Eine WLAN-Platine zum selber bauen
GainSpan WiFi Adapterplatine fürs Steckbrett
Zielstellung und Vorbemerkungen
Ziel: WLAN-Platine zur Kommunikation mit Handy (Android + iOS)
Warum kein Bluetooth: Bluetooth-Schnittstelle ist beim iPhone kastriert und unterstützt nicht das Serial Port Profil (SPP), dazu ein paar links:
http://stackoverflow.com/questions/3380182/iphone-4-set-up-use-bluetooth-spp
Actually, Apple doesn’t include full featured bluetooth stack into iPhone firmware, for bluetooth heartrate monitors RFCOMM/SPP (Serial Port) is required. As far as I understand this is a reason of many “toy” apps for heart, instead of real fitness and medical ones.
https://discussions.apple.com/thread/2649583?start=0&tstart=0
You are right, the full BlueTooth stack is only available via the btstack project (code.google.com/p/btstack) for jailbroken iPhones. For the unbroken iPhone you need the “Made of iPod/iPhone” program to get access to the BlueTooth stack, which seems to need (since it is an NDA program, I couldn’t find any useful information regarding the BlueTooth part) some special certified BlueTooth hardware (and you need to be a company to even apply for this program - which also prevents me from building a hardware extension for the iPhone). So I guess WiFi is the only possible solution left... http://stackoverflow.com/questions/1870029/wireless-communication-avr-based-embedded-system-and-iphone
https://developer.apple.com/programs/mfi/
Join the MFi licensing program and get the hardware components, tools, documentation, technical support and certification logos needed to create AirPlay audio accessories and electronic accessories that connect to iPod, iPhone, and iPad.
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A credit review must be completed in order to determine your company’s ability to meet the financial obligations associated with the MFi Program.
connectBlue OEM Bluetooth iPhone / iOS Accessory Module OBS414
To buy the OBS414 the customer must be part of the Apple Made for iPod (MFi) program. http://support.connectblue.com/display/PRODBTSPA/cB-OBS414+Terms+and+Conditions
Unter Android funktioniert die Kommunikation mit einem 5 EUR Bluetooth Modul dagegen problemlos, aber falls die Kommunikation auch mit einem iPhone funktionieren soll ist die Verwendung eines WLAN Moduls momentan die einfachste und günstigste Lösung.
GainSpan hat ein paar interessante WLAN-Module im Angebot, die im Vergleich zu den meisten anderen Modulen auf dem Markt auch den Accesspoint Modus unterstützen, dadurch lässt sich ein Android Smartphone oder iPhone direkt, ohne zusätzlichen Router, mit dem Modul verbinden. Andere Module unterstützen oft nur den Ad-Hoc Modus, in diesem Modus kann aber nicht die sichere WPA2-PSK Verschlüsselung genutzt werden und fast alle neueren Handys (Android, iPhones) können sich standardmäßig nicht mit Ad-Hoc Netzwerken verbinden.
Die WLAN-Module gibt es z.B. bei Farnell. Ich nutze hier das GAINSPAN - GS1011MIE-SMP Modul mit Antennenkontakt und eine PULSE ENGINEERING - W1039B030 - ANTENNE, Module mit Chipantenne sind auch verfügbar.
Foto vom GAINSPAN GS1011MIE-SMP WLAN Modul mit Antenne
Eagle Bibliothek für das WLAN Modul
Eine fertige Eagle-Bibliothek gibt es hier zum Download, ich wollte zwar erst die komplette Schrittfolge beschreiben, aber das war mir dann doch zu aufwendig.
Schaltplan
Hier der Schaltplan als PDF zum Download: gainspan_wifi.pdf.
Schaltplanauszug der Adapterplatine, anklicken für kompletten Schaltplan
Platinenlayout
Die Platine ist einseitig, wenn man von ein paar Drähten auf der Rückseite absieht, die man einfach per Hand verlöten kann. Durch 2 Stiftleisten (JP3 wird nicht bestückt) lässt sich die Adapterplatine zum einfachen Experimentieren auf ein Steckbrett stecken.
Layout der Platine in Eagle (Rev.2)
Layout (A4) zum drucken auf Papier, um zu sehen ob die Footprints passen: gainspan_wifi_paper_test.pdf
Ausdruck auf Papier mit Bauteilen um zu sehen ob Footprints passen
Belichten der Leiterplatte
Gespiegeltes Layout (A4) zum Drucken auf Klarsichtfolie: gainspan_wifi_overhead_transparency.pdf
Das gespiegelte Layout wird mit einem Farbdrucker von HP in Foto-Druckqualität auf Inkjet Overhead Folien gedruckt und dann mit der bedruckten Seite auf die Fotoplatine zum belichten gelegt.
Bild vom gespiegelten Platinenlayout
UV-Belichter, den ich vor ein paar Jahren mal gebaut habe, irgendwann muss ich da mal noch einen Timer einbauen, das Belichten mit Stoppuhr wird auf Dauer ganz schön nervig.
Probestück zum testen der Belichtungsdauer, 4,5 Minuten haben sich als gut herausgestellt.
Ätzen der Platine
Eine Gute Zusammenfassung gibt es hier: http://www.mikrocontroller.net/articles/Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode
Platine nach dem Entwickeln mit Natriumhydroxid im Wasserbad
Platine in der Ätzlösung (Natriumpersulfat)
Fertig geätzte Platine, es gibt 2 kleine Brücken, bei Revision 2 habe ich die Abstände zwischen einzelnen Leiterbahnen etwas vergrößert, das sollte verhindern, dass es bei nicht optimaler Belichtungs-/Entwicklungszeit zu Brücken kommt, daneben liegen noch 2 Probestücke
Bohren und Bestücken
Zum Bohren benutze ich einen Industrie-Bohrschleifer IB/E Proxxon samt Bohrständer MB 140/S, mit der großen Ständerbohrmaschine brechen die kleinen 0,5mm Bohrer einfach viel zu schnell ab.
Bohren der Platine.
Der Proxxon IB/E Bohrschleifer ist immer wieder nützlich.
Wenn die Platine fertig gebohrt ist kann mit dem Bestücken begonnen werden.
Test auf Funktionstüchtigkeit
Wenn alle Bauteile ohne Lötbrücken bestückt sind kann die Platine in Betrieb genommen werden. Zu Testzwecken kann mal überprüft werden ob am 3,3V Ausgang auch 3,2..3,3V anliegen. Bei mir beträgt der Stromverbrauch im Leerlauf 14,5mA bei einer Versorgungsspannung von 5V.
Stromverbrauch (26mA) mit beiden LEDs an
Wenn man jetzt einen 3,3V USB Serial Wandler mit RX und TX vom WLAN Modul verbindet kann man vom PC jetzt einzelne AT-Befehle an das Modul senden. Der Befehl AT+WS veranlasst das WLAN Modul beispielsweise dazu nach verfügbaren WLAN Netzwerken zu scannen.
Scannen nach verfügbaren WLAN Netzwerken
Auf der Website des Herstellers gibt es auch eine komplette Befehlsreferenz und viele weitere Dokumente und App-Notes, um Zugriff darauf zu erhalten muss man sich allerdings erst registrieren und evt. auch eine NDA unterzeichnen.
Serial Port geöffnet in Minicom , die Befehle AT+DGPIO=30,1 und AT+DGPIO=31,1 schalten die beiden LEDs ein, die bei der Adapterplatine an den General Purpose Input/Output (GPIO) Pins 30 und 31 angeschlossen sind.
Verbesserungsmöglichkeiten (Revision 2)
- Abstand zwischen den Stiftleisten vergrößert, damit man auf dem Steckbrett besser Drähte daneben rein stecken kann
- Einzelne Leiterbahnen etwas schmaler gemacht, damit es beim Ätzen zu keinen Brücken kommen kann
- 0,8mm Vias um dickere Drähte verwenden zu können, der dünnste Draht den ich hatte war 0,5mm dicker Schaltdraht und der war mit bestem Willen nicht durch ein 0,5mm Loch zu bekommen
Verbesserte Version des Layouts zum Drucken auf Klarsichtfolie: gainspan_wifi_overhead_transparency_rev.2.pdf
Komplettes Eagle Projekt: eagle_project.zip
Google+ Post zu der Platine mit einem längeren Kommentar von mir zum WLAN Modul: https://plus.google.com/115575361900269283545/posts/MsFdD7zuUjD.
Ausblick
Im nächsten Blogpost gibt es dann noch ein paar Hinweise zur Ansteuerung, ein Python Script zur Initialisierung und eine Anleitung zum Firmwareupdate um die WPA2-PSK Verschlüsselung zu nutzen.
Hier noch ein Foto von einem Prototypen bei dem das Modul direkt in die Schaltung integriert wurde, zum Experimentieren ist so eine Adapterplatine fürs Steckbrett aber auch ganz nützlich.
Prototyp: STM32F4 Mikrocontroller mit GainSpan WiFi Modul
Erfolgreicher Nachbau Rev.2 via Facebook
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