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Kommunikation µC und PC/Smartphone

2014-03-24T10:08:18Z

Geeky: Seite erstellt

Häufig stellt sich die Frage wie die Kommunikation zwischen Mikrocontroller und Software auf einem PC oder Smartphone am Besten gelöst werden kann. Hier sollen diverse Möglichkeiten aufgelistet werden.

== RS232 ==
* Einfache Umsetzung: siehe z.B. [[AVR-Tutorial:_UART]]
* Neuere PCs besitzen teilweise keine RS232-Schnittstelle mehr (bei Smartphones praktisch überhaupt nicht vorhanden)
* Es gibt viele RS232<->USB Adapterkabel

== USB: CDC-Klasse (virtueller COM-Port) ==
* Benötigt USB-Host-fähiges Smartphone (und entsprechende Treiberunterstützung)
* Unter neueren Windows-Versionen wird eine digitale Signatur benötigt

== USB: Custom/Drittanbieter ==
* z.B. FTDI [[http://www.mikrocontroller.net/part/FT232R]] (erzeugt je nach Treiber virtuellen COM-Port unter Windows, gute Treiberunterstützung)
* oder Silabs CP210x
* Benötigt USB-Host-fähiges Smartphone (und entsprechende Treiberunterstützung)
* (Zukünftige) Treiberunterstützung ist abhängig vom Hersteller

== USB: HID ==
* Benötigt USB-Host-fähiges Smartphone (und entsprechende Treiberunterstützung)
* Unter den meisten Betriebssystemen wird kein Treiber benötigt
* Geschwindigkeit bei USB-FullSpeed auf 64KByte/s begrenzt
* (kein virtueller COM-Port)

== USB: WinUSB ==
* Benötigt USB-Host-fähiges Smartphone (und entsprechende Treiberunterstützung)
* Je nach Windows-Version wird kein Treiber benötigt: http://blogs.msdn.com/b/usbcoreblog/archive/2012/09/26/how-to-install-winusb-sys-without-a-custom-inf.aspx
* (unter Linux via libusb ansprechbar)
* hohe Geschwindigkeiten möglich
* (kein virtueller COM-Port)

== Bluetooth ==
* Bluetooth-Module für µC: siehe [[Bluetooth]] oder HC-05/HC-06
* kann nahezu jedes Smartphone
* Genutzt wird häufig das SPP (Serial Port Profile, erzeugt auf PCs einen virtuellen COM-Port)
* auf PCs bei SPP-Nutzung keine zusätzlichen Treiber nötig (teilweise aber Ärger mit Verbindungsproblemen und Treiberproblemen)

== LPT/Parallelport ==
* keine Smartphone-Unterstützung
* an neueren PCs häufig nicht mehr vorhanden
* Adapterkabel auf USB meist nur für Drucker tauglich (ansonsten ggf. Timing-Probleme)

== IrDA ==
* Recht einfache Umsetzung
* nahezu keine Unterstützung bei PCs und Smartphones (hauptsächlich bei veralteten Notebooks und Handys vorhanden)

== Anmerkungen==
Die USB-Lösungen bieten hier den Vorteil eine Stromversorgung gleich mitzuliefern. HID+WinUSB bieten hier den Vorteil, dass Treiber nicht benötigt werden (es muss sich nicht selbst um digitale Signatur gekümmert werden oder bei Fertiglösungen auf die Treiberunterstützung für spätere Windows-Versionen gehofft werden). Zudem bleibt bei HID+WinUSB dem Endkunden die Konfiguration von Baudraten erspart.

RS232 + USB-Adapterkabel ist auch relativ zukunftssicher, ggf. muss für neuere Windows-Versionen das Adapterkabel durch ein neueres getauscht werden.

Für Kommunikation mit Smartphones bietet sich die Bluetooth-Variante an, da Bluetooth dort weit verbreitet ist und in der Regel APIs bereitstehen (für Android siehe z.B. den 'BluetoothChat' Beispielcode des Android SDKs). USB-Lösungen funktionieren meist nur mit bestimmten Smartphones (siehe z.B. https://github.com/mik3y/usb-serial-for-android/wiki/Compatible-Android-Devices) und erst ab Android 3.1.

LPT und IrDA sind nahezu tot.

[[Kategorie:Datenübertragung]]

Galvanische Trennung

2008-03-09T10:03:01Z

Geeky: /* Beispiel */

== Was ist eine "Galvanische Trennung" ==
Das bedeutet das ein Ladungsträger aus einem Stromkreis nicht in den anderen hinüberwechseln kann. Die beiden Stromkreise sind also nicht direkt verbunden.

== Wozu trennen? ==
* Vermeidung von Masseschleifen/Brummschleifen
* Aus Sicherheitsgründen
* Als Schutzmaßnahme (z.B. für den Rest der Schaltung)

== RS-485 galvanisch trennen ==
(Das gleiche Prinzip gilt natürlich auch für andere Schnittstellen)

Um einen RS-485 Treiber/Receiver z.B. den üblichen SN75176 von der restlichen Schaltung galvanisch zu trennen, müssen die Datenleitungen und die Stromversorgung aufgetrennt werden

=== Stromversorgung ===
Einfachste Möglichkeit: Sofern man einen Trafo als Spannungsquelle nutzt, kann die Hauptschaltung die erste Sekundärwicklung nutzen und die zweite Spannung für den SN75176 unter Umständen an einer weiteren Sekundärwicklung abgegriffen werden.

Ansonsten nimmt man meistens einfach einen galvanisch getrennten DC/DC-Converter Die Eingänge heissen meist VInput-(GND), Vinput+(Vcc) und die Ausgänge Voutput-(GND2), Voutput+(Vcc2).
GND/Vcc ist dabei die Spannung die von der Schaltung kommt, mit GND2/Vcc2 wird der Treiber gespeist. (GND und GND2 nicht verbinden! Das tut zwar dem DC/DC-Converter nicht weh, aber die galvanische Trennung ist dann nicht mehr vorhanden!)
DC/DC-Wandler <=3W sind meistens ungeregelt und benötigen eine gewisse Grundlast und geben ansonsten eine höhere Ausgangsspannung raus. Mit dem Stromverschwender SN75176 ist diese Grundlast oftmals schon erfüllt, bei sparsameren Treibern muss also unter Umständen noch etwas Strom via Widerstand oder LED(s) verbraten werden.

=== Datenleitungen ===
* Hier eignen sich schnelle Optokoppler wie 6N136, 6N137 (10Mbit/s).
* Für höhere Geschwindigkeiten bietet z.B. Analog Devices recht teure "Digital Isolators" ('iCoupler' getauft) an.

=== Beispiel ===
[[Bild:Rs485galv.png]]

Ein RS-485-Treiber, links könnte z.B. ein atmega8 dran hängen dessen Daten er auf die Leitung Data-In schiebt, der atmega8 wäre betrieben mit den 5V die oben links ankommen.
Der DC/DC-Wandler erzeugt galvanisch getrennte 5V mit denen der Empfänger-Teil des Optokopplers (hier ein 6N137) und der RS-485-Treiber (hier ein LTC485) gespeist wird.
Da der Optokoppler bei Standardbeschaltung invertieren würde, wurde hier die Anode an 5V angeschlossen und die Kathode an den atmega.
Der 6N137 hat einen Open-Collector Ausgang und der Ausgang muss mittels des Widerstands dort auf 5V gezogen werden.
Kondensatoren sind alle 100nF. Dem DC/DC-Wandler sollte man evtl. auch besser welche spendieren.

Hinweis: Der in diesem Beispielbild verwendete DC/DC-Wandler ist ungeregelt, bekommt hier auch nicht die benötigte Grundlast (z.B. noch LEDs als Verbraucher dran hängen).
Im Falle eines Kurzschlusses an der RS-485-Leitung könnte der Wandler nach Datenblatt auch nicht genügend Leistung liefern.

== siehe auch ==
[[Optokoppler]]

Galvanische Trennung

2008-03-09T10:02:32Z

Geeky: /* RS-485 galvanisch trennen */

== Was ist eine "Galvanische Trennung" ==
Das bedeutet das ein Ladungsträger aus einem Stromkreis nicht in den anderen hinüberwechseln kann. Die beiden Stromkreise sind also nicht direkt verbunden.

== Wozu trennen? ==
* Vermeidung von Masseschleifen/Brummschleifen
* Aus Sicherheitsgründen
* Als Schutzmaßnahme (z.B. für den Rest der Schaltung)

== RS-485 galvanisch trennen ==
(Das gleiche Prinzip gilt natürlich auch für andere Schnittstellen)

Um einen RS-485 Treiber/Receiver z.B. den üblichen SN75176 von der restlichen Schaltung galvanisch zu trennen, müssen die Datenleitungen und die Stromversorgung aufgetrennt werden

=== Stromversorgung ===
Einfachste Möglichkeit: Sofern man einen Trafo als Spannungsquelle nutzt, kann die Hauptschaltung die erste Sekundärwicklung nutzen und die zweite Spannung für den SN75176 unter Umständen an einer weiteren Sekundärwicklung abgegriffen werden.

Ansonsten nimmt man meistens einfach einen galvanisch getrennten DC/DC-Converter Die Eingänge heissen meist VInput-(GND), Vinput+(Vcc) und die Ausgänge Voutput-(GND2), Voutput+(Vcc2).
GND/Vcc ist dabei die Spannung die von der Schaltung kommt, mit GND2/Vcc2 wird der Treiber gespeist. (GND und GND2 nicht verbinden! Das tut zwar dem DC/DC-Converter nicht weh, aber die galvanische Trennung ist dann nicht mehr vorhanden!)
DC/DC-Wandler <=3W sind meistens ungeregelt und benötigen eine gewisse Grundlast und geben ansonsten eine höhere Ausgangsspannung raus. Mit dem Stromverschwender SN75176 ist diese Grundlast oftmals schon erfüllt, bei sparsameren Treibern muss also unter Umständen noch etwas Strom via Widerstand oder LED(s) verbraten werden.

=== Datenleitungen ===
* Hier eignen sich schnelle Optokoppler wie 6N136, 6N137 (10Mbit/s).
* Für höhere Geschwindigkeiten bietet z.B. Analog Devices recht teure "Digital Isolators" ('iCoupler' getauft) an.

== Beispiel ==
[[Bild:Rs485galv.png]]
Ein RS-485-Treiber, links könnte z.B. ein atmega8 dran hängen dessen Daten er auf die Leitung Data-In schiebt, der atmega8 wäre betrieben mit den 5V die oben links ankommen.
Der DC/DC-Wandler erzeugt galvanisch getrennte 5V mit denen der Empfänger-Teil des Optokopplers (hier ein 6N137) und der RS-485-Treiber (hier ein LTC485) gespeist wird.
Da der Optokoppler bei Standardbeschaltung invertieren würde, wurde hier die Anode an 5V angeschlossen und die Kathode an den atmega.
Der 6N137 hat einen Open-Collector Ausgang und der Ausgang muss mittels des Widerstands dort auf 5V gezogen werden.
Kondensatoren sind alle 100nF. Dem DC/DC-Wandler sollte man evtl. auch besser welche spendieren.

Hinweis: Der in diesem Beispielbild verwendete DC/DC-Wandler ist ungeregelt, bekommt hier auch nicht die benötigte Grundlast (z.B. noch LEDs als Verbraucher dran hängen).
Im Falle eines Kurzschlusses an der RS-485-Leitung könnte der Wandler nach Datenblatt auch nicht genügend Leistung liefern.

== siehe auch ==
[[Optokoppler]]

Datei:Rs485galv.png

2008-03-09T09:51:58Z

Geeky: RS485 - Galvanische Trennung mit DC/DC-Wandler (Bild selbst gebastelt)

RS485 - Galvanische Trennung mit DC/DC-Wandler
(Bild selbst gebastelt)