Raspberry Pi

47) Sériová komunikace přes RS232 
          (připojení multimetru METEX M-4640A k RasPi)

1) Základní informace o RS232

Raspberry Pi má v základním systému zabudovanou podporu pro komunikaci RS232.
Tato komunikace se používá pro přenos dat mezi počítačem a nějakým dalším zařízením (například multimetrem).
Také je možné přenášet data mezi dvěma počítači.
Detailní informace o této komunikaci si můžete přečíst třeba tady:  http://cs.wikipedia.org/wiki/RS-232

2) Převodník ADM3232E

RasPi má komunikační linku vyvedenou na piny GPIO14 (pin 8 na GPIO konektoru) a GPIO15 (pin 10).
Jediným problémem je to, že RasPi pracuje s napěťovými úrovněmi 3,3V, ale RS232 potřebuje ke své činnosti napětí vyšší ( například +6V a -6V).

Existují ale specializované obvody, ke kterým stačí připojit napájení 3,3V a několik kondenzátorů.
Tyto obvody se pak o generovaní +/-6V starají samy.

Já jsem pro pokusy použil obvod ADM3232E od firmy Analog Devices, který má tu výhodu, že pracuje s napájecím napětím 3,3V (Logické signály na straně k RasPi jsou tedy také třívoltové) a k činnosti mu stačí jen 5 vnějších kondenzátorů.
Obvod má celkem 4 kanály - dva výstupní (Raspi jimi může posílat data k připojenému zařízení) a dva vstupní (Na nich RasPi může přijímat data , které odesílá připojené zařízení)
Pro vysílací kanály se používá označení TxD (Transmitted Data)
Přijímací kanály se označují RxD (Received Data)

Obvod ADM3232 má také ochranu proti zkratu na vnějších vývodech - při zkratu přes tyto piny nepoteče více než 15mA.


Přesný popis funkce naleznete v katalogovém listu, ale v jednoduchosti to funguje takto:

Pokud se na některý vysílací kanál vyšle z RasPi logická "0", přepne se výstup tohoto kanálu na +6,5V
Když se na vysílací pin přivede logická "1" (3,3V), přepne se výstup obvodu na -6,5V.

Na přijímacích kanálech to funguje stejně:
Když od vnějšího zařízení přijde po komunikačním kabelu -6V, přepne se přijímací pin na straně RasPi do logické "1".
Pokud ze zařízení přijde kladné napětí (+6V), přepne se přijímací pin na RasPi do logické "0"

Detaily a katalogový list: http://www.analog.com/en/interface-isolation/rs-232/adm3232e/products/product.html

POZOR:
 Velice často se v návodech na internetu můžete setkat s obvodem MAX232. Má stejnou funkci a dokonce i stejně zapojené vývody, jako zde popisovaný ADM3232, Rozdíl je však v tom, že pracuje s 5V logickými úrovněmi. Proto je pro RasPi nevhodný.

3) Specifikace přenosu pro multimetr Metex M-4640A

Aby bylo možné zprovoznit komunikaci, je třeba zjistit, v jakém formátu a jakou rychlostí odesílá připojené zařízení data.
V případě multimetru Metex to bylo jednoduché. Všechny potřebné informace (dokonce i s jednoduchým přikladem) byly v návodu:

 Naskenované stránky z manuálu, na kterých je popsána komunikace

4) Schéma připojení METEXu k RasPi přes převodník ADM3232E

S multimetrem jsem musel řešit jiný problém:

Když jsem ho připojoval jen pomocí 3 vodičů (TxD, RxD a GND), pořád se mi nedařilo komunikaci rozchodit. Multimetr neodesílal žádná data. Tak jsem ho zkusil připojit k normálnímu PC a použil jsem originální program pro záznam měření.
Na PC to všechno šlapalo, jak má. 
Proměřil jsem i ostatní vývody a zjistil jsem, že aby Metex začal odesílat data, musí mít na vývodu DTR napětí +6,5V.

Vytvořit 6,5V bylo na převodníku ADM3232 jednoduché. Stačilo jen využít druhý TxD kanál (T2_in), který se na straně RasPi nastavil na "0". Tím se na výstupu převodníku objevilo napětí 6,5V.
Pak už začal Metex komunikovat i s RasPi.

Všimnul jsem si, že na vývodu RTS také probíhají nějaké impulzy. Je to pravděpodobně signál od multimetru, že začíná posílat data.
Nikdy jsem ale ten signál nepoužil - přenos funguje i bez něj.

Na vývody T1_in a R1_out je možné připojit LED diody. Když probíhá komunikace je pak vidět jejich krátké problikávání () .

5) Příprava systému

Ke zprovoznění sériové komunikace na RasPi je třeba upravit dva soubory.
Netuším, co přesně má ta úprava za význam. Anglický popis je tady:
http://www.abelectronics.co.uk/raspberrypi-serialportusage/info.aspx

Takže když to opíšu do češtiny, tak je třeba pro jistotu nejdříve zazálohovat první soubor  /boot/cmdline.txt příkazem

sudo cp /boot/cmdline.txt /boot/cmdline.bckup

Pak je třeba ten soubor otevřít v editoru:

sudo nano /boot/cmdline.txt

V tom otevřeném souboru je jedna jediná řádka, která se nahradí tímto:

dwc_otg.lpm_enable=0 console=tty1 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 elevator=deadline rootwait

Po úpravě by měl soubor vypadat takto:

Následuje klasické ukončení editace a uložení (Ctrl+X, Y, Enter)

Druhý soubor, který je třeba upravit, je /etc/inittab

Tento soubor už není třeba zálohovat, protože úprava spočívá pouze v zakomentování jedné řádky:

sudo nano /etc/inittab

Na konci souboru je řádka, která obsahuje text  :
.... respawn:/sbin/getty -L ttyAMA0 .....

Tak před tuto řádku se vloží dvojitý křížek (#)

Po úpravě vypadá ta řádka takto:

... Zavřít, Uložit (Ctrl+X, Y, Enter)

Na závěr je třeba RasPi restartovat:

sudo shutdown -r now

6) Instalace programů (CuteCom, minicom)

Pro použití komunikace existuje několik hotových programů. Já jsem vyzkoušel grafický CuteCom a terminálový minicom.
Instalace obou programů je popsána zde:
  http://blackeagle.duckdns.org:86/Comp/RPi/Serial.html

sudo apt-get update

sudo apt-get install cutecom

sudo apt-get install minicom    

Program CuteCom se spouští v grafickém prostředí ("Start" -> Other -> CuteCom).
Ten program tady nebudu popisovat - stačí jen nastavit komunikační parametry do příslušných políček.
Za upozornění stojí snad jen políčko "Device", do kterého je třeba zadat /dev/ttyAMA0

Trochu horší to bylo s terminálovým minicomem. 
Ale i tam se mi to nakonec podle nápovědy povedlo po celkem krátké době zprovoznit.

Po instalaci je třeba spustit program s parametrem pro nastavení:

sudo minicom -s

Když se nastaví správné přenosové parametry, vypadá přenos dat z multimetru takto:

Důležitá je klávesová zkratka Ctrl+A, následovaná klávesou "Z" pomocí které se dostanete do menu.
V menu je možné si pomocí dalších písmen vybrat požadovanou akci (přenosová rychlost, posílání znaku CR na konci řádky ....)
Toho nastavení je tam spousta a ani jsem to všechno nezkoumal.

7) Příklad programu v Pythonu s využitím pySerial API

Jedinou věcí, která mi chyběla na obou programech (je možné, že tam je, ale já jsem jí neobjevil), 
 bylo pravidelné odesílání dat z RasPi do zařízení.

V mém konkrétním případě jsem chtěl, aby mi připojený multimetr každou půlsekundu odeslal do RasPi naměřenou hodnotu.
Aby multimetr odeslal naměřená data, bylo třeba každou půlsekundu odeslat z RasPi do multimetru písmeno "D".

K této automatické komunikaci jsem chtěl využít Python. 
V Pythonu je pak bez problému možné se získanou hodnotou okamžitě pracovat (průměrovat, ukládat do souboru, porovnávat s nastavenou mezí .....)

Python sám ale přes RS232 komunikovat nedokáže.
Bylo třeba doinstalovat modul pro sériovou komunikaci.

Pro instalaci stačí v terminálu zadat tento příkaz:

sudo apt-get install python-serial

Po instalaci modulu je možné z Pythonu odesílat a přijímat data.
Stačí jen nastavit správné parametry komunikace a pomocí funkcí read a write se může spustit komunikace.

Popis všech funkcí tohoto modulu je zde:
http://pyserial.sourceforge.net/pyserial_api.html

Na závěr jednoduchý příklad pro čtení 10 naměřených hodnot z Metexu.

Příklad je ke stažení tady: rs232.py 

V programu si můžete všimnout třech řádek:
  x = spojeni.read(14)
Jsou tam kvůli tomu, že v rámci jednoho bloku dat se z Metexu odesílají 4 hodnoty.
První je hlavní měřená hodnota na velkém displeji.
Zbylé tři jsou údaje na malých pomocných displejích, jejichž funkci je možné na multimetru nastavit.
(Například na zobrazení průměrné, maximální a minimální hodnoty).
V základním režimu se na těchto 3 malých displejích zobrazuje 3 sekundy stará historie naměřených hodnot z velkého displeje, takže jsou tyto údaje nezajímavé.

8) Připojení staré sériové myši

Ještě jsem našel doma jednu hodně starou sériovou myš, tak jsem jí zkusil připojit.

V první řadě bych chtěl upozornit, abyste nevěřili prvnímu článku, který objevíte
 na internetu, a který popisuje zapojení myšího konektoru.
Bez ověření se dokonce nespoléhejte ani na tento článek.

Pro moji konkrétní myš totiž funguje následující připojení (na rozdíl od cizích článků je u mě zapojený pin č.7):

Vaše myši mohou být zapojené odlišně.
Piny 5, 3 a 2 na myším konektoru Canon asi budou stejné. Rozdíl bude pravděpodobně v tom pinu 7.

Při takto připojené myši jsem spustil program CuteCom, na kterém jsem nastavil následující přenosové parametry:

Baud rate: 1200
Data bits: 8
Stop bits:1

Když jsem pak spustil přenos a zahýbal myší, začaly se z myši do RasPi sypat data:

Na první pohled ta data nedávají smysl, ale třeba tady na té stránce je popsaný způsob, jakým se z toho dají získat údaje o směru a rychlosti pohybu a nebo o stisknutém tlačítku: http://www.hw.cz/teorie-a-praxe/dokumentace/mys-mouse-rs-232.html  

Tady je krátké video: 


(Na červené LEDce je vidět přenos dat při pohybu myši)

... A ještě doplnění k té myši:

Trochu jsem upravil ten Pythoní program, který četl data z multimetru - předělal jsem ho na čtení myši a zobrazení získaných dat v binárním tvaru.

Program je tady: mys.py

Z výstupu toho programu je pěkně vidět, jaké významy mají jednotlivé bity:

Video s ukázkou činnosti "myšího" programu:


Mezi 10.a 16. sekundou záznamu jsem nehýbal myší, ale klikal jsem tlačítky.
Nejdřív 4x levým a pak 4x pravým. 
Na výstupu je vidět, že se v té době v prvním bajtu (levý sloupec) měnily hodnoty bitů 5 a 4.