Trong các dự án, hệ thống và thiết bị IoTs hiện nay, đều cần có khối chức năng truyền nhận dữ liệu. Có nhiều công nghệ được sử dụng để truyền nhận thông tin dữ liệu hiện nay được sử dụng phổ biến như WiFi, 3G/4G, Ethernet, Bluetooth, LoRa, Zigbee… Trong những công nghệ kể trên, 3G/4G thường được sử dụng trong các hệ thống/thiết bị yêu cầu truyền nhận dữ liệu đường dài, được lắp đặt tại các vị trí không hỗ trợ sóng Wifi, LoRa, khó triển khai dây cho mạng Ethernet. Module SIM thường được lựa chọn thiết kế cho khối truyền nhận dữ liệu, với các chức năng cơ bản như kết nối internet thông qua mạng 2G/3G/4G, thực hiện cuộc gọi, tin nhắn văn bản SMS. Một số module SIM còn tích hợp chức năng định vị GPS.
Với các hệ thống, thiết bị Nhúng và IoTs, yêu cầu thiết kế thường được đặt lên hàng đầu là tối ưu về kích thước và năng lượng. Mình sẽ giới thiệu và hướng dẫn thực hành qua chuỗi bài viết về Module truyền nhận dữ liệu 3G/4G được đánh giá là Module hỗ trợ kết nối 2G/3G toàn cầu có kích cỡ nhỏ nhất – Module Sim SARA U201. Tại phần này, mình sẽ giới thiệu đến các bạn một cách tổng quan về Module Sim SARA U201, hướng dẫn theo dõi trạng thái Module và cùng thực hành các lệnh AT khởi tạo đơn giản.
Phần 1. Hướng dẫn cơ bản cho người mới bắt đầu làm việc với Module Sim SARA U201
1. Tổng quan về Module Sim SARA U201
Module Sim SARA U201 là module của hãng U-blox, hỗ trợ mạng 3.75G cung cấp năm băng tần HSPA tốc độ cao và lên đến bốn băng tần GSM / EGPRS (công nghệ truyền dữ liệu/thoại) trong một hệ số hình thức nhỏ gọn. Module này hỗ trợ các tính năng như thông báo các trạng thái mạng, tích hợp TCP/UDP stack, các giao thức mạng HTTP/HTTPS/FTP/FTPS, hỗ trợ IPv4/IPv6 dual-stack, hỗ trợ tính năng định vị…
Bảng thể hiện các tính năng của Module Sim SARA U201:
2. Cách cấp nguồn và kiểm tra hoạt động của Module Sim SARA U201
– Cách cấp nguồn cho module:
- Cần 1 nguồn 5V 2A để cấp nguồn cho module, cấp vào chân 5V và GND
(Lưu ý: Module sim phải dùng nguồn ngoài để cấp, nếu cấp bằng nguồn vi điều khiển thì không đủ dòng cho module sim hoạt động được, cũng có thể gây hỏng thiết bị)
- Ở chân 3V3 và GND ở hướng đối diện, ta nối với chân nguồn (3V3) của vi điều khiển hoặc module chuyển đổi USB-TTL với chân 3V3 của Module Sim, nối chân GND giữa 2 thiết bị với nhau.
– Cách kiểm tra hoạt động của Module Sim:
- Trên module có các đèn LED nguồn và LED trạng thái, chúng ta có thể dựa vào đó để xác định được trạng thái hoạt động của thiết bị
- LED PWR là LED báo nguồn, khi có nguồn thì đèn này sáng. Ngược lại khi không có nguồn cấp cho thiết bị thì LED PWR tắt
- Led STAT là LED thông báo tình trạng mạng, ta có thể kiểm tra thiết bị đã đăng ký vào mạng chưa như sau:
- Đèn không sáng: Không có dịch vụ (không phủ sóng mạng hoặc chưa đăng ký vào mạng)
- Đèn sáng theo chu kỳ trong 100ms tắt trong 2s: Đăng ký mạng 2G
- Đèn sáng theo chu kỳ trong 50ms, tắt trong 50ms, sáng trong 50ms, tắt trong 2s : Đăng ký mạng 3G
- Đèn sáng theo chu kỳ 100ms, tắt trong 100ms, sáng trong 100ms, tắt trong 2s: Đăng ký vào mạng 2G khách (chuyển vùng)
- Đèn sáng theo chu kỳ 50ms, tắt 50ms, sáng 50ms, tắt 100ms: Đăng ký mạng 3G khách (chuyển vùng)
- Đèn sáng liên tục: Nếu cuộc gọi thoại hoặc cuộc gọi dữ liệu 2G/3G.
3. Một số câu lệnh AT cơ bản
3.1. Lệnh AT thay đổi cấu hình UART
– SARA U201 mặc định ở baudrate 115200 bps, và khung truyền 8N1(8 data bits, no parity, 1 stop bit). Ở module này có chức năng tự động phát hiện baudrate, nhưng chỉ một lần khi module khởi động. Module SARA U201 có thể phát hiện các tốc độ baud sau đây: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200, 230400.
– Một lưu ý là mặc định, hardware flow control được bật (UART sử dụng thêm RTS, CTS), vì vậy nếu muốn chỉ sử dụng UART bằng 2 chân Tx và Rx thì phải tắt chế độ này. Tắt chế độ hardware flow control: AT&K0<CR><LF>.
– Thay đổi tốc độ baud (baudrate): AT+IPR=[<rate>]<CR><LF>.
– Kiểm tra tốc độ baud của module sim hiện tại: AT+IPR?<CR><LF>.
– Kiểm tra danh sách các tốc độ baud có thể sử dụng: AT+IPR=?<CR><LF> (Hỗ trợ những tốc độ baud sau đây: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200, 230400, 460800 and 921600 bps).
3.2. Lệnh AT khởi tạo
– Lệnh kiểm tra đáp ứng của Module Sim: AT<CR><LF>
– Bật/Tắt chức năng phản hồi trên Module Sim: ATE[x]<CR><LF>
- [x] = 0: Tắt chế độ phản hồi
- [x] = 1: Bật chế độ phản hồi (mặc định)
– Kiểm tra Sim có hoạt động hay không: AT+CPIN?<CR><LF>
– Kiểm tra thông tin của nhà mạng: AT+COPS?<CR><LF>
- Phản hồi: +COPS: <mode>[,<format>,<oper>[,<AcT>]]
- <mode> :
0: Tự động (mặc định)
1: Bằng tay
2: Hủy đăng ký vào mạng
4: Bằng tay hoặc tự động
5: Tìm kiếm mạng mở rộng - <format> (định dạng cho <oper>)
0: Định dạng chữ và số dài (long alphanumeric) (mặc định)
1: Định dạng chữ và số ngắn
2: Định dạng số - <oper>: Tên của nhà mạng mà bạn đang dùng<AcT>: Chỉ ra công nghệ truy cập vô tuyến (Radio access technology)
0: GSM (2G)
2: UTRAN (3G)
– Kiểm tra tình trạng đăng ký vào mạng: AT+CREG?<CR><LF>
- Phản hồi: +CREG: <n>,<stat>[,<lac>,<ci>[,<AcTStatus>]]
- <stat>: Tình trạng đăng ký vào mạng
0: Chưa đăng ký
1: Đăng ký, home network
2: Chưa đăng ký, nhưng thiết bị đã tìm thấy nhà mạng để đăng ký vào
3: Sự đăng ký bị từ chối
4: Không tìm thấy mạng
5: Đăng ký vào mạng khách (chuyển mạng)
6: Đăng ký chỉ dành cho SMS, mạng home
7: Đăng ký chỉ dành cho SMS, mạng khách (chuyển mạng)
– Kiểm tra chất lượng của tín hiệu: AT+CSQ<CR><LF>
- Phản hồi: +CSQ: <signal_power>,<qual>
- <signal_power>:
Giá trị trong khoảng 0-31 và 99
Lưu ý: Nếu bằng 99 tức là không có mạng - <qual>:
Giá trị trong khoảng 0-7 và 99
Lưu ý: Nếu bằng 99 tức là không có mạng
Đây là bài viết đầu tiên trong chuỗi bài viết hướng dẫn các thao tác làm việc với Module Sim SARA U201 của hãng U-blox. Các bạn nhớ đón xem các phần tiếp theo của chuỗi bài viết này nhé!
– Phần 2: Hướng dẫn thực hiện gọi điện và nhắn tin với Module Sim SARA U201
– Phần 3: Hướng dẫn kết nối Internet với giao thức HTTP trên Module Sim SARA U201
– Phần 4: Các chế độ tiết kiệm năng lượng trên Module Sim SARA U201
Chúc các bạn thành công!
Nhóm thực tập sinh ES Kids tại Cộng đồng Kỹ thuật TAPIT
Ngô Nguyên Bảo Trân