Tutoriel Arduino 3G GPRS shield

INSA de Toulouse 4 IR ­  RT

Réseaux de mobiles et réseaux sans fil TP Réseaux de mobiles

3G/GPRS shield for Arduino / Raspberry Pi (3G +

GPS)

Présentation et utilisation.

Par Henrick Deschamps, Stagiaire au LAAS­CNRS. Sous la tutelle de Mme Daniela Dragomirescu.

1. Fonctionnalités 1.1. Électronique 1.2. Radio 1.3. Divers 2. Matériel 2.1. Diagrammes 2.2. Antennes 2.3. Audio 2.3.1. Les connecteurs audio 2.3.2. Le connecteur de casque audio 3. Utilisation 3.1. Modem 3.1.1. PC 3.1.1.1. GNU/Linux 3.1.1.1.1. Installation 3.1.1.1.2. Utilisation 3.1.1.2. Windows 3.1.1.1.1. Installation 3.1.1.1.2. Utilisation 3.1.2. Arduino/Raspberry Pi 3.2. Commandes AT 3.2.1. Présentation des commandes AT 3.2.2. Utilisation des commandes AT 3.2.3. Commandes de bases 3.3. Exemples 3.3.1. Appel vocal 3.3.1.1. Émission 3.3.1.2. Réception 3.3.1.3. Conférence 3.3.1.4. Résumé des commandes 3.3.2. SMS 3.3.2.1. Émission 3.3.2.2. Réception 3.3.2.4. Résumé des commandes 3.3.3. Internet 3.3.3.1. Connexion à l’Internet 3.3.3.1.1. Se connecter 3.3.3.1.2. Obtenir les informations de sa connexion 3.3.3.1.3. Résumé des commandes 3.3.3.2. E­mail 3.3.3.2.1. Émission

3.3.3.2.2. Résumé des commandes 3.3.3.3. HTTP 3.3.3.3.1. connexion à un serveur http 3.3.3.3.2. Réseumé des commandes 3.3.3.4. UDP/TCP 3.3.3.4.1. Serveur UDP 3.3.3.4.2. Client UDP 3.3.3.4.3. Serveur TCP 3.3.3.4.4. Client TCP 4. Références

1. Fonctionnalités

1.1. Électronique

La partie importante pour le TP en électronique est la présence du module 3G de        SIMCOM, le SIM5218.

Ce module est le cerveau du shield 3G/GPRS. Son contrôle se fait via des commandes        AT. La liste des commandes AT fournie par le constructeur et transmise par le fournisseur est        disponible à cette adresse :

http://www.cooking­hacks.com/skin/frontend/default/cooking/pdf/SIM5218_AT_command_manu al.pdf

1.2. Radio

Le SIM5218 est Quad­band GSM/GPRS/EDGE/UMTS. Voici la liste de ses gammes de        fréquences de fonctionnement et puissances maximum d’émission, selon le constructeur :

● GSM 850MH, EGSM 900MHz, 2W ; ● DCS 1800MHz, PCS1900MHz, 1W ; ● WCMA 2100MHz/1900MHz/850Mz, 0,5W.

Le SIM5218 possède par ailleurs un mode avion permettant de couper tout les modules        de communication. Ce qui n’est pas très utile dans le cadre du TP, mais intéressant à savoir.

1.3. Divers

Le shield 3G/GPRS donne accès à de nombreuses fonctionnalités du module SIM5218,        parmi lesquelles les plus intéressante pour notre TP : ● Une interface USIM ; ● Une interface High speed USB pour modem ; ● Trois canaux audio ; ● Socquettes TCP et UDP ; ● Les protocoles POP3 et SMTP pour la réception et l’émission d’e­mail.

2. Matériel

2.1. Diagrammes

Voici le diagramme du shield 3G/GPRS issue du site du fournisseur :

Diagramme du shield 3G/GPRS.

2.2. Antennes

Pour pouvoir émettre et recevoir, le shield 3G/GPRS doit être muni d’au moins une        antenne. Le module SIM5218 offre 3 connecteurs ULF d’impédance 50      Ω  . Un seul nous    intéresse. le main antenna connector, situé tout en bas des 3 connecteurs sur le module.

Les trois connecteurs ULF du module SIM5218.

 L’External GPRS­GSM­UMTS Antenna.

Selon le fournisseur, celle ci fonctionne sur les gammes de fréquences 850MHz,        900MHz, 2.1GHz, 1800MHz et 1900MHz. Elle a une impédance de 50      Ω  , une polarisation  horizontale, et un gain de 2,41dBi.

2.3. Audio

Il existe deux manières différentes d’aborder la question de l’audio dans le shield        3G/GPRS. Soit par les connecteurs audios, soit par le connecteur de casque audio.

2.3.1. Les connecteurs audio

Utiliser les connecteurs audio nécessite un loudspeaker, un speaker, et un microphone.

loudspeaker, speaker, et microphone.

Ceux ci viennent se placer dans leurs emplacement respectif, décrit dans le diagramme du shield (cf. 2.1.), la tension positive vers du coté de l'extérieur de la carte.

loudspeaker, speaker, et microphone connecté au shield.

2.3.2. Le connecteur de casque audio

Plus simple, il suffit de placer dans le headset connector un casque audio. Ce casque              doit par ailleurs posséder un microphone.

3. Utilisation

3.1. Modem

3.1.1. PC

Le shield peut être utilisé comme modem 3G USB à la vitesse de 2Mbps en downlink et        0,7Mbps en uplink.

3.1.1.1. GNU/Linux 3.1.1.1.1. Installation

Il faut tout d’abord lancer la commande suivante :

$ watch 'dmesg | tail -20'

Après avoir brancher le périphérique, celui ci devrait apparaître. S’il n’est pas reconnu,        alors il faut installer le driver. Pour commencer il faut afficher la liste des périphérique usb        connecté.

$ lsusb

Une ligne devrait indiqué Qualcomm, Inc. avec comme numéro de vendeur 0x05c6et        produit 0xf006. Il faut les ajouter aux modules à charger au lancement.

# echo "usbserial vendor=0x05c6 product=0xf006 " >> /etc/modules

3.1.1.1.2. Utilisation

Les deux logiciels les plus connus sous GNU/Linux sont Minicomet Cutecom.Tout deux        ont un fonctionnement similaire, Minicométant pour les aficionados de la ligne de commande et        Cutecom pour ceux qui préfère les GUI. Il faut les configurer avec les paramètres suivants :

● Device : /dev/ttyUSBx (x étant le numéro de l’USB où est le modem) ; ● Baud rate : 115200 ;

● Stop bits : 1 ; ● Flow control : none ; ● Parity : none. Il faut aussi vérifier que le <CR> est bien rajouté à chaque fin de ligne. 3.1.1.2. Windows 3.1.1.1.1. Installation Il faut télécharger le pilote de périphérique présent à cette adresse :

www.cooking­hacks.com/skin/frontend/default/cooking/pdf/WindowsDrivers_SIM5218_2.4.

00.rar

Pour l’installer, il faut aller dans le menu d’administration des périphériques, rechercher        dans la catégorie des autres périphériques ceux de SimTech SIM5218, et pour chacun, mettre à        jour le pilote.

3.1.1.1.2. Utilisation

Le logiciel HyperTerminalpermet de contrôler le SIM5218. Il est à configurer de la        même manière que les logiciels sous linux.

3.1.2. Arduino/Raspberry Pi

Le shield peut­être connecté a un Raspberry Pi ou un arduino (ou n’importe quel dérivé        de ces derniers possédant le serial software) à un débit maximum en downlink de 115200              bauds, et en uplink de 30000 bauds.

Note : Sur les Raspberry Pi peuvent être installé des systèmes d’exploitations GNU/Linux, tel                          que Raspbian ou ArchlinuxARM. Ceux ci permettent de manipuler le modem comme dans le                          cas d’un PC.

3.2. Commandes AT

http://www.cooking­hacks.com/skin/frontend/default/cooking/pdf/SIM5218_AT_command_manu al.pdf

3.2.1. Présentation des commandes AT

Les commandes AT sont des commandes que l’on peut directement envoyer à un        modem pour le contrôler ou le surveiller. Sa terminologie vient de l’abréviation de ATtention, et        elles sont quelquefois appelé commandes Hayes, en hommage au premier modem contenant        ce type de jeu de commande.

3.2.2. Utilisation des commandes AT

Le préfixe AT est présent au début de chaque commande, à l’exception de A/ et +++. Le        caractère ‘<CR>’ est présent à la fin de chaque ligne. Plusieur commandes peuvent être envoyé        en une ligne en utilisant ‘;’. Le format générale d’une commande peut être séparé en quatre        catégorie. Type Type de commande Teste AT+<X>=?<CR> Lire AT+<X>?<CR> Écrire AT+<X>=<N><CR> Executer AT+<X><CR>

3.2.3. Commandes de bases

Voici une liste de commande de base indispensable à la manipulation des commandes        AT, un peu l’équivalent des cd, ls et pwd d’Unix. Dans la suite, <CR> ne sera plus indiqué pour        plus de lisibilité, mais il reste nécessaire.

Commande AT Réponse _Utilisation

AT OK _{Teste la communication.} ATI Manufacturer:<manufacturer> Model:<model> Revision:<revision> QCN: [<qcn_type>] IMEI:<sn>

+GCAP: list of<name>s OK

Obtenir  les  information d’identification d’un produit.

ATE OK _{Active/Désactive le retour.} AT+CGMI <manufacturer>

OK Obtenir les information du_{constructeur.}     

AT+CGMM <model>

OK Obtenir les information du_modèle.     

AT+CGMR <revision>

OK Obtenir les information du_firmware.     

AT+CPIN=<pin> OK ERROR

+CME ERROR:<err>

Entrer le code pin, sous la          forme “0000” (ne pas oublier        les guillemets).

A/ Dépend de la dernière

commande Répète_commande.  la  dernière

AT+CSQ +CSQ:<rssi>,<ber> OK

ERROR

Information sur la qualité du        signal.

AT+CRUS +CRUS: Active SET,<ActiveSET Cells Num>[,<ActiveSET Cell1 SC>,

<ActiveSET Cell1 Freq>, <ActiveSET Cell1 SSC>, <ActiveSET Cell1 Sttd>, <ActiveSET Cell1 TotEcio>, <ActiveSET Cell1 Ecio>, <ActiveSET Cell1 Rscp>, <UTMS_SETS Cell TPC>, <UTMS_SETS Cell SecCpichOvsf>, <ActiveSET Cell1 WinSize>[...]]

+CRUS: Sync Neighbor SET, <SyncSET Cells Num>[, <SyncSET Cell1 PSC>, <SyncSET Cell1 Freq>, < SyncSET Cell1 SSC>, <SyncSET Cell1 Sttd>, < SyncSET Cell1 TotEcio>, < SyncSET Cell1 Ecio>, < SyncSET Cell1 Rscp>, < SyncSET Cell1

WinSize>[...]]

+CRUS: Async Neighbor SET,

Affiche les information de la        cellule en WCDMA.

<AsyncSET Cells Num>[, <AsyncSET Cell1 PSC>, < AsyncSET Cell1 Freq>, < AsyncSET Cell1 SSC>, < AsyncSET Cell1 Sttd>, < AsyncSET Cell1 TotEcio>, < AsyncSET Cell1 Ecio>, < AsyncSET Cell1 Rscp>, <AsyncSET Cell1

WinSize>[...]] OK

3.3. Exemples

Rien de mieux que la pratique pour comprendre la théorie. Voici quelques exemples        pratiques permettant de s'entraîner. Pour chaque partie, un petit exemple d’utilisation le plus        simple est fourni. Un certain nombre de commande fournies dans le rappel des commandes        permettent d’aller plus loin dans les exemples.

3.3.1. Appel vocal

3.3.1.1. Émission

ATD**********; OK

VOICE CALL: BEGIN AT+CVHU=0

OK ATH

VOICE CALL: END: T OK 3.3.1.2. Réception ATA OK AT+CVHU=0 OK ATH

VOICE CALL: END: T OK

Avec autoréponse :

ATS0=001 OK

VOICE CALL: BEGIN AT+CVHU=0

OK ATH

VOICE CALL: END: T OK

3.3.1.3. Conférence

ATD**********; OK

VOICE CALL: BEGIN ATD**********; OK

VOICE CALL: BEGIN AT+CHLD=3

OK

AT+CHLD=1 OK

ATH

VOICE CALL: END: T OK

3.3.1.4. Résumé des commandes

Commande AT Réponse Description

ATD<num>; OK

VOICE CALL: BEGIN NO CARRIER

Passer un appel.

ATA OK

VOICE CALL: BEGIN NO CARRIER

Répondre à un appel.

AT+CVHU=<mode> OK ERROR

Préparer la fin d’un appel.        (mode = 0 pour activer, 1 pour        désactiver).

ATH if AT+CVHU=0:

VOICE CALL: END: <time> OK

OK

ATS0=<n> OK Programme l’autoréponse. 000   

pour désactiver 001­255 pour      activer  et  répondre  a  la sonnerie n.

AT+CLVL=<n> OK

ERROR

Régler le niveau du volume du         

loudspeaker

AT+CMIC=<n> OK

ERROR

Régler le niveau du volume du         

microphone

AT+CRSL=<n> OK

ERROR

Régler le niveau du volume de          la sonnerie.

AT+CNSM=<mode> OK ERROR

Active  ou  désactive  la suppression du son (mode = 0          pour désactiver, 1 pour activer)

AT+CHLD=<n> OK

ERROR

+CME ERROR: <err>

Gère les services relatifs aux        appels,  comme  le  mode conférence par exemple. n = 0 ­ Termine tout les appels        en attentes.

n = 1 ­ Termine tout les appels        actifs et accepte ceux en        attentes ou non décrochés. n = 1X ­ Termine l’appel X. n = 2 ­ Place tout les appels        actifs en attente et accepte        ceux en attentes ou non        décrochés.

n = 2X ­ Place l’appel X en        attente.

n = 3 ­ Ajoute les appels en        attentes aux appels actifs. n = 4 ­ Connect deux appels et        coupe la communication en les        utilisateurs  de  manière simultanée.

3.3.2. SMS

Avant d’entreprendre l’envoie ou la réception de SMS, il faut changer de format. AT+CMGF=1 OK

3.3.2.1. Émission Pour envoyer le sms contenant Text here au numéro xxxx : AT+CMGS=”xxxx” >Text here <^Z> +CMGS:Text length OK 3.3.2.2. Réception Pour lire le sms AT+CNMI=2,1 OK +CMTI:”SM”,X AT+CMGR=X … Consultation des messages reçus : AT+CMGL=”ALL” …

3.3.2.4. Résumé des commandes

Commande AT Réponse Description

AT+CMGF=<mode> OK Choix du format des SMS.       

mode = 1 pour le mode texte.

AT+CMNI=<mode> OK ERROR

+CME ERROR: <err>

Indication  de  l’arrivé  de nouveaux messages. mode =      2 pour activer.

AT+CMGR=<index> dépend de AT+CMGF et du type de message.

Lire un message.

AT+CMGD=<index> OK ERROR

+CME ERROR: <err>

Supprimer un message.

de message.

OK ERROR

+CME ERROR: <err> AT+CMGS=”<num>”<CR> Text <^Z> +CMGS:<mr> OK ERROR

+CME ERROR: <err>

Envoyer un message.

AT+CMGL=<stat> dépend de AT+CMGF et du type de message.

Lister les messages.

3.3.3. Internet

3.3.3.1. Connexion à l’Internet 3.3.3.1.1. Se connecter

AT+CGSOCKCONT=1, “IP”, “apn” OK

AT+CSOCKAUTH=1,1,”login”,”password” OK

3.3.3.1.2. Obtenir les informations de sa connexion

AT+CPSI?

+CPSI:<System Mode>, <Operation Mode>, <MCC>-<MNC>,<LAC>,<Cell ID>,<Frequency Band>, <PSC>, <Freq>,<SSC>,<EC/IO>,< RSCP >,<Qual>,<RX Level>

OK AT+CNSMOD? +CNSMOD:<n>,<stat> OK AT+IPADDR +IPADDR:<ip_address> OK

3.3.3.1.3. Résumé des commandes

AT+CGSOCKCONT=<cid>[,<PDP_typ e>[,<APN>[,<PDP_addr>[,<d_com p>[,<h_comp>]]]]]

OK ERROR

Définie  les  valeurs  des paramètre de contexte de la        socquette PDP. AT+CSOCKAUTH=1,1,”login”,”pas sword” OK ERROR +CME ERROR:<err>

Définie le type d’authentification      pour la connexion PDP­IP AT+CPSI? Cellule 2G +CPSI:<System Mode>,<Operation Mode>,<Location AreaID>,<CellID>,<Absolute RFCh Num>,<RX Level>,<TrackLO Adjust>,<C1-C2> OK Cellule 3G +CPSI:<System Mode>, <Operation Mode>, <MCC>-<MNC>,<LAC>,<Cell ID>,<Frequency Band>, <PSC>, <Freq>,<SSC>,<EC/IO>,< RSCP >,<Qual>,<RX Level> OK ERROR

Requête des informations sur      l’UE.

AT+CNSMOD? +CNSMOD:<n>,<stat> OK

ERROR

+CME ERROR:<err>

Retourne le mode actuel du        réseau, peut être paramétré      pour  faire  des  rapports automatiques. AT+IPADDR +IPADDR:<ip_address> OK ERROR +IP ERROR:<err> Retourne l’addresse IP de la        socquette PDP 3.3.3.2. E-mail 3.3.3.2.1. Émission

AT+SMTPSRV=”smtp.xyz.com”, E OK

AT+SMTPAUTH=1,”login”,”mdp” OK

AT+SMTPFROM=”sndr@sndr.com”, “sndr_name” OK

AT+SMTPRCPT=0,0,”rcpt@rcpt.com”, “rcpt_name_to” OK AT+SMTPSUB=”subjetc” OK AT+SMTPBODY=”body” OK AT+SMTPSEND +SMTP:OK OK +SMTP:SUCCESS

3.3.3.2.2. Résumé des commandes

Commande AT Réponse Description

AT+SMTPSRV=<server>[,<port>] OK Initie la connexion a un serveur         

SMTP.

AT+SMTPAUTH=<flag>[,<user>,<p wd>]

OK Authentification  auprès  du

serveur SMTP.

AT+SMTPFROM=<saddr>[,<sname>] OK Déclaration de l’adresse et du       

nom de l’émetteur.

AT+SMTPRCPT=<kind>[,<index>[, <addr>[,<name>]]]

OK Déclare les adresses du ou       

des récepteurs. kind = 0 ­ to: kind = 1 ­ cc: kind = 2 ­ bcc: AT+SMTPSUB=<subject> OK Sujet du message. AT+SMTPBODY=<body> OK Corps du message. AT+SMTPSEND +SMTP:OK OK +SMTP:<code> +SMTP:<code> ERROR

Initie la session et envoie le          message.

3.3.3.3.1. connexion à un serveur http

AT+CHTTPACT=”www.xyz.com”,E +CHTTPACT: REQUEST

GET

http://www.xyz.com/index.html HTTP/1.1 Host:

www.xyz.com

User-Agent: MY WEB AGENT Content-Length: X <Ctrl+Z> OK +CHTTPACT: DATA, Y HTTP/1.1 200 OK Content-Type: text/html Content-Language: lg-LG Content-Length: Z

Date: Day, n Mounth Year hr:mn:sc GMT Connection: Close Proxy-Connection: Close <html> <header>header</header> <body> body </body> +CHTTPACT: 0

3.3.3.3.2. Réseumé des commandes

Commande AT Réponse Description

AT+CHTTPACT=”<@>”,<port> +CHTTPACT:REQUEST +CHTTPACT:DATA,<len> … … … +CHTTPACT:DATA,<len> +CHTTPACT:0 +CME ERROR +CHTTPACT:REQUEST +CME ERROR +CHTTPACT:REQUEST +CHTTPACT:<err> Lance une opération HTTP.

+CHTTPACT:REQUEST +CHTTPACT:DATA,<len> … … … +CHTTPACT:DATA,<len> +CHTTPACT:<err> 3.3.3.4. UDP/TCP 3.3.3.4.1. Serveur UDP AT+NETOPEN=”UDP”,P Network opened OK AT+NETCLOSE Network closed OK 3.3.3.4.2. Client UDP T+NETOPEN=”UDP”,P Network opened OK AT+UDPSEND=X,”A.B.C.D”,E >TexteDeTailleX +UDPSEND:X, X AT+NETCLOSE Network closed OK 3.3.3.4.3. Serveur TCP AT+NETOPEN=”TCP”,P Network opened OK AT+SERVERSTART OKAT+LISTCLIENT

NO.0 client : A.B.C.D E NO.1 client : F.G.H.I J NO.2 client : K.L.M.N O AT+ACTCLIENT=0

OK

>TexteDeTailleX +TCWRITE:X, X OK Send ok AT+CLOSECLIENT=0 OK AT+NETCLOSE Network closed OK 3.3.3.4.4. Client TCP AT+NETOPEN=”TCP”,P Network opened OK AT+TCPCONNECT=”A.B.C.D”,E OK AT+TCPWRITE=X >TexteDeTailleX +TCWRITE:X, X OK Send ok AT+NETCLOSE Network closed OK

3.3.3.4.5. Résumé des commandes

Commande AT Réponse Description

AT+NETOPEN=<type>,<port>[,<mo de>] Network opened OK +IP ERROR:<err> ERROR +CME ERROR:<err> Ouvre un port. type = “TCP” ou “UDP” mode = 0 : monoclient ; mode = 1 : multiclient. AT+NETCLOSE OK +IP ERROR:<err> ERROR ERROR Ferme le port. AT+UPDSEND=<length>,<@server> ,<port><CR> data +UDPSEND:<reqSendLength>,<cnf SendLength> OK Envoie des données UDP.

<^Z> +IP ERROR:<err> ERROR ERROR AT+TCPCONNECT=<@server>,<port > Connect ok OK +IP ERROR:<err> ERROR Connect fail ERROR ERROR Connection à un serveur TCP. AT+TCPWRITE=<length><CR> data <^Z> +TCPWRITE:<reqSendLength>,<cn fSendLength> Send ok +IP ERROR:<err> ERROR ERROR Envoie des données TCP. AT+SERVERSTART OK +IP ERROR:<err> ERROR Lance le serveur. AT+LISTCLIENT [+LISTCLIENT:<index>,<@IP,<po rt>] … [+LISTCLIENT:<index>,<@IP,<po rt>] OK +IP ERROR:<err> ERROR Affiche la liste des clients connecté. AT+ACTCLIENT=X OK +IP ERROR:<err> ERROR ERROR Active le client X. AT+CLOSECLIENT=X OK +IP ERROR:<err> ERROR Déconnecte le client X.

4. Références

[1] “3G/GPRS shield for Arduino (3G + GPS) ­ Shields ­ Arduino.” [Online]. Available: http://www.cooking­hacks.com/index.php/3g­gprs­shield­for­arduino­3g­gps.html. [Accessed: 01­Jul­2013]. [2] “3G_modem_tutorial.pdf.” . Available: http://www.cooking­hacks.com/skin/frontend/default/cooking/pdf/3G_modem_tutorial.pdf. [Accessed: 01­Jul­2013]. [3] “AT Commands Set ­ SIM5218_AT_command_manual.pdf.” . Available: http://www.cooking­hacks.com/skin/frontend/default/cooking/pdf/SIM5218_AT_command_manu al.pdf. [Accessed: 01­Jul­2013]. [4] “Cooking Hacks ­ Documentation ­ 3G + GPS shield for Raspberry Pi tutorial.” [Online]. Available: http://www.cooking­hacks.com/index.php/documentation/tutorials/raspberry­pi­3g­gprs­gsm­gps . [Accessed: 01­Jul­2013]. [5] “Cooking Hacks ­ New 3G + GPS shield for Arduino.” [Online]. Available: http://www.cooking­hacks.com/index.php/documentation/tutorials/arduino­3g­gprs­gsm­gps. [Accessed: 01­Jul­2013]. [6] “Cooking Hacks ­ Shop ­ Accessories ­ Buy External GPRS­GSM­UMTS Antenna.” [Online]. Available: http://www.cooking­hacks.com/index.php/shop/wireless/antennas/gprs­gsm­antenna­external.ht ml. [Accessed: 01­Jul­2013]. [7] “gprs_3g_v22.sch ­ 3G_shield_schematic.pdf.” . Available: http://www.cooking­hacks.com/skin/frontend/default/cooking/pdf/3G_shield_schematic.pdf. [Accessed: 01­Jul­2013]. [8] “SIM5218.” [Online]. Available: http://wm.sim.com/producten.aspx?id=1026. [Accessed: 01­Jul­2013].