Сотовый телефон - вольтметр и осциллограф

В статье описана приставка к сотово­му телефону фирмы Siemens, позво­ляющая увидеть на его экране осцилло­грамму поданного на вход приставки сигнала с соблюдением масштаба по осям времени и напряжения. Подобным образом можно использовать и другие сотовые телефоны, имеющие последо­вательный порт и поддержку Java вер­сии Ml DP 2.0.

Сотовый телефон стал привычным предметом повседневной жизни, и многие не подозревают, что это — довольно мощный компьютер (тактовая частота процессоров некоторых теле­фонов превышает 100 МГц) с цветным экраном, клавиатурой и неплохими зву­ковыми возможностями. Многие теле­фоны снабжены последовательным пор­том, к которому имеется программный доступ от Java-приложений (мидлетов) при наличии поддержки Java (платфор­ма J2ME) и MIDP 2.0. Через этот порт можно взаимодействовать с различны­ми внешними устройствами, значитель­но расширяя стандартный набор фун­кций сотового телефона. Среди изделий фирмы Siemens спецификацию MIDP 2.0 поддерживают сотовые телефоны серий 65, 75 (например, М65, S75).

Предлагаемая приставка превра­щает сотовый телефон в своеобраз­ный осциллограф с входным сопротивлением 1 МОм, скоростью развертки 0,001... 1 с/дел и чувствительностью 0,5...50 В/дел. Среднее значение вход­ного сигнала (его постоянная соста­вляющая) выводится на экран в цифро­вой форме

Приставкой, схема которой изобра­жена на рисунке, управляет МК PIC16F688 (DD2), имеющий в своем составе блоки АЦП и контроллера последовательного порта. К сожале­нию, встроенный АЦП работает доволь­но медленно, но для низкочастотного осциллографа его скорость (макси­мальная частота дискретизации — десятки килогерц) вполне достаточна.

В отличие от уровней сигналов, при­нятых в стандарте RS232, для последо­вательного порта сотового телефона характерны обычные для логических микросхем уровни: лог. 0 — около 0 В, лог. 1 — не менее 3,6 В. Это упрощает сопряжение телефона с МК, позволяя соединять их непосредственно. Ско­рость обмена информацией выбрана равной 9600 Бод. При большем ее зна­чении некоторые модели и экземпляры телефонов работают неустойчиво. Светодиод HL1 светится в момент передачи пакета от микроконтроллера в телефон.

Приставка получает питание от теле­фона. Поскольку выводы 5—7 разъема XS1, соединяемого с системным разъ­емом телефона, соединены с общим проводом, контроллер телефона счита­ет, что к нему подключен дата-кабель DCA-500 и подает на вывод 1 этого разъема напряжение 3,6 В от своей аккумуляторной батареи. Отрицатель­ное напряжение для питания ОУ при­ставки получено с помощью преобразо­вателя полярности DA3. На параллель­ном стабилизаторе напряжения DA1 и ОУ DA2.2, включенном по схеме повто­рителя, выполнен источник образцово­го напряжения 2,5 В.

На мультиплексоре DD1 и ОУ DA2.1 собран электронный аттенюатор, по­зволяющий изменять чувствительность прибора в зависимости от кода, который МК устанавливает на адресных входах мультиплексора (выводы 9 и 10 DD1). Мультиплексор переключает резисторы R1— R3 в цепи обратной связи ОУ, сопро­тивление которых должно с высокой точ­ностью соответствовать указанному на схеме. При коде 00 на адресных входах мультиплексора сигнал, поданный на разъем XW1, передается на выход ОУ DA2.1 без изменения. При других значе­ниях кода входной сигнал ослабляется в 10, 100 или 1000 раз. Последнее значе­ние не используется из-за недостаточной электрической прочности резистора R4 и конденсатора С1. Диоды VD1—VD4 ограничивают напряжение на выводе 13 мультиплексора на уровне 1,2 В (по абсолютному значению). Каскад на ОУ DA2.3 смещает уровень поступающих на вход AN1 МК сигналов так, чтобы нулевому напряжению на разъеме XW1 соответствовала середина шкалы АЦП.

Работой осциллографа управляет мидлет (программа на языке Java), загружаемая в сотовый телефон в виде jar-файла. Этот мидлет отвечает за управление режимом работы, измене­ние масштаба по осям времени и напря­жения и отображение информации, поступающей от приставки. Управление приставкой производится путем пере­дачи ей управляющих байтов. Три млад­ших разряда байта содержат код, задающий частоту запуска АЦП, а два старших — положение электронного аттенюатора. Остальные разряды не используются. В случае приема упра­вляющего байта, равного нулю, пристав­ка работает в режиме "холостого хода", не передавая информацию в телефон.

Работа с последовательным портом в J2ME организована через интерфейс CommConnection, а сам порт имеет имя СОМ0. Прежде чем передавать и прини­мать информацию, необходимо с помощью метода Connection.open уста­новить соединение. Во избежание бло­кировки приложения во время обмена информацией все операции чтения из порта и записи в него вынесены в отдель­ный поток.

МК приставки, получив управляю­щий байт, устанавливает заданный ре­жим работы электронного аттенюатора, а затем с заданной частотой запускает АЦП и записывает результаты его рабо­ты во внутренний буфер. По заполне­нии буфера МК останавливает АЦП и передает в сотовый телефон байт син­хронизации, а за ним — содержимое буфера. Получив эту информацию, телефон отображает ее в виде кривой на экране, подсчитывает и выводит на экран среднее значение напряжения.

Если осциллограф работает в режи­ме автоматического выбора масштаба по напряжению (на экран выведена бук­ва А), то при среднем значении напря­жения, близким к нулевому или к макси­мально допустимому, телефон сформи­рует управляющий байт с измененным в соответствующую сторону кодом положения аттенюатора. Но повлияет это уже на следующий цикл измерения.

Осциллографом управляют с по­мощью джойстика сотового телефона: его перемещение по вертикали и гори­зонтали изменяет масштаб осцилло­граммы по соответствующей оси. Включение автоматического выбора масштаба и выход из приложения — через меню.

Программу для сотового телефона устанавливают в него как обычное Java-приложение. Достаточно скопировать файлы osc.jar (скомпилированная про­грамма) и osc.jad (ее описание) в соз­данный в памяти телефона каталог java/osc. Это делают с помощью прила­гаемого к телефону специального про­граммного обеспечения. После запуска приложения телефон задаст вопросы о разрешении доступа к порту сотО и к аксессуару. Необходимо утвердитель­но ответить на оба.

Приставка собрана навесным монта­жом на макетной плате, печатная не разрабатывалась. Разъем XS1 — специ­альный для подключения к сотовому телефону. Такими разъемами снабжены гарнитуры и зарядные устройства. Входной разъем XW1 — СР-50-73Ф или импортный серии BNC.

Вместо микросхемы TL431 можно использовать КР142ЕН19, а вместо К561КП2 — CD4052. ОУ AD8054 заме­нит любой другой счетверенный с малым потребляемым током, например МС3403.

Перед началом работы с осцилло­графом необходимо при закороченном входе приставки подстроечным рези­стором R11 добиться нулевого средне­го значения напряжения, выведенного на экран телефона.

Источник: Радио №11, 2007г., автор С. Кулешов, г. Курган.