WLAN-Modul für Embedded Systeme Flexible Steuerungen für WLAN-Applikationen

Wer seine Embeded-Applikation um Funktionen für Wireless-LAN erweitern möchte, sieht sich zum Teil erheblichem Aufwand gegenüber. Das Wireless Easy Network Data Interface (WENDI) für das Embedded-Modul IPC@CHIP SC23 reduziert diesen Aufwand deutlich und vereinfacht die Entwicklung von Anwendungen mit WLAN-Steuerung.

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Das WENDI besteht aus dem Embedded-Modul IPC@CHIP SC23 und dem WLAN-Modul IPC@CHIP WL01. Durch das auf dem SC23 vorinstallierte Betriebssystem RTOS und das implementierte WLAN-API sind wenige Zeilen Code zum Erstellen einer WLAN-Steuerfunktion erforderlich. Das WENDI besitzt einen digitalen Eingang und einen Relais-Ausgang. Die Kommunikation mit der Außenwelt erfolgt über eine RS232- und eine Netzwerkschnittstelle.

Das flexible System eignet sich für zahlreiche unterschiedliche Anwendungen:

• So kann z.B. ein Schaltkontakt (etwa ein Türkontakt, Temperaturschalter‚ Alarm-Ereignis, etc.) an das WENDI angeschlossen werden. Wird der Kontakt betätigt, erzeugt das WENDI eine Nachricht, die via Ethernet oder WLAN an eine beliebige IP-Adresse verschickt wird. Der empfangende Rechner kann das Ereignis beispielsweise als PopUp-Fenster anzeigen, in eine Datei loggen oder ein anderes Ereignis auslösen.
• Eine weitere Anwendung kann ein Hochwassermelder im hauseigenen Keller sein (siehe Kasten). Der digitale Eingang des WENDI wird dazu mit einem Sensor verbunden, der bei einem bestimmten Wasserstand die Kontakte am digitalen Eingang kurzschließt. Das WENDI schaltet daraufhin über das Relais eine Wasserpumpe ein. Gleichzeitig wird per WLAN über den Access Point eine Verbindung zum Internet aufgebaut und die Meldung „Alarm, Wasser im Kelller“ via Mail oder als SMS verschickt.
• Verbindet man die serielle Schnittstelle mit einem Barcode-Scanner, können die eingescannten Daten über die Schnittstelle empfangen und per WLAN an einen Server gesendet werden, der die Daten in einer Datenbank speichert, wo sie ausgewertet werden können.
• Ein weiterer Einsatz ist das Fernschalten eines Gerätes über das WENDI (siehe Kasten). Beispielsweise kann via Web-Interface auf das WENDI zugegriffen und durch ein Relais eine Schaltfunktion ausgeführt werden (z.B. Bewässerungsanlagen, Lichtanlagen oder Klimatechnik). Auch die Ansteuerung eines Text-Displays ist auf diese Weise möglich.

Das WENDI besteht im Wesentlichen aus vier Schaltungsteilen: dem Embedded-Modul SC23, dem WLAN-Modul WL01, der Spannungsversorgung und den Schnittstellen

Steuerelement mit integriertem Webserver

Der SC23 ist das zentrale Steuerelement im WENDI. Das Embedded-Modul besitzt einen leistungsfähigen 96-MHz-Prozessor sowie 8 MByte RAM und 2 MByte Flash-Speicher. Sein integrierter Webserver ist leicht zu konfigurieren und unterstützt dynamische Webseiten. Alle Schnittstellen, wie z. B. USB, Ethernet und CAN, lassen sich mit geringem Aufwand in eigene Anwendungen integrieren.

Das vorinstallierte Betriebssystem RTOS ermöglicht das Implementieren kundenspezifischer Anwendungen, ohne hardwarenahe Anpassungen vornehmen zu müssen. Unterstützt wird dies durch zahlreich vorhandene Softwarebeispiele, die im Internet zum Download bereitstehen.

Erweiterung um alle erforderlichen WLAN-Funktionen

Das Add-on-Modul WL01 erweitert das SC23 um WLAN-Funktionalität. Es bietet alle erforderlichen WLAN-Funktionen und entlastet damit das SC23. Die Kommunikation zwischen dem SC23 und dem WL01 erfolgt über SPI und beschränkt sich nach der Initialisierung auf die Nutzdaten. Dies verhindert eine Überlastung der CPU durch hohen Datenverkehr im WLAN.

Aus Sicht der Anwendersoftware ist die WLAN-Schnittstelle völlig transparent, d.h. ein Softwareentwickler braucht sich nicht um die Handhabung des WLANs kümmern, da das RTOS diese Aufgaben übernimmt.

Der SC23 ist über einen DIL32-Sockel auf der Grundplatine bestückt. Das WL01 ist mit zwei Schrauben über einen Direktstecker auf der Grundplatine befestigt. Die Verbindung zwischen SC23 und WL01 ist über SPI und zwei Steuerleitungen (Reset und Interrupt) realisiert. Ein Schaltnetzteil mit einer Eingangsspannung von 9 bis 30 V versorgt beide Module mit 3,3 V.

Kommunikation mit dem WENDI

Das WENDI kann sowohl kabelgebunden über Ethernet und RS232, als auch kabellos über WLAN mit der Außenwelt kommunizieren. Die Ethernet-Schnittstelle ist als RJ45-Buchse mit integrierter Traffic-LED, die RS232-Schnittstelle als DSub-9-Stecker ausgeführt. So kann eine Verbindung per Telnet oder Terminal mit einem PC hergestellt werden. An der RS232-Schnittstelle können zudem andere serielle Geräten wie z.B. Modems oder Sensoren angeschlossen werden.

Die Kommunikation über WLAN erfordert einen Access Point oder eine Ad-hoc-Verbindung. Die WLAN-Antenne ist auf der Grundplatine an einem Winkel befestigt und über ein so genanntes Pigtail mit dem WL01 verbunden. Mit Pigtail wird der auf dem WL01 befindliche U.FL-Antennenstecker an eine Reverse-SMA Buchse adaptiert.

Digitaler Eingang zum Schalten zwischen zwei Zuständen

Das WENDI verfügt über einen digitalen Eingang, der per Schalter zwischen X1-1 und X1-2 geschaltet werden kann. Der Zustand des Schalters wird entweder zyklisch vom SC23 abgefragt oder kann, falls Interrupt Nr. 5 initialisiert wird, einen Interrupt im SC23 auslösen.

Das Relais auf dem WENDI kann als digitaler Ausgang verwendet werden: Wird die Leitung PIO1 des SC23 auf high gesetzt, schaltet das Relais die Klemmen X1-3 und X1-4 durch.

Eine LED zeigt die 3,3-V-Versorgungsspannung an, zwei weitere LEDs sind können über die PIOs des SC23 individuell angesteuert werden. Der Taster SW1 ist beliebig nutzbar und lässt sich über ein PIO des SC23 einlesen. Mit dem Taster SW2 kann im SC23 ein Reset ausgelöst werden.

Für umfangreiche Systementwicklungen steht ein Development-Board (IPC@CHIP DB54) mit allen SC23-Schnittstellen zur Verfügung, inkl. LCD-Display und Anschlussmöglichkeit eines WLAN-Entwicklungs-Kits.

*Christoph Pross ist Softwareentwickler bei Beck IPC

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