Что такое MOWI?

MOWI — это проект с открытым исходным кодом, который объединяет компактный GNSS-приёмник Septentrio mosaic с беспроводным модулем ESP32 Wrover. Это расширение позволяет мозаике получать доступ к беспроводному интернету, принимать удалённые команды или использовать коррекции в реальном времени. Связь между мозаикой и ESP обеспечивается через стандартный Ethernet-канал 802.3. Встроенный USB-концентратор позволяет пользователю подключаться к MOWI с помощью одного USB-кабеля, получая доступ как к интерфейсу связи мозаики, так и к модулю ESP.

Таблица содержания

• Что такое MOWI?
• Таблица содержания
• Что представляет собой модуль mosaic?
• Как настроить MOWI?
• Как использовать MOWI?
• Как производить MOWI?
• Корпус
• Поставляемые товары
• Пользовательская документация MOWI

Что представляет собой модуль mosaic?

Модули mosaic — это небольшие GNSS-модули Septentrio с низким энергопотреблением, идеально подходящие для обеспечения высокоточных позиций. Модули mosaic интегрируют новейшую технологию GNSS, обеспечивая высокоточные позиции при минимальном потреблении энергии. Несмотря на компактные размеры, они полностью сохраняют высокую надёжность и исключительную точность, которыми известны приёмники Septentrio. Настоящая многочастотная технология мультисозвездия даёт нашим модульным приёмникам доступ ко всем возможным сигналам от всех доступных спутниковых созвездий GNSS, включая GPS США, Galileo из Европы, GLONASS из России, а также BeiDou, QZSS и NavIC. Передовые алгоритмы Septentrio, проверенные на практике, используют это разнообразие сигналов для обеспечения максимальной доступности позиционирования и совместимости с опорной сетью. Линейка продуктов mosaic включает три различные версии. Их ключевые особенности и различия перечислены в следующей таблице:

GNSS модули	mosaic-X5	mosaic-H	mosaic-T
Вариант использования	база/ровер	курс	синхронизация
Двойная антенна
Курс
L-диапазон
RTK		Как настроить Mowi?

Базовая настройка оборудования

Для полной функциональности Mowi необходимо подключить несколько внешних устройств. Вот список:

1. Подключите короткий кабель U.FL к U.FL от ESP Wrover к разъему антенны WiFi Mowi рядом с обозначением E.ANT.
2. Прикрутите антенну WiFi к разъему SMA для WiFi на Mowi, который обозначен как E.ANT. Эта антенна должна быть специально разработана для диапазона 2,4 ГГц и иметь разъем SMA типа «папа».
3. Подсоедините антенну GNSS к основному разъему MMCX на Mowi, обозначенному как MAIN. В следующих примерах использовалась обычная антенна-талисман.
4. (Необязательно, только для Mowi с мозаикой-H): Подсоедините антенну GNSS ко вторичному разъему MMCX на Mowi, обозначенному как AUX.

Примечание: Шаги 1 и 2 можно пропустить, если используется Mowi с модулем ESP32-WROVER-E. Поскольку этот модуль имеет встроенную антенну Wi-Fi, внешняя антенна не требуется.

Базовое подключение

Самый простой способ взаимодействия с Mowi — через его USB-интерфейс. Этот пример показывает, как это сделать шаг за шагом, иллюстрируя и объясняя некоторые основные функции модулей мозаики и ESP.

Подключите Mowi к компьютеру с помощью кабеля micro-B USB. После подключения вы должны увидеть три новых USB-устройства в вашей системе. Если вы используете Linux, их драйверы устанавливаются автоматически. На компьютере с Windows вам нужно установить один из драйверов вручную. Загрузите и установите драйвер CP210x Universal Windows с веб-сайта производителя моста UART ESP. Сделав это, вы можете проверить эти новые USB-устройства в диспетчере устройств Windows. В Linux откройте терминал и выполните команду lsusb. Вы должны увидеть что-то похожее на следующее изображение, где незатушеванные устройства соответствуют соответственно i) мосту UART ESP, ii) модулю мозаики и iii) концентратору USB Mowi:

По умолчанию модуль мозаики поддерживает Ethernet через USB. Поэтому самый простой способ получить доступ к его информации и конфигурации — через интернет-браузер. Для этого просто откройте IP-адрес 192.168.3.1 в своем любимом браузере и автоматически войдите в веб-интерфейс мозаики. В случае успешного запуска Mowi вы должны увидеть нечто подобное:

Еще один простой вариант взаимодействия с модулем мозаики — через его COM-порты. Эти порты должны отображаться в вашей системе как ACM0 и ACM1. Используйте свой любимый последовательный терминал (например, Putty или Moserial) и следующие настройки для установления соединения:

Теперь вы можете управлять мозаикой с помощью интерфейса командной строки. Дополнительную информацию о синтаксисе, ответах и таблицах команд см. в разделе 3.1 справочного руководства по мозаике-X5. Чтобы быстро протестировать этот интерфейс, вы можете приказать мозаике включить и выключить светодиод GP1. Для этого отправьте следующие две команды через последовательный терминал: $ sgpf, GP1, Output, none, LevelHigh
$ sgpf, GP1, Output, none, LevelLow

Не только зеленый светодиод GP1 включается и выключается снова, но вы также должны увидеть следующий ответ мозаики в вашем последовательном терминале:

После успешного установления связи с мозаикой остается последняя задача — ESP-модуль. Благодаря встроенному мосту UART в Mowi связь может быть установлена через COM-порт USB0. Снова используйте свой любимый последовательный терминал со следующими параметрами: | порт | скорость передачи | данные бит | | стоп-биты | чётность | управление потоком | |:---:|:---:|:---:| | USB0 | 115200 | 8 | 1 | нет | отсутствует |

После установления соединения вы сможете получать отладочную информацию с модуля ESP. По умолчанию (с завода) в ESP32-WROVER прошита прошивка команд Espressive ESP-AT (https://github.com/espressif/esp-at). Чтобы быстро протестировать этот интерфейс, можно нажать кнопку сброса ESP, обозначенную как E.RST. После этого вы должны увидеть журнал перезагрузки, подобный этому:

В системах Windows порты мозаики и ESP обычно называются COMx, где x обозначает случайно назначенный номер. Используйте «Панель управления» > «Диспетчер устройств» > «Порты», чтобы определить, какое USB-устройство подключено к какому порту (или методом перебора).

Микропрограмма Espressive ESP-AT по умолчанию не поддерживает UART0 ESP. Поэтому отправка AT-команд через USB-интерфейс с заводской микропрограммой ESP невозможна.

Прошивка ESP

Истинный потенциал mowi заключается в запуске пользовательской микропрограммы на модуле ESP. Самый удобный способ — прошить ESP уже скомпилированным двоичным образом с помощью официальной утилиты Espressive esptool.py. Если вы заинтересованы в создании собственной микропрограммы, перейдите к следующему примеру («Разработка микропрограммы ESP»), который обрабатывает процесс прошивки за вас.

Чтобы начать прошивку, необходимо установить утилиту esptool. Это можно сделать из репозитория pypi (https://pypi.org/project/esptool/) с помощью системы управления пакетами pip. Обратите внимание, что на вашем компьютере должен быть установлен Python 2.7 или Python 3.4 или более поздней версии. Для получения дополнительной информации или устранения проблем посетите репозиторий GitHub esptool (https://github.com/espressif/esptool/). Чтобы установить esptool, выполните следующую команду в терминале:

$ pip install esptool

Во время экспериментов с ESP может быть полезно перепрошить его заводской микропрограммой под названием ESP-AT. Чтобы загрузить эту микропрограмму, перейдите в её официальный репозиторий GitHub (https://github.com/espressif/esp-at/releases/tag/v2.2.0.0_esp32) и загрузите папку .zip, предназначенную для модуля ESP32-WROVER. После распаковки перейдите в подпапку .\factory и найдите factory_WROVER-32.bin. Это двоичный образ, который вы собираетесь прошить в свой ESP. Для этого подключите mowi к компьютеру через USB-кабель и выполните следующую команду в терминале:

$ esptool.py --chip auto --port /dev/ttyUSB0 --baud 115200 write_flash -z 0x0 factory_WROVER-32.bin

Где --port указывает на последовательный порт, к которому подключён ESP, --baud — это стандартная скорость передачи данных, 0x0 — целевой адрес памяти, а factory_WROVER-32.bin — двоичный образ, который вы прошиваете в ESP. После успешной прошивки вы должны увидеть аналогичный журнал в своём терминале. Сообщение Hash of data verified означает, что прошит образ успешно проверен.

Встроенная схема автоматической загрузки mowi установит соответствующий режим загрузки и сбросит модуль ESP за вас. Если вы хотите контролировать эти процессы вручную, используйте два тактильных переключателя, обозначенных как E.RST и E.BOOT. Удерживая нажатой кнопку E.BOOT, а затем нажимая E.RST, вы запускаете загрузку микропрограммы. Отдельное нажатие кнопки E.RST сбрасывает модуль ESP.

Предыдущая команда прошивки является минимальным рабочим примером. Для расширенной прошивки обратитесь к режимам прошивки в руководстве esptool. Более надёжную прошивку можно выполнить с помощью этой команды:

$ esptool.py --chip auto --port /dev/ttyUSB0 --baud 115200 --before default_reset --after hard_reset write_flash -z --flash_mode dio --flash_freq 40m --flash_size 4MB 0x0 factory_WROVER-32.bin

Как использовать mowi?

В этом проекте мы предоставляем не только аппаратный дизайн, но и пример микропрограммы. Эти примеры... Предполагается, что данный текст описывает ключевые особенности MOWI и предоставляет код, который можно использовать и модифицировать.

В качестве среды разработки используется Espressif ESP-IDF. В настоящее время доступны следующие примеры:

• examples/mowi_wifi_basic — переадресация пакетов Ethernet через WiFi;
• examples/mowi_wifi_client — переадресация пакетов Ethernet через WiFi с обеспечением предоставления услуг на основе BLE.

Базовое подключение к WiFi

Пример с именем mowi_wifi_basic расширяет возможности MOWI, предоставляя полный доступ к беспроводному интернету путём прозрачной пересылки интернет-пакетов.

Цель — продемонстрировать, как настроить пересылку интернет-пакета между Ethernet MOWI и WiFi ESP с учётом MAC-адреса MOWI. Модуль ESP настроен как станция WiFi, подключающаяся к точке доступа WiFi и пересылающая весь трафик в порт Ethernet MOWI и из него. ESP не выполняет никаких действий на уровне 3 и выше. Поэтому ожидается, что целевая точка доступа WiFi будет работать с DHCP-сервером.

Пошаговую функциональность этого примера можно описать следующим образом:

1. Инициализировать драйвер Ethernet и микросхему PHY ESP.
2. Настроить Ethernet MOWI через команды UART.
3. Замаскировать MAC-адрес ESP под MAC-адрес MOWI.
4. Подключиться к желаемой точке доступа WiFi.
5. Переслать весь интернет-трафик и поддерживать соединение.

Чтобы запустить этот пример, необходимо прошить MOWI предоставленной прошивкой. В этом случае учётные данные целевой точки доступа WiFi жёстко запрограммированы на mowi_wifi_accpoint в качестве SSID и mowi_rocks в качестве пароля. Если вы согласны с этим, вы можете напрямую прошить предоставленные двоичные файлы. Если нет, вы можете легко изменить файл menuconfig и перекомпилировать код. Для получения дополнительной информации обратитесь к шагам 7–9 раздела «Начало работы с ESP-IDF» (https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/en/latest/esp32/get-started/#step-7-configure).

После успешного подключения к WiFi (обозначается синим светодиодом WIFI) вы можете получить доступ к веб-интерфейсу MOWI по IP-адресу, назначенному DHCP-сервером. Чтобы выяснить это, вы можете: — посмотреть раздел Communication >> Ethernet веб-интерфейса MOWI через USB-соединение; — проверить настройки устройства вашей точки доступа WiFi (маршрутизатор, смартфон и т. д.); — отправить команду $ getIPSettings на MOWI через один из предоставленных COM-портов; — найти в журнале примера, передаваемом на порт, используемый во время прошивки, запись, подобную этой: mowi_wifi_basic: WiFi connected with IP Address:192.168.43.189.

Для прошивки предоставленных двоичных файлов подключите MOWI к компьютеру, перейдите в каталог examples/mowi_wifi_basic/build и выполните следующую команду (замените PORT соответственно вашей системе):

esptool.py -p PORT -b 460800 --before default_reset --after hard_reset --chip esp32 write_flash --flash_mode dio --flash_freq 40m --flash_size detect 0x10000 mowi_wifi_basic.bin 0x1000 bootloader/bootloader.bin 0x8000 partition_table/partition-table.bin

Клиентское подключение к WiFi

Пример с именем mowi_wifi_client добавляет к предыдущему примеру mowi_wifi_basic обеспечение услуг WiFi на основе Bluetooth.

Недостатком предыдущего примера является жёсткое кодирование SSID и пароля точки доступа WiFi. В некоторых приложениях может быть полезно изменить учётные данные WiFi на ходу вместо перекомпиляции и перепрошивки прошивки. В этом примере мы покажем, как использовать унифицированный API обеспечения Espressives (https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/en/latest/esp32/api-reference/provisioning/provisioning.html), чтобы настроить целевую точку доступа ESP через Bluetooth с помощью смартфона. Это делается через приложение Espressives BLE, доступное по адресу: — Android: приложение BLE Provisioning в Play Store (https://play.google.com/store/apps/details?id=com.espressif.provble); — iOS: приложение BLE Provisioning в App Store (https://apps.apple.com/in/app/esp-ble-provisioning/id1473590141).

Чтобы начать работу с этим примером, откройте приложение BLE Provisioning и нажмите «Provision New Device». Есть два разных... Способы подключения

Первый способ — сканирование QR-кодов, сгенерированных ESP. Этот код отображается в журнале прошивки. Подключите mowi к компьютеру через USB и откройте COM-порт ESP в вашем любимом последовательном терминале. Нажмите кнопку E.RST, чтобы перезагрузить модуль ESP. Через некоторое время поток журнала должен остановиться и отобразить аналогичный QR-код:

Второй вариант — поиск доступных Bluetooth-устройств. Нажмите «У меня нет QR-кода» и дождитесь завершения поиска. Вы должны увидеть свой mowi, указанный как PROV_MOWI_MAC, где MAC — это фактический MAC-адрес вашего mowi. Щёлкните по нему и просто подтвердите PIN-код подтверждения владения (abcd1234), нажав «Далее».

После успешного подключения модуль ESP автоматически начнёт искать доступные сети Wi-Fi и сообщит о результатах вашему BLE-приложению. Теперь вам нужно просто выбрать желаемую сеть Wi-Fi и ввести её пароль. Затем модуль ESP автоматически подключится к ней и будет пересылать все интернет-пакеты на мозаику и обратно. Примером поиска по Bluetooth и сети Wi-Fi может быть:

Рекомендуется стереть флэш-память, особенно если mowi уже был перепрошит ранее. Это можно сделать с помощью следующей команды: esptool.py -p PORT erase_flash

Чтобы прошить предоставленные двоичные файлы, подключите mowi к своему компьютеру, перейдите в examples/mowi_wifi_client/build и выполните следующую команду (замените PORT соответственно вашей системе):

esptool.py -p PORT -b 460800 --before default_reset --after hard_reset --chip esp32 write_flash --flash_mode dio --flash_freq 40m --flash_size detect 0x10000 mowi_wifi_client.bin 0x1000 bootloader/bootloader.bin 0x8000 partition_table/partition-table.bin

Как изготовить mowi?

На данный момент неизвестно ни одной третьей стороне, известной автору или Septentrio, которая продавала бы изготовленные версии платы mowi. Однако любой может использовать эталонный дизайн в виде проекта KiCad и обратиться к своему предпочтительному производителю для производства. Мозаичные GNSS-модули можно получить непосредственно от Septentrio или Digi-Key. Номера деталей мозаики Digi-Key: 2771-410322-ND для mosaic-X5 и 2771-410352-ND для mosaic-H.

Чтобы сохранить спроектированное согласование импеданса печатной платы, все её шесть слоёв должны быть изготовлены из меди толщиной 35 мкм.

В рамках этого проекта мы использовали услуги по производству и сборке Eurocircuits. Если вы заинтересованы в использовании их услуг для производства mowi, пожалуйста, найдите уже обработанные производственные данные в .\fabrication\eurocircuits. Эти файлы можно загрузить непосредственно в Eurocircuits, что ускорит процесс проверки печатной платы и анализа сборки.

Отказ от ответственности: этот проект предоставляется КАК ЕСТЬ и не был полностью проверен ни автором, ни Septentrio. Ответственность за производство или использование этого дизайна в своих целях лежит на вас.

Корпус

Доступна 3D-модель корпуса mowi для печати на 3D-принтере в mowi/designFiles/housing. Два файла STL: mowi_topprint_housing.stl и mowi_lowerprint_housing.stl можно загрузить прямо в программу для нарезки. Модель можно использовать с винтами M3x8, которые будут самонарезаться в пластик. При необходимости можно добавить латунные резьбовые вставки, просто изменив отверстия в верхней части mowi_topprint_housing.stl. Отверстия для светодиодов не включены в модель, так как многие 3D-принтеры плохо справляются с такими мелкими деталями. При необходимости отверстие можно просверлить после печати или добавить в модель STL. В целом, это должно быть довольно простое задание для печати. Этот корпус был разработан и оценён Сильвиу Тауяном (Silviu Taujan) в качестве вклада в проект mowi.

Результаты работы

Данный проект предоставляет следующие результаты для интеграторов и разработчиков систем на основе мозаичных модулей Septentrio.

Документация пользователя mowi

В следующем разделе перечислены наиболее важные конструктивные особенности платы mowi. Для более детального понимания обратитесь к файлам схем в папке .\schematic.

Общие интерфейсы

Для обеспечения простоты использования и высокой связности mowi предоставляет различные интерфейсы.

• USB-интерфейс, поддерживаемый встроенным высокоскоростным USB-концентратором. Его цель — обеспечить подключение мозаики или/и ESP через один микро-USB кабель типа B. Связь между концентратором и ESP осуществляется через чип моста FTDI, подключённый непосредственно к UART0 ESP. Дополнительная схема автоматического скачивания управляется чипом FTDI и обеспечивает лёгкое и удобное перепрошивание. Однако доступны две кнопки сброса и загрузки, типичные для приложений ESP, если предпочтительна прошивка через UART или требуется ручная перезагрузка.
• Разъёмные соединители JST служат общими и надёжными точками подключения. Два из них предназначены только для мозаики: i) разъём, совместимый с PIXHAWK, который предоставляет порт COM1 мозаики с аппаратным управлением потоком, и ii) универсальный разъём мозаики, предлагающий дополнительную функциональность внешнего триггера EventA, точное хронометрирование с выходом PPSO и связь через порт COM3. Последний разъём JST предназначен для ESP и предоставляет его UART1 с аппаратным контролем потока. Одним из возможных вариантов использования этого разъёма является подключение к внешнему GSM-модулю.
• Двойные разъёмы для антенн GNSS позволяют использовать mowi в приложениях, требующих информации о курсе и тангаже/крене. Mowi доступен с более надёжными разъёмами MMCX или их компактной заменой U.FL. Эти варианты являются эксклюзивными — mowi должен быть оснащён одним или другим типом разъёмов GNSS.
• Внешняя антенна WiFi/Bt может быть установлена на встроенный разъём SMA. Эта опция доступна для mowis с IE-вариантом ESP Worover. В таком случае активный диапазон беспроводного соединения может быть значительно расширен, что позволяет использовать более удалённые приложения.
• Индикаторные светодиоды могут использоваться для предоставления мгновенной обратной связи о важных функциях, таких как питание, коррекция положения, ведение журнала и состояние соединений WiFi или Bluetooth. Их прямоугольные корпуса идеально подходят для лёгкого монтажа.
• Дополнительные выводы мозаики и ESP представлены в двух разъёмах 2x3 2.54 мм. Данный подход был определён требованиями к контролируемому импедансу этого критического сигнала.

Изображение ниже примерно иллюстрирует расположение отдельных подсистем:

Легенда: 1A и 1B — Ethernet PHY мозаики и ESP, 2 — USB HUB, 3 — FTDI-мост ESP, 4 — устройство eMMC мозаики, 5A и 5B — понижающий/повышающий преобразователь 3,3 В с электронным предохранителем и повышающий преобразователь 5 В, 6 — логические элементы сигнальной логики, преобразователи напряжения TTL и устройства защиты от электростатического разряда, 7 — драйверы светодиодов.