آموزش راه اندازی ماژول SIM800L با آردوینو

راه اندازی ماژول SIM800L یکی از مباحث پرکاربرد در شاخه IOT بشمار می‌آید زیراکه امروزه با به‌کارگیری ماژول‌های توسعه یافته در یک پروژه اینترنت اشیاء می‌توان اتفاقاتی را که در مکان دیگری رخ می‌دهند، کنترل کرد. مثلاً با استفاده از یک تماس، دزدگیر خانه را فعال و یا حتی هنگام رخ دادن برخی اتفاقات بر روی تلفن همراه پیامک دریافت کرد. ماژول SIM800L و آردوینو UNO دو مورد از محبوب‌ترین ماژول‌ها برای شروع پروژه‌های اینترنت اشیاء هستند بنابراین در این مقاله شما ابتدا با ماژول SIM800L آشنا شده و سپس نحوه راه‌اندازی آن با آردوینو را فراخواهید گرفت.

ماژول SIM800L چیست؟

ماژول SIM800L GSM در واقع یک مودم سلولی است که قابلیت برقراری تماس، ارسال پیامک، ایمیل و حتی اتصال به اینترنت را دارد و به‌ راحتی می‌تواند با هر میکروکنترلری ارتباط برقرار کند. بنابراین می‌توان گفت عملکرد این ماژول همانند یک تلفن همراه است، اما برای عملکرد صحیح به تجهیزات جانبی خارجی نیاز دارد. در ادامه ویژگی‌ها و مشخصات فنی آن را بیان کرده‌ایم که با در‌نظر گرفتن آن‌ها می‌توانید نتیجه‌گیری کنید که آیا ماژول SIM800L برای پروژه موردنظرتان مناسب است یا خیر؟

ویژگی های ماژول SIM800L

1. امکان برقراری تماس صوتی و استفاده از میکروفن و بلندگو 8 اهم
2. قابلیت اتصال به شبکه اینترنت
3. ارسال و دریافت پیامک و داده GPRS (HTTP, TCP/IP,…)
4. پشتیبانی از شبکه چهار باند GPS/GPRS و قابلیت اتصال به همه شبکه‌های GSM
5. پشتیبانی از همه اپراتورهای مخابرات
6. قابل حمل و قابل استتار به دلیل داشتن ابعاد کوچک
7. قابل کنترل توسط دستورات AT (AT commands)
8. قابلیت جستجو و دریافت سیگنال FM

مشخصات فنی ماژول SIM800L

سخت‌افزار و پین‌های ماژول SIM800L

بر روی این ماژول یک تراشه SIM800L و در پشت آن یک سوکت سیم کارت قرار دارد که در اندازه میکروسیم‌‌کارت می‌باشد. قسمت بالایی ماژول سمت راست یک LED قرار دارد که فاصله زمانی چشمک زدن آن بیانگر وضعیت ماژول است. بدین‌صورت که اگر فاصله زمانی چشمک زدن آن یک ثانیه باشد نشان‌دهنده روشن بودن ماژول و عدم اتصال آن به شبکه است؛ چشمک‌زن با فاصله زمانی دو ثانیه بیانگر فعال بودن درخواست اتصال داده است و فاصله زمانی سه ثانیه اتصال ماژول به شبکه را نشان می‌دهد؛ بدین‌معنا که امکان ارسال و دریافت پیامک و تماس صوتی در این حالت برای ماژول فراهم است.

بر روی برد ماژول SIM800L، تعداد 12 پین درنظر گرفته شده است که در ادامه توضیح داده داده‌ایم:

NET : اولین پین سمت چپ برای اتصال آنتن Helical درنظر گرفته شده است.

VCC : پین تغذیه ماژول است و لازم به ذکر می‌باشد که این ماژول می‌تواند ولتاژ 3.4 تا 4.4 ولت را تحمل ‌کند. بنابراین برای اتصال به ماژول‌هایی که تغذیه 5 ولت دارند ولتاژ سیگنال ورودی باید کاهش یابد؛ بدین منظور می‌توان از یک تقسیم‌کننده ولتاژ مقاومتی استفاده کرد.

RST : این پین برای ریست کردن ماژول به‌کار می‌رود و چنانچه ماژول در وضعیت نامطلوبی قرار بگیرد، این پین به مدت 100 میلی‌ثانیه در وضعیت Low قرار گرفته و سپس ماژول ریست می‌شود.

RXD و TXD : به‌ ترتیب پین‌های گیرنده و فرستنده سریال هستند که امکان ارتباط بین دو ماژول را فراهم می‌کنند.

RING : در حالت عادی و به طور پیش فرض این پین در وضعیت High قرار دارد و هنگام دریافت تماس یا پیامک به مدت 120 میلی ثانیه Low خواهد شد.

DTR : با قرار دادن این پین در وضعیت High مدSleep  برای ماژول فعال می‌شود و در وضعیت Low این مد غیرفعال می‌شود.

MIC± : پین‌های میکروفن به این پین‌ها متصل می‌شوند.

SPK± : پین‌های اسپیکر نیز به این دو پین متصل می‌گردند.

منبع تغذیه SIM800L

تغذیه ماژول SIM800L در محدوده 3.4 تا 4.4 ولت می‌باشد؛ به طوری که ولتاژ 5 ولت به آن آسیب می‌زند و ولتاژ 3.3 برای راه‌اندازی آن کافی نیست. بنابراین برای تأمین تغذیه ماژول می‌توانید از یک باتری لیتیوم پلیمر3.7  ولت استفاده کنید.

جریان مصرفی مورد‌نیاز این ماژول در حالت‌های مختلف حدود چند صد میلی آمپر است ولی تا حدود 2  آمپر در هنگام انتقال داده افزایش می‌یابد، بنابراین منبع تغذیه ماژول باید قابلیت تأمین جریان 2 آمپر را داشته باشد در غیر این صورت ماژول از کار می‌افتد. از مبدل‌های کاهنده باک مانند مدل LM2596 یا هر مبدل دیگر با قابلیت جریان دهی 2 آمپر نیز می‌توانید به ‌عنوان منبع تغذیه ماژول استفاده نمایید.

آنتن GSM

به منظور عملکرد بهتر ماژول می‌توانید از یک آنتن استفاده کنید. این امر به دو روش زیر امکان پذیر است:

1. با استفاده از یک مبدل UFL به SMA می‌توان هر نوع آنتن GSM با بهره 3dBi را به ماژول متصل کرد.

2. پین NET روی ماژول برای اتصال مستقیم یک آنتن Helical GSM به برد در نظر گرفته‌شده است.

راه اندازی ماژول SIM800L با آردوینو UNO

برای راه‌ اندازی یک ماژول SIM800L به نرم افزار آردوینو و قطعات سخت‌افزاری زیر نیاز خواهید داشت:

• برد برک اوت SIM800L
• آردوینو UNO یا مشابه آن
• میکرو سیم‌کارت
• باتری لیتیوم پلیمر 3.7 ولت یا یک مبدل کاهنده LM2596
• کابل USB نری به USB نری (نوع A به B) برای اتصال ماژول آردوینو به کامپیوتر یا لپتاپ
• یک آنتن
• دو مقاومت 20 کیلواهم و 10 کیلواهم
• سیم جامپر

برای برقراری ارتباط سریال با آردوینو می توان دستورات موردنظر را از طریق مانیتور سریال ارسال کرد. از این طریق با ماژول SIM800 نیز ارتباط برقرار کرده و به بررسی وضعیت دستگاه می پردازیم. بدین منظور به دو خط ارتباطی شامل ارسال و دریافت و خط تغذیه نیاز داریم. برای راه اندازی ماژول SIM800L GSM کافی است مراحل زیر را دنبال کنید:

1. ابتدا آنتن موردنظر خود را همانطور که قبلا اشاره شد، به ماژول GSM متصل کنید.
2. در گام دوم یک سیم کارت فعال با سایز میکرو را درون سوکت روی ماژول قرار دهید.
3. برای برقراری ارتباط سریال بین آردوینو و ماژول SIM800L به دو خط ارتباطی ارسال و دریافت نیاز است. بدین منظور پین ارسال ماژول GSM (TX)  را به یکی از پین های دیجیتال آردوینو متصل کنید. که در اینجا از پین 3 آردوینو استفاده کردیم.
4. در این مرحله باید پین دریافت ماژول GSM را متصل کنیم. با توجه به اینکه ولتاژ پایه‌های آردوینو 5V و ولتاژ عملکرد ماژول GSM حدود 3.4 ولت است؛ لازم است ولتاژ ورودی از آردوینو به ماژول را کاهش دهیم. ساده ترین روش استفاده از یک تقسیم مقاومتی است. بدین منظور همانطور که در تصویر نشان داده شده است، می‌توان بین پین RX ماژولSIM800L  و پین 2 آردوینو یک مقاومت 10 کیلو اهم و بین پین RX و زمین یک مقاومت 20 کیلو اهم قرار داد.
5. در پایان کافیست با استفاده از یک باتری لیتیوم پلیمر و یا یک مبدل باک تغذیه موردنیاز ماژول GSM را تأمین کنید. در ادامه شماتیک اتصالات با استفاده از هر دو روش نشان داده شده است.

دستورات AT

دستورات AT فرمان‌های کوتاهی هستند که برای اجرای عملکردهای مورد نظر در SIM800 استفاده می‌شوند. این کدها از طریق آردوینو ارسال شده و آردوینو دستورات را برای اجرا به SIM800 ارسال می‌کند. ساده‌ترین دستور AT که می‌توان استفاده کرد کاراکتر “AT” است. هنگامی که این دستور در مانیتور سریال تایپ شود، پاسخ “AT” در مانیتور سریال مشاهده خواهد شد. این پاسخ تأیید می‌کند ارتباط آردوینو با SIM800 به درستی برقرار شده است. سایر دستورات براساس درخواست کاربر پاسخ متفاوتی خواهند‌ داشت. در ادامه لیستی از دستورات رایج AT برای SIM800 از جمله تنظیمات و اتصال به شبکه اینترنت ذکر شده است.

برقراری ارتباط سریال، ارسال و دریافت پیامک با ماژول SIM800L

با استفاده از کد زیر می‌توان بین آردوینو و SIM800L ارتباط برقرار کرد. بدین‌منظور پس ازسیم‌کشی و تکمیل اتصالات، کد زیر را کامپایل و بر روی آردوینو خود اپلود نمایید. در مرحله بعد با ارسال دستورات AT از طریق مانیتور سریال با ماژول SIM800 ارتباط برقرار می شود.

#include <SoftwareSerial.h>
//Create software serial object to communicate with SIM800L

SoftwareSerial mySerial(3, 2); //SIM800L Tx & Rx is connected to Arduino #3 & #2
 
void setup()
{
  //Begin serial communication with Arduino and Arduino IDE (Serial Monitor)
  Serial.begin(9600);
 
  //Begin serial communication with Arduino and SIM800L
  mySerial.begin(9600);
 
  Serial.println("Initializing...");
  delay(1000);
 
  mySerial.println("AT"); 
 //Once the handshake test is successful, it will back to OK
  updateSerial();
 mySerial.println("AT+CSQ"); //Signal quality test, value range is 0-31 , 31 is the best
  updateSerial();
  mySerial.println("AT+CCID"); //Read SIM information to confirm whether the SIM is plugged

  mySerial.println("AT+CMGF=1"); 
 // Configuring TEXT mode
  updateSerial();
  mySerial.println("AT+CMGS=\"+zzxxxxxxxxxx\""); 
//change ZZ with country code and xxxxxxxxxxx with phone number to sms
  updateSerial();
  mySerial.print("Last Minute Engineers | lastminuteengineers.com"); 
 //text content
  updateSerial();
  mySerial.write(26);
}
 
void loop()
{
}
 
void updateSerial()
{
  delay(500);
  while (Serial.available())
  {
  mySerial.write(Serial.read());//Forward what Serial received to Software Serial Port
  }

  while(mySerial.available())
  {
  Serial.write(mySerial.read());//Forward what Software Serial received to Serial Port
  }
}

توضیحات کد

در ابتدای برنامه از کتابخانه SoftwareSerial برای برقراری ارتباط سریال بین آردوینو و SIM800L استفاده کردیم. سپس پین‌های ارسال و دریافت ماژول GSM به ترتیب به پین‌های شماره 3 و 2 آردوینو متصل شده‌اند. در تابع setup، به منظور برقراری ارتباط سریال میان ماژول آردوینو و IDE آردوینو و ماژول SIM800L  نرخ باودریت بر روی 9600 تنظیم شده است. توجه داشته باشید که در پنجره مانیتور سریال گزینه NL&CR را انتخاب نمایید.

در ادامه با ارسال دستورات AT به صورت خودکار، از طریق مانیتور سریال با ماژول SIM800 ارتباط برقرار می‌شود. دستور AT استفاده شده در کد برای بررسی برقراری ارتباط بین SIM800 و آردوینو می‌باشد و در صورت برقراری ارتباط پاسخ OK برگردانده خواهد شد. نمایش شدت سیگنال بر حسب دسی بل با دستور AT+CSQ  انجام خواهد شد که در پاسخ باید مقداری بین 0 تا 31 مشاهده شود. فعال یا غیر فعال بودن سیم کارت نیز از طریق دستور AT+CCID بررسی می‌شود که در صورت فعال بودن سیم کارت پاسخ OK دریافت خواهد‌شد. سپس دستور AT+CMGF=1 ماژول SIM800 را در مد متن و پیامک قرار می‌دهد و دستور AT+CMGS برای ارسال پیامک به شماره تلفن همراه مورد نظر می‌باشد. به این صورت که در رشته ZZxxxxxxxxxx، کد کشور که ZZ است و در ادامه شماره موبایل نوشته می‌شود. شما می‌توانید برای ارسال مجدد پیام، باید کلید RESET در آردوینو فشار دهید.

در تابع SIM800 ،Loop منتظر دریافت ورودی از مانیتور سریال است ، به طوری که داده از طریق پین شماره 2 آردوینو به ماژول GSM ارسال می شود و پین شماره 3 به طور مداوم برای دریافت پاسخ احتمالی از ماژول خوانده می‌شود. در این حالت هنگامی که پیامی به ماژول SIM800 ارسال گردد بر روی مانیتور سریال قابل مشاهده است.

ارسال و دریافت تماس با استفاده از ماژول SIM800L

توسط این ماژول امکان برقرای تماس نیز در موقعیت‌های حساس مانند آتش‌سوزی یا سرقت وجود دارد. در کد زیر شماره موبایل در رشته ZZxxxxxxxxxx  وارد می‌شود و تماس با شماره مورد نظر توسط دستور ATD  برقرار و با دستور ATH  قطع می‌شود.

#include < SoftwareSerial.h >
 //Create software serial object to communicate with SIM800L
SoftwareSerial mySerial(3, 2); //SIM800L Tx & Rx is connected to Arduino #3 & #2
void setup()
{
  //Begin serial communication with Arduino and Arduino IDE (Serial Monitor)
  Serial.begin(9600);
  //Begin serial communication with Arduino and SIM800L
  mySerial.begin(9600);
   Serial.println("Initializing...");
  delay(1000);
   mySerial.println("AT"); //Once the handshake test is successful, i t will back to OK
  updateSerial();
  mySerial.println("ATD+ +ZZxxxxxxxxxx;"); //  change ZZ with country code and xxxxxxxxxxx with phone number to dial
  updateSerial();
  delay(20000); // wait for 20 seconds...
  mySerial.println("ATH"); //hang up
  updateSerial();
}
 void loop()
{
}
 void updateSerial()
{
  delay(500);
  while (Serial.available())
  {
	mySerial.write(Serial.read());//Forward what Serial received to Software Serial Port
  }
  while(mySerial.available())
  {
	Serial.write(mySerial.read());//Forward what Software Serial received to Serial Port
  }
}

برای دریافت تماس از یک شماره تلفن مشخص، می توانید از کد زیر می‌توان استفاده کنید:

#include < SoftwareSerial.h >
 //Create software serial object to communicate with SIM800L
SoftwareSerial mySerial(3, 2); //SIM800L Tx & Rx is connected to Arduino #3 & #2
void setup()
{
//Begin serial communication with Arduino and Arduino IDE (Serial Monitor)
  Serial.begin(9600);
 
  //Begin serial communication with Arduino and SIM800L
  mySerial.begin(9600);
 
  Serial.println("Initializing...");
}
 
void loop()
{
  updateSerial();
}
 
void updateSerial()
{
  delay(500);
  while (Serial.available())
  {
	mySerial.write(Serial.read());//Forward what Serial received to Software Serial Port
  }
  while(mySerial.available())
  {
	Serial.write(mySerial.read());//Forward what Software Serial received to Serial Port
  }
}

جمع بندی:

در این مقاله به آموزش راه اندازی ماژول SIM800L همراه‌با ماژول آردوینو پرداخته‌شد و شما دانستید که چگونه می‌توانید تنها با یک تماس یا ارسال یک پیامک از اتفاقاتی که در مکانی دیگی درحال رخ‌دادن است، آن‌ها را کنترل کنید و با خبر شوید.

به نظر شما چه روش‌های دیگری می‌توان برای راه اندازی این ماژول می‌توان انجام داد؟

نظرات و سوالات خودتان را در مورد این آموزش با ما در میان بگذارید.