiamo ? Per dimostrarvi che √® da un po’ che ci penso, vi invito a visitare questo link, dove potrete scaricare una copia in PDF della rivista “Electronics Projects” del Gennaio 1990. Sfogliate la rivista fino a pag. 25 e l√¨ troverete un mio articolo che ha come titolo “Il telepatometro” !

Quella volta, come strumento per misurare le capacità telepatiche, avevo fatto un circuito con un micro 6804 (Motorola). Ho ancora il prototipo :

Oggi vi presento una versione pi√Ļ moderna ūüôā ma il concetto rimane lo stesso. Qui sotto vedete una schermata della App per Android :

Ho messo qui l’immagine in orizzontale, per fare un raffronto con il “vecchio modello”, ma in effetti l’App supporta solo l’orientamento verticale (portrait).

Come funziona ?

Lo schermo del telefono √® separato in due da una riga gialla. In alto c’√® il lato del “ricevitore”, con cinque pulsanti ognuno dei quali ha un simbolo Zener, della serie usata anche da persone che effettuano esperimenti seri in questo settore. In basso c’√® la parte del “trasmettitore”, con un display a due cifre, un pulsante di “exit” e un altro per avviare e controllare l’andamento della prova.

Facciamo un giro: due persone si mettono sedute a un tavolo, una di fronte all’altra, con il telefono in mezzo. Al centro del telefono (sulla riga gialla) si piazza uno schermo (pu√≤ essere un pezzo di carta, oppure la mano di uno dei giocatori) in modo che il “ricevitore” non possa vedere cosa c’√® dal lato del “trasmettitore”. Il “trasmettitore” preme il pulsante a destra (quello con le due frecce tonde) e nello spazio centrale appare (in modo casuale) uno dei 5 simboli Zener: cerchio, quadrato, croce, stella, onde. Il “trasmettitore” si mette a pensare intensamente al simbolo visualizzato e il “ricevitore”, se √® telepatico, sicuramente visualizzer√† nella sua mente tale simbolo, quindi premer√† il tasto corrispondente dalla sua parte. A questo punto il “trasmettitore” premer√† di nuovo il pulsante a destra per estrarre un nuovo simbolo. La cosa andr√† avanti per 20 volte (ho verificato che con pi√Ļ prove mi viene mal di testa) e alla fine ci sar√† il conteggio dei risultati indovinati dal “ricevitore”. Tale valore sar√† visualizzato sul display, che in tale occasione sar√† lampeggiante. Per ripartire con un nuovo test (magari scambiando il “trasmettitore” e il “ricevitore”) si premer√† di nuovo il solito pulsante a destra, oppure “exit” per terminare.

Probabilità

Avendo 5 simboli, la probabilit√† di indovinare quello giusto √® del 20% (una su cinque) e quindi, ripetendo la prova per 20 volte, tipicamente avremo un totale di “carte indovinate” pari a 4. Possiamo verificare questa cosa facendo premere al “ricevitore” sempre lo stesso pulsante (lo stesso simbolo) per tutti e 20 i tentativi. Il valore ottenuto non si discoster√† molto da 4. Allora, come facciamo a vedere se c’√® telepatia ? Se due persone riescono ad ottenere un valore che si discosta MOLTO da quello previsto, tipo 8, 10 o pi√Ļ, potremo affermare che c’√® qualcosa di “strano” (se non abbiamo imbrogliato) . Conviene fare questo “gioco” con molti amici, provando diverse combinazioni di “trasmettitori” e “ricevitori”. Va benissimo fare queste prove al tavolo di un Pub, ripetendo l’esperimento dopo uno o pi√Ļ boccali di birra ! L’importante √® che chi poi dovr√† guidare resti sobrio, anche se sfortunatamente non dovesse risultare telepatico !

Trovate l’App sulla mia pagina di Google Play, √® gratuita.

Ecco un esempio di uno schermo di protezione realizzato con un pezzo di carta e due stuzzicadenti, in meno di un minuto. In questo modo si sta pi√Ļ comodi e nessuno “sbircia”. E’ facile realizzarlo (pure meglio) anche con materiale che trovate al Pub. Sar√† un ulteriore divertimento…

w5500 Рrelè controllato da Internet

‚ÄĒ aggiornato il 19 Mar 2017 – finito! ‚ÄĒ
Correva l’anno 1997. In Ottobre decisi di fare un contratto con il locale provider di Internet. Nella mia cittadina di 19mila abitanti (allora), il provider (l’unico) aveva 3 (dico tre) modem, e quindi il massimo numero di connessioni contemporanee era… tre. E bastavano ! S√¨, a qualsiasi ora si riusciva a trovare un modem libero. Si pagavano sia l’abbonamento al provider, sia la telefonata. Eravamo in pochi, davvero.

Durante le prime navigazioni, finii sul sito di una universit√† in Australia. Il sito aveva tre telecamere (B/N) che inquadravano un piano di lavoro a tre assi X,Y, Z con un braccio che poteva essere comandato via web (a linea di comando) per muoversi e afferrare dei pezzi (costruzioni per bambini) per costruire qualcosa. Ne rimasi affascinato e mi meravigliai di cosa si potesse fare cos√¨, da una parte all’altra del mondo. Fu una rivelazione e decisi che mi sarei messo a studiare come fare anch’io qualcosa del genere. Ammiravo quelle persone che erano cos√¨ competenti da aver realizzato questa cosa fantastica, mentre io non sapevo ancora niente di Internet e dei vari protocolli coinvolti. Mi misi quindi a studiare e dopo qualche mese, nella primavera del 1998, realizzai il mio primo “rover” controllato via Internet tramite un web browser (c’era Internet Explorer 3 e prima bisognava lanciare lo stack TCP con Trumpet). Il mio rover aveva a bordo una telecamera B/N del Game Boy, collegata ad un microcontrollore Mitsubishi (ora Renesas) M16C che aveva ben 20KB di RAM interna ! L’immagine, da 128×128 pixel, veniva inviata dal rover al PC (su cui girava il mio piccolo web server elementare) tramite un modulino RTX a 866 MHz. Funzionava ! Era primitivo, goffo, lento, rispondeva con una decina di secondi di ritardo, ma funzionava !

My first Rover, built in 1998, controllable via a standard browser on the Internet.

Oggi abbiamo una situazione leggermente diversa. Si parla sempre di IoT e io pensavo che fosse “Internet of Thieves” perch√© come clicchi il bottone sbagliato ti svuotano la carta di credito. Invece NO, pare che tutti i dispositivi di casa vogliano davvero collegarsi a Internet, per darvi una vita migliore (???).

Bene, a prescindere dalle considerazioni filosofiche, abbiamo molte diverse possibilit√† per controllare un rel√® in casa tramite Internet. Ci sono apparecchi professionali o anche da hobbisti che fanno gi√† questa cosa ; se non avete tempo da perdere, compratevi uno di questi dispositivi gi√† pronti e via…

Per comandare un rel√® da remoto, dobbiamo creare una connessione Internet tra il ricevitore (il dispositivo con il rel√®) e il trasmettitore (un PC o un Tablet o uno Smartphone). Possiamo creare una connessione Server-Client HTTP, ma dovremo fare un abbonamento ad un servizio tipo dyndns, per avere un “nome” con un IP “statico” a cui collegarci. Dovremo inoltre programmare il nostro modem / router in modo che vada ogni tanto ad aggiornare il servizio dyndns. Inoltre, sar√† necessario aprire una “porta” che lasci passare, sul firewall incorporato nel modem / router, il traffico “in-going” verso il server.

Se non vogliamo fare tutto questo, potremmo creare un dispositivo che si comporta da MQTT subscriber, cio√® mettere un client MQTT sul nostro dispositivo ed utilizzare un “broker” pubblico per fare la connessione. Per√≤ i broker pubblici e gratuiti non sono garantiti per funzionare sempre e poi dovremo comunque usare un client MQTT anche sul dispositivo di comando (PC, Tablet, Smartphone) per modificare lo stato del nostro rel√®. Il vantaggio di questa soluzione √® che non dobbiamo eseguire alcun settaggio sul modem / router e l’attivazione / disattivazione del rel√® √® praticamente immediata dopo aver azionato il comando “Publish” su PC / Tablet / Smartphone.

Poi, c’√® la soluzione che ho deciso di adottare per questo esperimento. Non dovremo aprire porte sul router o fare un abbonamento a dyndns, ma ci serve un nostro sito web personale, in grado di eseguire scripts PHP.

I siti web gratuiti sono molto diffusi. Questo articolo che state leggendo √® pubblicato su un hosting gratuito. Se andate su: https://it.altervista.org/ potete farvi un sito gratis, con un ottimo servizio e molti tools. Nella descrizione di questo esperimento, per√≤, far√≤ riferimento ad un altro web hosting gratuito che √®: http://www.freewebhostingarea.com/ . Cercate on-line la soluzione che pi√Ļ vi aggrada. L’unica cosa importante √® che ci sia la possibilit√† di far girare scripts PHP. Quindi, il prerequisito per andare avanti √® quello di avere lo spazio web. Preso lo spazio, ci dobbiamo mettere dentro un po’ di cose. Useremo un client FTP per accedere ai nostri files, con le credenziali che ci saranno fornite dal web hosting. Di solito, come client FTP, io uso WinSCP (sotto Windows) e quindi gli esempi che seguiranno si basano su questo tool.

Sì, ma come funziona ?

Il funzionamento √® veramente semplice. Il nostro rel√®-box, con il chip w5500, andr√† ogni 3 minuti a caricare dal nostro sito un file che si chiama cmd.htm ; il contenuto (minimale) di questo file √® una semplice stringa di testo che pu√≤ essere #On oppure #Off. In funzione di questo valore, il rel√® si accender√† o si spegner√†. Pi√Ļ facile di cos√¨…

Dato che il nostro rel√®-box va a fare il “polling” ogni 3 minuti, avremo un certo tempo di latenza, cio√®, nel caso peggiore, dovremo aspettare 3 minuti perch√© il nostro comando ON o OFF venga recepito e quindi il rel√® assuma lo stato desiderato. Questo √® uno dei limiti del sistema, ma per un’applicazione generica, tipo quella di accendere le luci di casa per scoraggiare i ladri, √® accettabile.

Ora, chi √® che modifica il file cmd.htm in modo da far cambiare stato al rel√® ? Ci pensa uno script PHP che risiede sul nostro sito. Con un qualsiasi browser, su un qualsiasi dispositivo connesso ad Internet, inseriamo l’indirizzo del nostro sito e navighiamo. Facciamo un esempio:¬† abbiamo creato il nostro sito come ilmiosito.eu5.org ed abbiamo salvato sulla root tutti i files necessari (li trovate pi√Ļ avanti). Ora, avviamo il browser sul nostro dispositivo e scriviamo nella barra degli indirizzi : http://ilmiosito.eu5.org/remote e diamo l’invio. Ci troveremo su una pagina di accesso protetta da password.

A sinistra vediamo la schermata di accesso. Dovremo inserire il nostro nome utente e password, cos√¨ come sono stati salvati sul file .htpasswd . Una volta inserite le credenziali ci troveremo con la schermata a destra. Toccando l’icona #On vedremo il men√Ļ di selezione con le due opzioni possibili:

Selezioniamo, ad esempio, #Off e quindi premiamo “invio”. Se tutto √® a posto, il file cmd.htm sar√† modificato e vedremo la schermata a destra che ci conferma che non ci sono stati errori. Vediamo quindi la struttura del nostro sito web :

Non c’√® molta roba… Abbiamo una sottocartella chiamata “remote” e due files. La pagina web index.htm √® semplicemente quella principale del sito “in costruzione”, mentre cmd.htm √® quella che sar√† richiamata dal nostro rel√®-box per sapere quale stato deve assumere il rel√®. A seconda del web hosting utilizzato, potremmo avere un errore di scrittura quando cerchiamo di modificare lo stato del rel√®. Ci√≤ √® dovuto ai permessi di scrittura del file cmd.htm sul server. Per modificare tali permessi, usando WinSCP, basta cliccare sul file cmd.htm (nella cartella remota) con il tasto destro del mouse e poi su properties, come nell’immagine (a seconda del server, sar√† 644, 664 o 666) :

I files che ci permettono di fare l’accesso con password sono due: .htaccess e .htpasswd. Il primo informa il server sul fatto che la directory dove esso stesso √® contenuto ha l’accesso limitato. Il suo formato sar√† questo:

E’ importante dare il percorso completo (path) giusto per il file .htpasswd, quello che contiene la lista di utenti / passwords autorizzati all’accesso. Se il percorso non √® corretto, riceveremo un errore dal server, tipicamente il #500. La riga evidenziata di giallo andr√† modificata con il percorso completo del vostro sito, naturalmente. Per l’editing di tutti i files di testo, io uso il programma Geany, che √® gratuito e fondamentale anche per programmare in diversi linguaggi.

Il secondo file, quello chiamato .htpasswd, contiene, come detto, username e password per i vari utenti abilitati, uno per linea. Nella figura sotto vediamo il file di default che ha l’utente: user e la password: password (che fantasia !)

La password non √® “in chiaro”. Per creare le password con la cifratura standard, possiamo usare vari tools presenti su internet. Ne ho uno anche io sul mio sito a questo link : http://robotop.eu5.org/php/pswmaker.php. Inserendo user e password e cliccando Encrypt si otterr√† la linea da inserire, con copia-incolla, nel proprio file .htpasswd.

Il file index.php nella cartella remote √® quello che fornisce la pagina di accesso, con la lista #On / #Off e il pulsante Invio. La destinazione del form √® lo script PHP chiamato write.php, che si occupa di modificare il file¬†cmd.htm sulla cartella principale. E’ tutto qui. Se ogni cosa √® stata fatta bene, potremo testare il corretto funzionamento del sito e osservare se puntando con il browser sul file cmd.htm leggiamo #On o #Off in seguito alle nostre operazioni. Se tutto √® OK, possiamo passare all’elettronica e alla scatoletta rel√®-box con il w5500.

I files per realizzare il sito web “minimalistico” sono in uno zip scaricabile dal link che trovate qui sotto.

Clausola di non assunzione di responsabilità:
Il programma o software descritto, liberamente prelevabile dal sito, √® da considerarsi una ‚Äúdemo‚ÄĚ gratuita e pertanto l‚Äôautore Emilio P.G. Ficara non fornir√† alcun supporto, n√© si assumer√† alcuna responsabilit√† per ogni eventuale problema, danno o conseguenza che dovesse presentarsi nel download o nell‚Äôesecuzione dell‚Äôapplicazione.
Cliccando questo link per effettuare il download del file ilmiosito.zip implicitamente dichiarate di aver letto e capito la clausola di non assunzione di responsabilità e di accettarla.

Verificate sempre il checksum MD5 dei files che scaricate ! In questo caso deve essere: 7C5D035C9EDE39827ED747E5DBCE5895 ; se è diverso, il file è corrotto o non è quello originale, quindi non scompattatelo e buttatelo via ! Se invece è tutto ok, potete scompattarlo (usate il programma 7Z e la password: eficara).

Hardware e firmware

Veniamo ora al circuito e al firmware di quello che da ora in poi chiameremo, per brevità, RBox (Relay Box). Dallo schema si nota che è del tutto simile a quello presentato nel precedente articolo Esperimenti con W5500 con la sola aggiunta del relè e di un diodo di protezione.

Per una visione pi√Ļ dettagliata, √® possibile scaricare il file in formato PDF da questo link. Qui sotto c’√® una foto del prototipo modificato con il rel√®. Ho usato un rel√® a 5V con una bobina da 167 Ohm, preso da un vecchio circuito telefonico.

Come nei precedenti esperimenti con il chip W5500, sarà possibile personalizzare il firmware mediante un programma su PC (Windows) che modifica il file HEX usato per programmare il microcontrollore ATmega88. Rispetto a prima, sono stati aggiunti dei nuovi parametri, come si vede dalla figura:

Il microcontrollore usato √® un ATmega88, ma se si eliminasse la sezione di firmware che fa da debug / monitor (sulla seriale), si potrebbe tranquillamente utilizzare un ATmega48, con la met√† di memoria Flash e Ram ; per quanto riguarda la EEprom, questa non √® usata affatto. Per l’utilizzo del programma di personalizzazione, rimando a quanto scritto nel precedente articolo (Esperimenti con W5500). A parte i campi in pi√Ļ, il funzionamento √® identico.

Il flusso di programma

Il programma è molto semplice. Vediamolo nelle sue fasi successive :

:: al reset il micro legge i parametri dalla memoria flash e li scrive nel chip W5500 e nei buffers di Ram che saranno utilizzati nei comandi successivi, quindi avvia la procedura principale, programmando il primo evento temporizzato dopo 5 secondi. Durante tutti i tempi di attesa, il led lampeggia con cadenza di circa un secondo..

:: appena il contatore del tempo arriva al valore impostato per l’evento temporizzato, parte la prima fase di connessione ad Internet, che consiste nell’interrogazione del server DNS il cui IP √® stato impostato nei parametri programmabili. Di default questo IP √® 8.8.8.8 che √® il DNS server di Google. Viene quindi aperto un socket UDP sulla porta 53 e viene inviata la richiesta con la URL del nostro sito web, quella impostata nei parametri programmabili. Se tutto va bene, riceviamo l’IP del web server e questo viene salvato in un buffer in Ram che costituisce l’indirizzo IP di destinazione per le operazioni successive. Se invece ci sono problemi, il programma riparte dalla fase iniziale.

:: una volta ottenuto l’IP del nostro web server, il programma inizia una connessione HTTP GET a tale indirizzo IP, usando nello header (come Host:) l’URL del server e come PATH la restante parte dell’indirizzo. Ad esempio, l’URL sar√† ilmiosito.eu5.org e come PATH ci sar√† /cmd.htm. La porta di destinazione sar√† ovviamente la 80, dato che facciamo una connessione a un server web. Se tutto va bene, riceveremo un pacchetto di dati che contiene la pagina web a cui abbiamo fatto riferimento ; verr√† quindi analizzato il testo tra i tag <html> e </html> per vedere se c’√® il comando #On oppure #Off. Se tutto va bene, il rel√® sara impostato di conseguenza ; se invece ci sono errori, il ciclo comincer√† di nuovo. In caso di esito positivo, tutto il ciclo sar√† riavviato, ma con il tempo del prossimo evento settato a 3 minuti. Nel frattempo, il led continuer√† a lampeggiare.

Durante tutte le fasi, sulla porta seriale (con protocollo 9600,N,8,1), viene prodotto il log delle operazioni eseguite. Collegando alla porta di debug una interfaccia USB-TTL e avviando un programma di terminale seriale (se volete, ce n’√® uno di mia creazione nel file di download), sar√† possibile effettuare un efficiente debug ed eventualmente intervenire per modificare alcuni valori.

I comandi da seriale sono aumentati, rispetto alla versione precedente (Esperimenti con W5500). I nuovi comandi sono:

: : (trattino) ferma l’applicazione che effettua automaticamente la richiesta DNS e l’HTTP GET e quindi il sistema rimane in attesa di comandi da seriale.

: 1 : (cifra 1) accende il relè

: 0 : (cifra 0) spegne il relè

Download

Tutti i files necessari per programmare il microcontrollore sono contenuti in uno zip che potete scaricare liberamente. Il contenuto della cartella è questo:

Analizziamo i vari files:

1_wrFlash.bat √® un file batch per lanciare l’applicazione avrdude per programmare la memoria Flash del micro. Le impostazioni per il mio programmatore sono: porta=Com14 e tipo=STK500. Modificate i valori per le vostre esigenze.

2_wrFuses √® il batch per programmare i “fuses” del micro.

com3-9600.bat è il batch per avviare il terminale seriale miterm sulla Com3 a 9600 BPS. Modificatelo per le vostre impostazioni.

miterm.exe √® l’eseguibile che fa da terminale seriale. L’ho scritto in FreeBasic e gira anche su una chiavetta USB, non serve installazione.

rbox.hex è il file originale in formato intel-hex che viene usato come base di partenza dal programma di personalizzazione.

rbox-mf.hex è il file in formato intel-hex che è stato modificato tramite il programma di personalizzazione. Sarà utilizzato per programmare il microcontrollore.

RBoxprog.exe √® l’applicazione per Windows che consente di modificare i parametri del firmware per personalizzarlo secondo le proprie esigenze. Anche questo l’ho scritto in FreeBasic e gira anche su una chiavetta USB, senza installazione.

Clausola di non assunzione di responsabilità:
Il programma o software descritto, liberamente prelevabile dal sito, √® da considerarsi una ‚Äúdemo‚ÄĚ gratuita e pertanto l‚Äôautore Emilio P.G. Ficara non fornir√† alcun supporto, n√© si assumer√† alcuna responsabilit√† per ogni eventuale problema, danno o conseguenza che dovesse presentarsi nel download o nell‚Äôesecuzione dell‚Äôapplicazione.
Cliccando questo link per effettuare il download del file implicitamente dichiarate di aver letto e capito la clausola di non assunzione di responsabilità e di accettarla.

Verificate sempre il checksum MD5 del file scaricato ! Questo deve essere: 632CA2A7244552F141384D70A6975971 ; se è diverso, il file è corrotto o non è quello originale. In questo caso, non scompattatelo e buttatelo via !
Se invece è tutto ok, potete scompattarlo (è richiesta una password che è: eficara).

Considerazioni finali

Alcune cose importanti da considerare : il dispositivo √® “sicuro” ? NO! E’ possibile intercettare i dati (user e password) quando date il comando sul sito web, dato che non si effettua una connessione sicura HTTPS. Inoltre, ci sono altri metodi per dirottare le richieste DNS in modo da andare a prendere la pagina web cmd.htm da un’altra parte (un sito fittizio). Questo √® un esperimento, un esercizio e perci√≤ la sicurezza √® limitata. Tenete presente, per√≤, che anche i sistemi “professionali” hanno le loro vulnerabilit√†. Ricordate che anche i server dei BIG dell’informatica vengono attaccati con successo dagli hackers “cattivi”, cos√¨ come i siti istituzionali di potenti Nazioni. Un vecchio detto dell’informatica afferma: “un computer sicuro √® un computer con la spina staccata, chiuso in una cassaforte di cui si sono perse le chiavi“. E’ la pura verit√†. Un altro detto che fa parte della mia filosofia di vita (e di progettazione) √® “non usare un cannone per sparare alle zanzare” e quindi usate gli strumenti adeguati in funzione dello scopo da raggiungere. Se avete in casa gioielli per 5mila euro, non comprate un impianto antifurto da 50mila euro, tanto per intenderci. In questo caso, per accendere e spegnere da remoto le luci di casa, mentre siamo fuori per il week-end, il circuito proposto va pi√Ļ che bene. Ricordate che la migliore sicurezza si ottiene con… la segretezza! Non fate pubblicit√† ai vostri controlli remoti, non parlatene con gli amici al bar, non date username e password ad altri, non usate il WiFi pubblico per inviare informazioni personali e… forse sarete al sicuro!

Il sistema descritto in questo esperimento pu√≤ essere usato, naturalmente, anche per conoscere da remoto lo stato di uno switch, la temperatura di un ambiente o qualsiasi altro valore. Se continuer√≤ a fare esperimenti, pubblicher√≤ un nuovo articolo a questo proposito. Al momento, penso di non farlo perch√© sto dedicando tutte le mie energie alla ricerca di un nuovo lavoro. E’ complicato, sia in Italia che all’estero. Incrocio le dita…

Esperimenti con W5500

aggiornato il 7 Mar 2017- Finito !
Dopo aver progettato alcuni dispositivi con i modulini WiFi basati sul componente ESP8266, ho deciso di passare in modalit√† “wired”, perch√© mi hanno fatto notare che molte persone spengono la sezione WiFi del modem / router quando non serve loro per “navigare” e quindi gli eventuali dispositivi di domotica basati su wireless diventano inutilizzabili !

A questo punto, ho deciso di realizzare una versione dei miei dispositivi anche su wired LAN e ho quindi cercato un componente adatto. Ci sono diverse opzioni, ma dopo alcune considerazioni su costi e reperibilità ho deciso di puntare sul chip W5500.

Il sito del produttore mette a disposizione una vasta e accurata documentazione, sia per l’hardware che per il software. Ci sono librerie software aggiornate e molti esempi relativi alla gestione dei vari protocolli, ma (come sempre) io ho deciso di studiare il datasheet del componente e scrivere i miei programmi di test a partire da zero.

Per cominciare a fare delle prove pratiche, ho comprato on-line un modulino che ospita il componente, con il minimo essenziale di hardware per la connessione al microcontrollore esterno e alla rete LAN.

A destra il modulo collegato con un flat-cable al micro; a sinistra il dettaglio del pinout

Purtroppo, non ho potuto riutilizzare nulla del software scritto per i moduli ESP-01, ESP-07 eccetera, perch√© il W5500 ha un’architettura e una modalit√† di pilotaggio completamente diversi. Intanto, dal punto di vista hardware, la connessione avviene tramite SPI (quindi una seriale sincrona) e non tramite UART ; poi, lo stack TCP embedded richiede una programmazione a un livello pi√Ļ basso, una gestione dei “socket” un po’ pi√Ļ complessa.

Per questa prima parte dell’esperimento ho riciclato una mia vecchia scheda, basata sul microcontrollore Atmel ATmega88, che avevo realizzato in passato per pilotare il noto ENC28J60 della Microchip. Dato che anche quel chip si pilotava tramite SPI, ho rimosso l’integrato (che era in versione DIP e montato su zoccolo) e ho collegato i vari segnali della seriale sincrona al connettore del modulino W5500. Ho cos√¨ potuto riutilizzare anche la parte di software che gestiva la comunicazione SPI. Il circuito di prova si presenta cos√¨ :

Il primo prototipo: scheda con micro ATmega88, modulo W5500 e interfaccia USB-TTL per il debug del programma.

Lo schema elettrico della scheda a microcontrollore, modificato e semplificato dalla versione originale con il chip ENC28J60, è questo:

Per una visione pi√Ļ dettagliata, √® possibile prelevare il file in formato PDF da questo link.

Come si vede dalla nota sullo schema, al momento attuale le linee di I/O del micro che non sono state utilizzate sono “floating”, in attesa di definire un hardware aggiuntivo, ma a progetto finito ogni linea non usata deve essere opportunamente collegata ad un riferimento. Tipicamente, dato che il micro al reset pone tutto l’I/O in condizioni di Input (alta impedenza), √® possibile collegare tra loro tutti i pin inutilizzati ed usare una resistenza sola per collegarli tutti a GND. Ovviamente, nella fase di inizializzazione delle linee di I/O del firmware, bisogna tenere conto di questa soluzione circuitale.

Breve descrizione del componente

L’integrato mette a disposizione del progettista un completo stack TCP, con 8 sockets indipendenti e un’area di memoria RAM dedicata. Il controllo del funzionamento avviene scrivendo o leggendo alcuni registri e aree di memoria tramite interfaccia seriale sincrona SPI. I blocchi di memoria sono tre:

Common Register Block, dove troviamo i registri di controllo
Socket Register Block, dove troviamo i registri relativi agli 8 Sockets
Memory, dove troviamo i buffers di lettura / scrittura degli 8 Sockets

La seriale SPI pu√≤ essere usata in modo da leggere / scrivere una quantit√† fissa (1,2,4 bytes – FDM) o variabile (n Bytes – VDM) di dati. Per utilizzare quest’ultima modalit√†, √® necessario pilotare la linea /CS (Chip Select) per informare il chip dell’inizio e fine di uno stream di dati. Nel mio progetto ho usato esclusivamente questa modalit√†. Uno stream di scrittura / lettura √® costituito da tre fasi: Address Phase, Control Phase, Data Phase.

Nella Address Phase vengono inviati 2 bytes che costituiscono l’indirizzo di offset rispetto all’origine del blocco di memoria selezionato ; nella Control Phase viene inviato un singolo byte che indica il blocco di memoria che si vuole selezionare, il modo RD / WR e la modalit√† FDM / VDM ; ¬† infine, nella Data Phase vengono scritti o letti i dati (quindi, in caso di modo VDM questa fase ha un numero variabile di bytes).

Per poter effettuare una qualsiasi operazione √® necessario inizializzare alcuni registri principali. Al reset il chip assegna dei valori di default ; molti di questi non avranno bisogno di essere modificati, perch√© sono i pi√Ļ adatti ad un funzionamento normale. Per esempio, i registri che determinano la quantit√† di memoria RAM assegnata agli 8 sockets vengono inizializzati con il valore di 2K Bytes. Cos√¨ facendo, avremo lo spazio di memoria uniformemente distribuito tra gli 8 sockets, per un totale di 16K Bytes in scrittura e altrettanti in lettura. Naturalmente lo spazio di memoria pu√≤ essere distribuito in modo differente, purch√© si rispetti la quantit√† massima di RAM disponibile che √®, appunto, di 16K Bytes per i buffers di TX e 16K Bytes per quelli di RX.

L’accendiamo ? S√¨, l’accendiamo !

Bene, il circuito c’√®, partiamo con il primo step: colleghiamo il nostro dispositivo alla LAN e proviamo a vedere se risponde al “ping”. Come al solito, non ho utilizzato “librerie precotte”, ma ho scritto il programma a partire dallo studio di ci√≤ che mi serve, riflettendo bene sul minimo indispensabile per raggiungere lo scopo. Non mi piace l’approccio che (purtroppo) ha preso piede negli ultimi anni, cio√® quello di fare strutture di software immense e poi definirle “scalabili”. Questo “scalabile” spesso significa che se a me serve solo una minima parte, devo prendere un grosso blocco e poi togliere quello che √® in eccesso. Nella mia lunga esperienza ho potuto appurare che si fa molto prima a scrivere da zero l’essenziale che non a togliere il 90% dell’inutile ; √® come costruire una¬† tazzina da caff√® partendo da un blocco di marmo di due metri di lato, con grande fatica di scalpello e martello. Io, preferisco usare una “stampante 3D” e creare ci√≤ che mi serve usando solo il materiale necessario.

Il nostro dispositivo si collega ad una rete LAN, tipicamente fornita dal modem / router che ci connette al provider. Teniamo presente che il chip w5500 non ha protocolli gi√† pronti, ma ci mette a disposizione alcuni sockets TCP / UDP e poi… il protocollo lo dobbiamo scrivere noi ! Dunque, non c’√® un DHCP pronto all’uso e quindi programmeremo nei registri interni del chip un IP statico, che sar√† quello che poi proveremo a “pingare”. Un altro importantissimo dato da scrivere nei registri √® l’indirizzo fisico del nostro dispositivo, comunemente chiamato MAC address. Il MAC address √® costituito da 6 bytes; i primi tre identificano il produttore dell’hardware ed i secondi tre sono a discrezione del produttore, che li codifica nel modo che pi√Ļ gli aggrada, mantenendo per√≤ l’univocit√† della terzina. Particolarmente importante √® il primo byte della prima terzina e in particolare, di questo, il secondo bit meno significativo. Questo bit, infatti, determina se il MAC address √® OUI (Organizationally Unique Identifier) oppure se √® “locally administered”. In pratica, se il primo byte del MAC √® xxxxxx1x, il dispositivo non appartiene ad una delle industrie registrate come produttori, ma √® amministrato localmente. L’ultimo bit (il meno significativo) del primo byte determina se la connessione √® multicast o unicast. Noi useremo solo unicast e quindi questo bit sar√† sempre a zero.

Un trucco per creare un indirizzo fisico OUI, che ho visto usare nei tablets cinesi “very cheap” di prima generazione (nel 2011), √® quello di utilizzare come MAC del tablet quello del router a cui ci si collega, modificando l’ultimo byte di +1 o -1. Ingegnoso, ma non si dovrebbe fare ! Se volete sapere qual √® il MAC del vostro router e usare lo stesso trucco, potete usare il comando ARP da finestra DOS di Windows.

Questo comando chiede al sistema di restituire il MAC address (attraverso il protocollo ARP) del dispositivo che ha IP 192.168.1.1 (tipicamente il router di casa). Gli altri due dati essenziali da programmare nei registri del W5500 saranno l’IP del Gateway (il nostro modem / router) e la Network Mask. Tutti questi dati risiedono nella memoria flash del micro ATmega88, allocati in modo statico con questa assegnazione:

Come si vede in figura, alla locazione 0x0EC0 troviamo 64 bytes di memoria flash riservati ai dati per la personalizzazione del dispositivo. Si noti che c’√® un solo byte definito nel sorgente in ‘C‘ ! Questo serve unicamente a far generare dal compilatore una linea nel file di uscita raslan.hex con il riferimento all’indirizzo 0x0EC0. Poi, sar√† un’applicazione su PC ad aggiungere al file .hex i dati personalizzati. Ecco come si presenta la schermata iniziale di tale applicazione:

Nella finestra in alto a destra potremo scrivere, un dato per riga, i valori corretti per personalizzare il nostro dispositivo in funzione della rete a cui dovremo collegarlo. Il programma, quando si clicca il pulsante [ Modify HEX file ], genera un nuovo file chiamato raslan-mf.hex che contiene, nell’area flash dedicata, i parametri personalizzati. A questo punto potremo usare tale file per effettuare la programmazione del microcontrollore.

In questa prima versione di programma, il micro invia su porta seriale (9600, N,8,1) i parametri letti dalla propria memoria flash. Dopo aver trasmesso ogni messaggio,  il micro scrive i medesimi dati nei relativi registri del w5500 e quindi resta in attesa di comandi da seriale o di richieste ICMP Ping.

Come si vede nel listato, la prima operazione che viene effettuata sui registri è la lettura della versione del chip. Il w5500 risponde con il valore 04. Questa lettura è utile anche per verificare che le routines di lettura/scrittura tramite SPI siano efficaci. Di seguito, troviamo la scrittura dei vari parametri di cui abbiamo parlato.

Colleghiamo ora un convertitore USB-Seriale al circuito e lanciamo un programma di terminale seriale. Nel file zip messo a disposizione per il download troverete anche un mio piccolo programma di terminale, che potrete utilizzare per visualizzare l’output del micro e per inviare comandi. In questa primissima release del software, l’unico comando accettato da seriale √® il carattere ‘+’ che provoca un reset da watchdog del micro, facendo quindi ripetere la procedura di inizializzazione. Ecco cosa leggiamo sulla finestra del terminale:

A questo punto vedremo il led rosso del circuito mandare un piccolo lampeggio ogni 3 secondi, segno che tutto gira regolarmente. Dall’immagine precedente vediamo che il Device IP √® settato a 192.168.0.123 e quindi proviamo a fare un ping da un computer collegato sulla stessa sottorete. Il risultato sar√† questo:

BENE ! Il circuito risponde al Ping ! Il primo passo √® fatto ! I registri sono stati inizializzati correttamente. Possiamo ora, per prova, lanciare di nuovo il programma w5500prog.exe per modificare i parametri e riprogrammare il micro con un altro Device IP. Quindi, possiamo provare a “pingare” il nuovo IP e vedere se ci risponde (lo far√†).

Nota importante: quando si programma la memoria flash del micro, si devono anche settare i “fuses” secondo questa configurazione: Hfuse: 0xCD Lfuse: 0xFC Efuse: 0xF9.

Nel file w5500-v1.zip messo a disposizione per il download troverete questi elementi:
miterm.exe – il terminale seriale
raslan.hex – il file hex di base, senza parametri
raslan-mf.hex – il file hex con i parametri, da usare per programmare il micro
w5500prog.exe – l’applicazione per modificare i parametri

La prova del Socket

Finita questa primissima prova, cominciamo la seconda e ultima parte dell’esperimento: la prova di un “socket” TCP. Per dare un po’ di flessibilit√† al programma, ho aggiunto una serie di comandi che possono essere inviati da porta seriale. Il primo di questi permette di inserire un IP al quale ci si vuole collegare. Da seriale scriveremo ” i ” e comparir√† un ” ? “, quindi scriveremo l’ IP che ci interessa. Dato che ancora non abbiamo programmato un client DNS sul micro, useremo un terminale cmd di Windows e il comando nslookup per ottenere l’ IP del server a cui collegarci. Ecco un esempio:

Con questo nslookup chiediamo al server DNS 8.8.8.8 (quello di Google) l’attuale IP del sito robotop.eu5.org, che √® un mio sito di test ospitato su uno spazio web gratuito.

Un altro comando da seriale permette di settare la Porta a cui ci si vuole collegare. Sul terminale seriale scriveremo ” p ” e verr√† mostrato il carattere ” ? ” e quindi inseriremo il numero della Porta, in questo caso 80 perch√© vogliamo collegarci a un server web che ci restituir√† una pagina HTML.

Vediamo ora il comando che ci permette di selezionare il percorso della pagina a cui vogliamo accedere, sul sito di cui abbiamo ottenuto l’ IP . Sul terminale seriale scriveremo ” s ” e riceveremo il solito ” ? ” e a questo punto scriveremo il percorso, ad esempio: /php/ipget.php. La lunghezza massima accettata per la stringa, come in tutti gli altri comandi, √® di 31 caratteri.

Ora abbiamo il comando per inserire l’URL del sito. Scriveremo da terminale seriale ” u ” e ci verr√† mostrato il solito ” ? ” ; a questo punto, inseriremo la stringa, per esempio robotop.eu5.org. Qualcuno si chieder√† perch√© inseriamo l’URL del sito, dato che ne abbiamo gi√† ricavato l’IP con nslookup. La ragione √® che lo stesso host contiene molti siti (√® un hosting gratuito) e quindi nella richiesta GET HTTP che faremo, dovremo aggiungere il campo “Host: ” che specificher√† a quale sito vogliamo accedere, sul server che gira a quell’indirizzo IP.

L’ultimo comando che possiamo dare da seriale √®: ” g “. Questo comando avvia una richiesta GET HTTP con i parametri impostati da seriale e quelli programmati nella flash. I dati ricevuti (se la richiesta va a buon fine) sono limitati a 255 bytes. Gli eventuali dati in eccesso vengono troncati.

Vediamo un esempio sul terminale seriale:

Ho utilizzato il comando ctrl-r del terminale seriale per registrare tutta la procedura, a partire dal reset del circuito effettuato inviando il carattere ” + “. Eccolo di seguito:

> Boot
> Chip version: 04
> Device MAC: 02-00-00-00-00-01
> Device IP: 192.168.0.100
> Gateway IP: 192.168.0.1
> Network Mask: 255.255.255.0

> i ? 5.9.82.16 err: editing not allowed !
> i ? 5.9.82.18
> Destination IP: 5.9.82.18
> p ? 80
> Destination PORT: 80
> s ? /php/ipget.php
> Server's path: /php/ipget.php
> u ? robotop.eu5.org
> Server's URL: robotop.eu5.org
> g
# socket open; src port:1326
# socket initialized OK
# connect socket to server...
# [3] status=15
# socket connected
# sending data...
# data received on socket - bytes:00AD
HTTP/1.1 200 OK
Date: Tue, 07 Mar 2017 16:33:20 GMT
Server: Apache
X-Powered-By: PHP/5.4.17
Content-Length: 11
Connection: close
Content-Type: text/html

5.170.76.79
# closing socket...
# closed
>

Ecco cosa abbiamo fatto: ci siamo connessi a http://robotop.eu5.org/php/ipget.php ed abbiamo ricevuto una risposta. La risposta √®… il nostro IP pubblico, quello con il quale il nostro router viene visto dalla rete. Il contenuto del file ipget.php √® veramente minimale.. eccolo qui: <?php echo $_SERVER[REMOTE_ADDR]; ?> .

L’esperimento √® concluso. Nel nuovo file w5500-v2.zip troverete i programmi aggiornati.

Nel prossimo articolo descriver√≤ un’applicazione pratica di quanto sperimentato fin qui. Sar√† un rel√® che potremo accendere / spegnere via Internet, usando come comando remoto un qualsiasi dispositivo mobile provvisto di connessione ad internet (con il browser di serie). Non dovremo abilitare particolari porte sul modem / router e potremo usare anche un router 3G/4G (come quello che sto usando adesso) che non ha un IP pubblico (fa parte di una sottorete del provider). Noi riusciremo ugualmente a comandare il nostro rel√® (con qualche minuto di latenza), grazie a un paio di scripts PHP che scriveremo su un hosting gratuito qualsiasi, dopo aver fatto la nostra registrazione.

Provare per credere ! Arrivederci…

Clausola di non assunzione di responsabilità:
Il programma o software descritto, liberamente prelevabile dal sito, √® da considerarsi una ‚Äúdemo‚ÄĚ gratuita e pertanto l‚Äôautore Emilio P.G. Ficara non fornir√† alcun supporto, n√© si assumer√† alcuna responsabilit√† per ogni eventuale problema, danno o conseguenza che dovesse presentarsi nel download o nell‚Äôesecuzione dell‚Äôapplicazione.
Cliccando questo link per effettuare il download del file implicitamente dichiarate di aver letto e capito la clausola di non assunzione di responsabilità e di accettarla.

Verificate il checksum MD5 del file w5500-v2.zip scaricato ! Questo deve essere: E71F4C2707932F8A2EBCC8C5815D109B ; se è diverso, il file è corrotto o non è quello originale. In questo caso, non scompattatelo e buttatelo via ! Se invece è tutto ok, potete scompattarlo (usate il programma 7Z e la password: eficara). Potete usare i programmi anche su una chiavetta di memoria USB, in quanto non hanno bisogno di installazione, essendo eseguibili puri.