Cum să folosești un multimetru

Multimetrul este aparatul cu funcții de determinare și de măsurare a mai multor mărimi electrice, ce a apărut odată cu dezvoltarea circuitelor electronice. Multimetrul se utilizează pentru măsurarea tensiunii electrice U și a intensității curentului electric I. Rezistența electrică a unui conductor R, capacitatea electrică C a unui condensator sau inductanța L a unei bobine electrice, sunt de asemenea mărimi ce pot fi măsurate cu multimetrul.

Din punctul de vedere al tipurilor de multimetre existente, multimetrele pot fi analogice sau digitale.

  • Multimetrul analogic

Analogic înseamnă „identic” sau „la fel”. Semnalul analogic este demodulat și transformat în semnal electric a cărui tensiune sau intensitate variază conform semnalului util. Pe o scară cuprinsă între valorile extreme ale tensiunii sau intensității, pusă în corespondență cu scara de variație a parametrului util respectiv, se poate citi prin analogie valoarea acestuia.

Multimetrul analogic are un ecran de afișaj, unde un ac indicator se poate mișca de la stânga spre dreapta, având drept fundal diferite scări, ale diferiților parametri de măsurat, iar în funcție de mărimea pe care vrem să o măsurăm și pe care am ales-o cu selectorul. Pentru a citi corect, nu dintr-o parte, pe ecran, în partea superioară, există o fîșie de oglindă cu ajutorul căreia veți privi acul indicator perpendicular și citirea nu va fi eronată.

Fiind mai greu de folosit, la acest moment multimetrul analogic este „istorie”, fiind tehnologic depășit.

  • Multimetrul digital

În echipamentele digitale, semnalul util este procesat numeric, el fiind reprezentat prin valorile binare 0 sau 1. Un semnal digital este obţinut prin eşantionarea sau digitizarea unui semnal analogic provenit de la diverşi senzori sau emiţători.

Multimetrul digital are un comutator asemănător cu cel de la multimetrul analogic, cu care se alege mărimea ce urmează să fie citită și scara de citire a acestei. Principala deosebire față de multimetrul analogic este modul de afișare a rezultatului citirii. Acesta apare pe un afișaj LCD, care are patru digiți, punctul zecimal se se poate muta printre digiți pentru a da sensibilitatea scării. Pentru tensiuni are posibilitatea de a afișa și sensul curentului.

Ce măsoară multimetrul digital

Ne vom referi de acum în colo numai la multimetrul digital, care datorită tehnologiei avansate și a prețului relativ scăzut este mult mai răspândit și mult mai ușor de folosit.

cum se masoara cu multimetrul digitalMultimetrele digitale universale măsoară în general:

  • rezistența electrică – unitatea de măsură Ohm (Ω);
  • tensiunea electrică alternativă – unitatea de măsură volt (ACV sau V~);
  • tensiunea electrică continuă – unitatea de măsură volt (DCV sau V=);
  • intensitatea curentului electric alternativ – unitatea de măsură Ampere (ACA sau A~);
  • intensitatea curentului electric continuu – unitatea de măsură Ampere (DCA sau A=).

Multimetrele au posibilitatea ca, pe lângă aceste mărimi electrice, să verifice funcționalitatea unor componente electronice cum ar fi:

  • măsurarea directă pe scara omică a rezistențelor;
  • diodele semiconductoare;
  • capacitatea electrică a condensatoarelor;
  • tranzistoarele bipolare, fie că sunt NPN sau PNP.

Pentru măsurare se vor folosi două testere sau sonde de măsură, una ro;ie și alta neagră, care vor avea locașuri speciale de fixare în dreapta jos a aparatului. În cea mai de jos, notată cu COM de la comun, (-) sau Ground se va fixa testerul negru, iar în cea de deasupra notată cu (+) sau V Ω mA se va fixa testerul roșu. Această separație este foarte folositoare la măsurarea tensiunilor în curent continuu și a sensului acestui curent. Un al treilea loc de fixare este pentru testerul roșu în cazul când vrem să citim intensitatea pe scara de 10 A.

Atenție: Nu uitați, înainte de a măsura este nevoie să alegem mărimea și cu atenție scara de măsură. Este de preferat ca scara să fie mai mare. O scară mai mică nu este sigur că va defecta aparatul deoarece acesta are nenumărate protecții dar poate să nu dea nici o citire sau să dea una eronată.

Algoritmul de măsurare cu multimetrul digital

  1. Se stabilește mărimea ce trebuie să fie măsurată;
  2. Se stabilește tipul curentului care trebuie măsurat, alternativ sau continuu;
  3. Se stabilește mărimea scăriii ce urmează a fi folosite și se fixează cu comutatorul la cea superioară;
  4. În cazul în care se cunoaște ordinul de mărime al valorii ce va fi măsurată, se selectează scara dfe valori ce încadrează această valoare;
  5. Se efectuează măsurătoarea, preferabil de două sau trei ori, pentru a fi sigur de rezultat.

Măsurarea tensiunilor cu multimetrul digital

  • Pentru măsurarea tensiunilor în curent alternativ nu are importanță cum sunt fixate testerele, acest curent neavând sens. Se alege scara de curent alternativ, iar apoi dintre cele două de 200 V și 750 V. Pentru a măsura tensiunea la priză în Romania, pentru că nominal curentul are 220 V se alege scara de 750 V, pe scara de 200 V nu se va afișa nimic.
  • Pentru masurarea tensiunilor în curent continuu se va alege și localiza comutatorul în aria pentru acest curent, semnalizată cu DCV sau V= și se va alege scara. Pentru că scările sunt de 200 mV, 2000 mV, 20 V, 200 V și 1000 V, inscripționarea selectată reprezintă maximul valorii care poate fi masurată pe scara respectiva. Dacă vreți să măsurați o baterie de 1.5 V sau 9 V, se va alege scara de 20 V. În cazul în care testerul de la (+) a fost pus la plus, măsuratoarea va arăta cu plus. Dacă același tester a fost fixat spre (-) la citire, curentul va fi de sens invers și pe display va apare rezultatul cu minus.

În cadrul unui circuit alimentat se fixează testerele în două puncte între care vrem să aflăm tensiunea, alegând scara care să includă valoarea nominală cu care alimentăm circuitul. Cu siguranță tensiunea măsurată va fi mai scăzută decât tensiunea de alimentare.

Măsurarea curenților electrici cu ajutorul unui multimetru digital

Măsurarea curențiilor electrici se poate face numai cu respectarea câtorva reguli foarte necesare:

  • testerul roșu al multimetrului se conectează la mufa de pe aparat corespunzatoare domeniului de masură estimat, dacă se presupune că există curenți mari în circuit, se conecteaza întâi la borna „Ampere”;
  • se evită întotdeauna scurtcircuitarea surselor de tensiune cu multimetrul, întotdeauna măsurarea curentului se realizează inserând multimetrul cu rezistența prin care se determină curentul, în caz contrar multimetrul se deteriorează, adică se arde.

Măsurarea rezistențelor electrice cu ajutorul unui multimetru digital

Pe aceeași scară multimetrul măsoară rezistența electrică între două puncte de circuit sau rezistența electrică a unei componente. Trebuie menționat faptul că valoarea unei rezistente este înscrisă pe corpul acesteia, fie în clar ca valoare numerică, fie utilizând codul culorilor. Pe lângă valoarea nominală se mai trece și toleranța, adică abaterea maximă garantată de producător, a valorii reale a rezistenței față de valoarea nominală.

Verificarea se face cu testerele în aer care arată 1, adică depășire de scară, rezistența fiind infinită sau la atingerea testerelor, adică continuitatea citindu-se zero.

Măsurarea rezistențelor electrice se face doar în absența tensiunii de alimentare a circuitului sau pe componente separate de circuit. Măsurarea unei rezistențe din circuit poate determina eroare în citire datorită buclelor electrice din circuit. Pentru o bună măsurătoare nu se fixează ambele testere cu ambele testere deoarece ar interveni și rezistența corpului uman.

Determinarea funcționalității semiconductoarelor cu ajutorul unui multimetru digital

Se alege cu comutatorul poziția de diodă și într-un sens arată continuitate, iar la schimbarea testerelor va arăta 1, adică discontinuitate.

Determinarea continuității traseelor electrice sau „sunarea” traseelor electrice cu ajutorul unui multimetru digital

Se selectează cu comutatorul „buzzerul” sau sumeria și se atige cu testerele cablul sau circuitul pe care vrem să-l verificăm. Dacă este continuu „buzzerul” sună.

Verificarea tranzistorilor cu ajutorul unui multimetru digital

În funcție de ce fel de tranzistor avem, NPN sau PNP, vor introduce colectorul, baza și emiterul, respectiv în bornele C, B și E. Dacă tranzistorul este funcțional pe ecran apare 1 și buzzerul sună.

Ca și diodele, tranzistoarele și chiar condensatoarele pot fi verificate prin măsurători selective de continuitate.

Dacă te interesează mai multe informații despre cum să alegi un multimetru digital, găsești aici mai multe informații.

 

Cum alegi un multimetru digital?

Multimetrul este acel dispozitiv electronic care ne ajută să măsurăm rezistența electrică, dar și tensiunea și intensitatea curentului electric. Alegerea unui multimetru ne poate duce cu gândul la alegerea unui multimetru analogic, care are prețul mai convenabil, chiar dacă precizia lui este foarte bună, în limitele tehnologice ale acestui produs. Este foarte important să facem o inventariere a funcțiilor de care avem nevoie și să verificăm dacă ele corespund cerințelor noastre, multimetrul analogic având o gamă mult mai restrânsă de funcții, mai ales speciale. O precizie mult mai mică, care poate fi deteriorată și de factorul uman și, nu în ultimul rând, o mai greoaie modalitate de folosință. În funcție de ce multimetru alegem, cu ajutorul lui putem testa diferite componente, cum ar fi condensatori, diode și tranzistori sau putem depana un circuit pentru a identifica scurgerile de curent electric sau a identifica zonele cu probleme.

Pentru lucrări care necesită precizie mai mare, prelucrare și comparare a datelor, precum și măsurători mai speciale, indiferent de calitate și preț, achiziționarea unui multimetru analogic este total inoportună.

Multimetrul digital are un set de sonde – una neagră și una roșie, cu ajutorul cărora vei testa o componentă sau o porțiune de circuit și un ecran pe care vei vedea rezultatele înregistrate. Pe multimetru vei găsi și rotorul pe care va trebui să îl setezi în funcție de ce vei măsura – rezistență, intensitate sau tensiune.

Este motivul pentru care în continuare ne vom referi numai la achziționarea unui multimetru digital.

Alegerea unui multimetru digital trebuie să țină seama, în primul rând, de scopul pentru care va fi folosit, de câtă exactitate se cere în măsurătorile efectuate, de cât de des va fi folosit și de cât esti dispus să plătești pe el. O alegere greșită este cea în care s-au impus niște caracteristici foarte ridicate, de care, nefiind neapărată nevoie, au însemnat bani nefolosiți, în timp ce un brand mai puțin cunoscut a fost mai ieftin, dar mult mai puțin fiabil.

În alegerea unui astfel de multimetru digital trebuie să avem în vedere câteva aspecte importante:

Caracteristicile necesare ale multimetrului digital

Multimetrele digitale tind spre o exactitate mult mai mare în afișarea rezultatelor pe ecranul LCD. Precizia măsurăturii este de multe ori sub nivelul procentelor. Multe dintre multimetrele de pe piață nu s-au mărginit la măsurarea tensiunilor, intensității curentului sau a rezistenței electrice, ci afișează temperatura, frecvența sau continuitatea. Multimetrele digitale pot fi folosite la motoare sau la baterii, întrerupătoare sau surse de energie. Lista completă a aplicațiilor unui astfel de multimetru se poate afla numai studiind manualul de servicii aferent.

Pentru alegerea multimetrului digital potrivit trebuie să evaluaţi care sunt măsurătorile de bază pe care le veți efectua şi care sunt cerinţele de bază ale activităţii pe care o desfășurați, iar în cele din urmă aruncaţi o privire asupra caracteristicilor și funcţiilor speciale integrate în multe dintre multimetre. Gândiţi-vă dacă trebuie să faceţi măsurători de bază sau dacă aveţi nevoie de opţiunile de depanare mai avansate oferite de caracteristicile speciale.

Un multimetru digital ar trebui ales dacă printre caracteristicile sale are autoscalare. Autoscalarea dă unui multimetru multă flexibilitate și permite să lucrezi pe o gamă largă de tensiuni, cu mare sensibilitate. Lucrul cu curenți mici te ajută la detectarea unor defecțiuni ale sistemelor de cablare, la calculatoare și multe altele.

Trebuie să analizați cu atenție:

  • Mediul de lucru, caracterizat prin tipurile de echipamente și de măsurători, aplicațiile folosite și nivelul tensiuniilor întrebuințate;
  • Caracteristicile și funcțiile speciale necesare, cum ar fi capacitatea electrică, frecvența curenților, temperaturile componentelor, măsurarea tensiunii fără contact, modul de impedanță joasă, înregistrări de minim și maxim sau stabilirea tendințelor;
  • Rezoluția impulsurilor și precizia de măsurătoare.

Prețul multimetrului digital

Un multimetru digital de calitate poate avea prețul cuprins între câteva sute și câteva mii de lei, în funcție de caracteristicile și de brandul achiziționat. Un multimetru digital de ultimă generație, de la un brand de top ajunge să coste peste 2000 de lei.

Actual, oferta pieții este foarte variată, provenind de la diverși producători, cu caracteristici și prețuri diferite. Ca la oricare din produs, și la multimetrele digitale, brandul este o garanție a calității. Un multimetru digital de la un producător renumit te va ajuta în scopul urmărit fără să fii de profesie electrician, mecanic sau tehnician. Totuși, dacă nu ești electrician profesionist, nu are sens  să alegi un model care să coste mai mult de 300 lei într-o primă fază.

Brandul multimetrului digital

Există foarte multe branduri care oferă multimetre digitale, o mulțime foarte importantă produc echipament de foarte bună calitate. Adafruit este unul dintre brandurile de renume internațional care produc multimetre digital performante.

Luând în calcul toți factorii de mai sus, pe piață există disponibile foarte multe multimetre digitale de calitate. O atentă cercetare, care va bifa toate caracteristicile și cerințele de care ai nevoie, stabilind un buget decent, poate duce la o alegere bună. Foarte important este achiziționarea nu numai a multimetrului digital cu funcții standard și autoscalare, ci a unuia care să dețină toate funcțiile speciale pe care le căutăm.

De #RoboFunBlackFriday pasiunea ta prinde viață!

BLOG_robofun

V-am obișnuit deja că vinerea este #RoboFunFriday pentru toți pasionații de robotică din comunitatea RoboFun. Dar weekend-ul acesta aduce și alte vești bune pentru (robo)fanii noștri. Vine Black Friday, iar noi la RoboFun știm că pasiunea ta pentru robotică nu este despre reduceri, ci este despre informație de calitate ca tu să devii pe zi ce trece mai bun și să creezi roboței din ce în ce mai isteți.

Prin urmare, surpriza noastră pentru tine de #RoboFunBlackFriday este special gândită ca tu să treci la următorul nivel. Orice comandă  plasată în perioada vineri, 16 noiembrie, ora 0:00 și duminică, 18 noiembrie, ora 23:59 va primi complet gratuit o carte tipărită la alegere dintre Zece Proiecte cu Arduino, Zece Proiecte Internet Of Things și Arduino pentru Începători.

Regulamentul promotiei #RoboFunBlackFriday

      • Pentru orice comandă plasată pe www.Robofun.ro în perioada 16 noiembrie ora 0:00 și 18 noiembrie ora 23:59 vei primi gratuit o carte la alegere dintre cele 3 cărți care participă la această promoție, și anume, Zece Proiecte cu Arduino, Zece Proiecte Internet Of Things și Arduino pentru Începători. Promoția este valabilă indiferent de valoarea comenzii pe care o plasezi în acest interval;
      • Pentru a alege una dintre cele 3 cărți este necesar să specifici în câmpul “Comentarii comandă” ce carte dorești dintre cele 3 de mai sus care participă la promoție. Dacă nu vei completa câmpul respectiv, vei primi o carte aleasă aleatoriu de către noi dintre cele 3
      • Maxim o carte pentru fiecare client.
      • Se aplica pentru comenzile mai mari 30 de RON.

Competitie de Roboti Lego la SCiKiDS Festivalul Stiintei 2018

Competitie roboti Lego

Pentru ca esti interesat de roboti si de SCIKiDS Festivalul Stiintei, vrem sa te anuntam ca am deschis inscrierile pentru competitia de roboti de anul acesta.
Competitia de roboti SCIKiDS se desfasoara pe 20 si 21 octombrie 2018, la Mega Mall, si curprinde doua probe:
LINE FOLLOWER LEGO
MINI SUMO LEGO
Pentru a participa la competitia cu premii de la RoboFun, trebuie doar sa completezi un formular online.
Detalii si inscrieri gasesti aici: http://scikids.ro/scikids-fest/scikids-festivalul-stiintei-editia-a-vi-a-2018/concurs-roboti-2018/
Te asteptam,

Sistem de monitorizare a unui UPS

Dispozitivele de tip UPS (Uninterruptible Power Supply) asigură protecție pentru sistemele electronice împotriva variațiilor de tensiune ale rețelelor de alimentare și împotriva căderilor de tensiune permițând funcționarea continuă. În cazul căderilor de tensiune de scurtă durată sistemele nu își vor întrerupe funcționarea dar în cazul căderilor de mai mare durată sistemele electronice, mai ales sistemele de calcul și dispozitivele de stocare a datelor, trebuie închise în siguranță fără a exista pericolul defectării sau pierderilor de date. Procesul de închidere controlat se poate face de către utilizator, dacă este prezent, sau în mod automat dacă sistemul UPS are capabilitatea de a semnaliza căderea tensiunii de alimentare. În cadrul materialului de față ne propunem să prezentăm implementarea unui sistem de monitorizare a funcționării unui dispozitiv UPS care să permită închiderea automată, în siguranță, a sistemelor de calcul.

Pentru implementare vom utiliza o placă de dezvoltare Raspberry Pi Zero W (se poate utiliza și o placă Raspberry Pi 3) ce va comunica cu dispozitivul UPS printr-o conexiune USB. Se pot monitoriza orice dispozitive UPS care au facilitatea de raportare printr-o astfel de conexiune. În teste s-a utilizat un dispozitiv UPS APC Back-UPS ES550. Pentru conectarea la placa Raspberry Pi Zero W este necesar un adaptor OTG USB.

2

Ca sistem de operare pentru placa de dezvoltare Raspberry Pi Zero W a fost folosită versiunea Lite a sistemului de operare Raspbian, mai exact Raspbian Stretch Lite 2018-06-27. După copierea imaginii pe cardul microSD se recomandă configurarea pentru accesul la distanță înainte de pornirea plăcii de dezvoltare, a se vedea și „Raspberry Pi Zero Headless Quick Start”:

  • Se creează un fișier gol cu numele ssh pentru a activa conectarea de la distanță;
  • Se creează un fișier conf pentru conectarea la rețea cu următorul conținut:

    ctrl_interface=DIR=/var/run/wpa_supplicant

   GROUP=netdev

   update_config=1

   network={

        ssid=”YOURSSID”

        psk=”YOURPASSWORD”

        scan_ssid=1

    }

După pornirea sistemului și conectarea UPS-ului la placa de dezvoltare putem verifica conexiunea cu ajutorul comenzii:

# lsusb

3

Dacă totul este în regulă vom trece la instalarea pachetelor necesare supravegherii dispozitivului UPS:

# sudo apt-get update

# sudo apt-get upgrade (recomandat)

# sudo apt-get install apcupsd

Pentru mai multe informații asupra programului APC UPS Daemon puteți consulta manualul oficial. Înainte de utilizare trebuie să efectuăm câteva modificări în fișierul de configurare /etc/apcupsd/apcupsd.conf:

UPSNAME MyAPC

UPSCABLE usb

USBTYPE usb

DEVICE

și în fișierul /etc/default/apcupsd:

ISCONFIGURED=yes

Finalmente putem repornim serviciul:

# sudo apcupsd restart

Testarea comunicației cu dispozitivul UPS se va face cu ajutorul comenzii:

# apcaccess status

4

Supravegherea se poate face și prin intermediul unei interfețe web. Pentru acest lucru vom instala serverul web apache și componenta cgi a APC UPS Daemon:

# sudo apt-get install apache2 apcupsd-cgi

Pentru a activa execuția fișierelor cgi la nivel de server web este necesară realizarea unei legături simbolice la nivelul fișierelor de configurare apache:

# cd /etc/apache2/mods-enabled

# sudo ln -s ../mods-available/cgi.load

# sudo /etc/init.d/apache2 restart

Interfața web poate fi accesată la adresa:

http://YOUR_RPi_IP/cgi-bin/apcupsd/multimon.cgi

5

6

În fișierul de configurare /etc/apcupsd/apcupsd.conf putem personaliza diverși parametrii (precum procentul din baterie la care sistemul să se oprească automat, timpul de funcționare pe baterie):

ONBATTERYDELAY 6

BATTERYLEVEL 5

MINUTES 3

În mod implicit la apariția evenimentelor de cădere a alimentării și la revenirea alimentării serviciul APC UPS Daemon rulează scripturile /etc/apcupsd/onbattery și /etc/apcupsd/offbattery. Acestea pot fi personalizate pentru a efectua diverse operații dorite (să trimită email, să oprească automat alte sisteme de calcul etc.).

Pentru mai multe informații puteți consulta și proiectele:

Și ca o alternativă la software-ul de monitorizare:

Sistemul de monitorizare este capabil să comande oprirea în siguranță a mai multor sisteme de calcul inclusiv sisteme ce rulează sisteme de operare Microsoft Windows – a se vede materialul: „How to Remotely Shut Down or Restart Windows PCs”.

Router WiFi GSM utilizând Raspberry PI Zero W

Plăcile de dezvoltare Raspberry PI sunt cunoscute pentru ușurința cu care se poate implementa un router / gateway TCP/IP grație sistemului de operare Linux ce rulează pe aceste plăci. Placa Raspberry PI 3 ce integrează o interfață de rețea WiFi (pe lângă interfața ethernet clasică) poate sta la baza unui AP WiFi printr-o configurare foarte simplă (a se vedea „Cum putem utiliza placa Raspberry Pi ca Access Point WiFi?”). Chiar dacă implementarea unor astfel de dispozitive (router, gateway sau AP) poate părea la prima vedere doar un exercițiu educațional având în vedere multitudinea de dispozitive comerciale cu aceste funcționalități, realizarea unui sistem de control al comunicațiilor personalizat poate permite implementarea unor funcționalități proprii inedite și de multe ori un cost mai mic decât al dispozitivelor comerciale.

Placa de dezvoltare Raspberry PI Zero W este un membru mai nou al familiei de plăci Raspberry introducând un format mai mic al plăcii și un cost mult mai mic dar fiind limitată din punct de vedere al puterii de calcul și al memorie și neavând interfață de rețea ethernet (doar WiFi). La prima vedere această placă nu am putea să o utilizăm la implementarea unui sistem de tip router având o singură interfață de rețea. Având în vedere dimensiunea, costul și consumul mult mai mici decât al unei plăci Raspberry PI 3 este totuși o alegere foarte bună pentru implementarea unui router WiFi GSM. Pentru aceste lucru avem nevoie de un modem USB GSM (în cadrul testelor s-a utilizat un modem Huawei E3131 dar se poate utiliza orice modem USB GSM, de exemplu). Conectarea modemului la placa de dezvoltare necesită un adaptor microUSB – USB. Bineînțeles, pentru funcționarea sistemului sunt necesare un card microSD pentru sistemul de operare și un alimentator de 5V, 1A.

Punerea în funcțiune a unei plăci Raspberry PI Zero este o provocare din cauza numărului mic de porturi USB. Recomandăm utilizarea unui cablu serial de debug pentru a interacționa mai ușor cu placa de dezvoltare (a se vedea și materialul „Raspberry Pi Zero Headless Quick Start”). Ca sistem de operare vom utiliza Raspbian Lite pentru a nu încărca procesorul plăcii de dezvoltare cu servicii și pachete software inutile (testele au fost realizate utilizând versiunea 2018-03-13-raspbian-stretch-lite).

Chiar dacă în final conexiunea la Internet a sistemului se va face prin intermediul conexiunii modemului USB GSM, pentru a instala pachetele necesare este nevoie să activăm temporar conexiunea WiFi a plăcii de dezvoltare pentru acces la Internet. Astfel în fișierul /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf vom adăuga liniile cu datele de acces la rețeaua WiFi locală (aceste linii vor fi șterse după realizarea configurării de AP):

network={

 ssid=”…”

 psk=”…”

}

Configurarea WiFi se poate face și la nivel card de memorie înainte de prima pornire a sistemului – a se vedea materialul: „Manually setting up Pi WiFi using wpa_supplicant.conf”.

După repornirea sistemului vom instala update-urile sistemului de operare:

# sudo apt-get update

# sudo apt-get upgrade

și pachetele necesare necesare comunicației cu modemul GSM:

# sudo apt-get install ppp usb-modeswitch usb-modeswitch-data

După conectarea fizică a modemului și o nouă repornire a sistemului putem configura legătura de date GSM. În fișierul /etc/network/interfaces se vor adăuga următoarele linii:

auto gprs

iface gprs inet ppp

provider gprs

Ulterior vom crea fișierul gprs în directorul /etc/ppp/peers cu următorul conținut (cartela SIM utilizată nu avea activat codul PIN):

connect “/usr/sbin/chat -v -f /etc/chatscripts/gprs -T em”

/dev/ttyUSB0

noipdefault

defaultroute

replacedefaultroute

hide-password

noauth

persist

usepeerdns

După o nouă restartare conexiunea de date GSM va deveni funcțională și putem șterge configurația din fișierul /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf și putem trece la configurația AP. Vom instala pachetele software necesare managementului clienților WiFi:

# sudo apt-get update

# sudo apt-get install dnsmasq hostapd

și vom opri pentru moment serviciile până după configurarea corectă a acestora:

# sudo systemctl stop dnsmasq

# sudo systemctl stop hostapd

Interfața de rețea WiFi va avea în configurația de AP adresă IP statică deci vom configura acest lucru în serviciul DHCP (fișierul /etc/dhcpcd.conf):

interface wlan0

    static ip_address=192.168.66.1/24

și vom reporni serviciul:

# sudo service dhcpcd restart

Având în vedere că funcționalitatea de AP necesită oferirea clienților WiFi de configurații dinamice de rețea este necesară configurarea serverului DHCP (dnsmasq). Vom crea un nou fișier de configurare:

# sudo mv /etc/dnsmasq.conf /etc/dnsmasq.conf.orig 

# sudo nano /etc/dnsmasq.conf

în care vom indica plaja de adrese IP oferite clienților WiFi:

interface=wlan0   

  dhcp-range=192.168.66.2,192.168.66.20,255.255.255.0,24h

În fișierul serviciului de management AP (/etc/hostapd/hostapd.conf) vom introduce următoarea configurație (personalizând, bineînțeles, datele de conectare la AP):

interface=wlan0

driver=nl80211

ssid=…

hw_mode=g

channel=7

wmm_enabled=0

macaddr_acl=0

auth_algs=1

ignore_broadcast_ssid=0

wpa=2

wpa_passphrase=…

wpa_key_mgmt=WPA-PSK

wpa_pairwise=TKIP

rsn_pairwise=CCMP

și vom referi fișierul în fișierul de configurare principal al serviciului hostapd (/etc/default/hostapd):

DAEMON_CONF=”/etc/hostapd/hostapd.conf”

După aceste configurări putem porni cele două servicii:

# sudo systemctl start hostapd

# sudo systemctl start dnsmasq

Pentru ca sistemul să retransmită pachetele din rețeaua WiFi în rețeua Internet este necesar să achivăm rutarea pachetelor TCP/IP – în fișierul /etc/sysctl.conf vom decomenta următoarea linie:

net.ipv4.ip_forward=1

Ultimul pas este configurarea serviciului de filtrare a pachetelor (iptables). Vom adăuga și salva o regulă de MASQUERADE:

sudo iptables -t nat -A  POSTROUTING -o ppp0 -j MASQUERADE

sudo sh -c “iptables-save > /etc/iptables.ipv4.nat”

și o vom executa la fiecare repornire a sistemului prin adăugarea următoarei linii în fișierul /etc/rc.local înainte de linia exit 0:

iptables-restore < /etc/iptables.ipv4.nat

După o ultimă repornire routerul WiFi GSM este funcțional.

Repetor WiFi cu legătură GSM de siguranță

Dispozitivele de tip repetor au ca principal scop extinderea acoperirii semnalului pentru o rețea radio. Repetoarele WiFi extind acoperirea unei rețele WiFi astfel încât să nu fie necesară instalarea și managementul mai multor dispozitive de tip AP. În cadrul materialului de față vă propunem implementarea unui dispozitiv repetor WiFi cu o funcționalitate suplimentară față de un repetor standard: dirijarea traficului pe o conexiune de date GSM în cazul în care conexiunea WiFi se întrerupe. Astfel, sistemul se va comporta ca un repetor WiFi în mod obișnuit dar se va transforma într-un router WiFi GSM în cazul în care conexiunea principală are probleme (a se vedea și materialul „Router WiFi GSM utilizând LinkIt Smart 7688”).

Pentru implementare vom utiliza o placă de dezvoltare LinkIt Smart 7688 bazată pe circuitul SoC MediaTek MT7688AN și care rulează distribuția Linux OpenWRT. Această placă de dezvoltare oferă, la un preț redus, toate facilitățile de routare, filtrare și control al traficului TCP/IP oferite de sistemele de operare Linux. Pentru mai multe detalii legate de funcționarea și utilizarea plăcii de dezvoltare LinkIt Smart 7688 puteți consulta wiki-ul oficial. Pentru conexiunea de date GSM vom utiliza un modem USB GSM 3G. Conectarea modemului USB la placa de dezvoltare necesită un adaptor microUSB – USB. Alimentarea sistemului se va face la 5V, minim 500mA – preferabil 1A (orice încărcător de mobil de 1A și mufă microUSB e bun).

2

Placa de dezvoltare LinkIt Smart 7688 oferă posibilitatea de funcționare în mod repetor începând cu versiunea 0.9.4 de firmware. Nu vom utiliza modalitatea de configurare oferită de interfața web, configurarea inițială va fi de Station mode (client WiFi) deoarece vom avea nevoie de conexiunea Internet pentru a instala câteva pachete software suplimentare.

3

După configurarea și repornirea plăcii ne putem conecta la aceasta prin SSH (utilizând PUTTY de exemplu). IP-ul de conectare depinde de rețeaua locală. Vom rula următoarele comenzi pentru instalarea pachetelor software necesare configurării conexiunii de date GSM:

# opkg update

# opkg install comgt kmod-usb-serial kmod-usb-serial-option kmod-usb-serial-wwan usb-modeswitch usbtools

Eventual putem instala și un editor de text suplimentar dacă nu ne place vi :

# opkg install nano

Sistemul va avea două configurații diferite de rețea între care va comuta în cazul întreruperii / restaurării conexiunii WiFi principale. Vom crea în directorul /root două directoare config_wifi și config_3g și în fiecare vom crea 3 fișiere de configurare: firewall, network și wireless (se pot copia din /etc/config pentru a nu le tasta de la zero).

Fișierul network – varianta wifi – nu definește nici o interfață utilizată în funcționalitatea de repetor.

config interface ‘loopback’

option ifname ‘lo’

option proto ‘static’

option ipaddr ‘127.0.0.1’

option netmask ‘255.0.0.0’

config globals ‘globals’

option ula_prefix ‘fdea:6296:e400::/48’

config interface ‘lan’

option force_link ‘1’

option macaddr ‘9c:65:f9:1e:69:77’

option proto ‘static’

option netmask ‘255.255.255.0’

option ip6assign ’60’

option ipaddr ‘192.168.100.1’

option delegate ‘0’

option ifname ‘ra0’

config switch

option name ‘switch0’

option reset ‘1’

option enable_vlan ‘0’

config interface ‘wan’

option proto ‘dhcp’

Fișierul network – varianta 3G – va arăta identic dar va avea în plus definiția interfeței de comunicație GSM (se va adăuga la sfârșitul fișierului anterior). APN-ul și codul pin se vor personaliza în funcție de cartela SIM GSM.

config interface ‘gsm’

option proto ‘3g’

option device ‘/dev/ttyUSB0’

option service ‘umts’

option apn ‘net’

option pincode ‘0000’

Fișierul wireless – varianta WiFi – va defini funcționarea în mod mixt AP+STA. În fișier trebuie personalizate datele de acces la rețeaua WiFi (secțiunea STA) și datele de conectare la repetor (secțiunea AP) – pot fi identice, repetorul poate oferi acces cu aceleași credențiale ca și rețeaua WiFi originală.

config wifi-device ‘radio0’

option type ‘ralink’

option variant ‘mt7628’

option country ‘TW’

option hwmode ’11g’

option htmode ‘HT40’

option channel ‘auto’

option disabled ‘0’

option linkit_mode ‘apsta’

config wifi-iface ‘ap’

option device ‘radio0’

option mode ‘ap’

option network ‘lan’

option ifname ‘ra0’

option encryption ‘psk2’

option seq ‘1’

option ssid ‘xxxxxx’

option key ‘xxxxxx’

config wifi-iface ‘sta’

option device ‘radio0’

option mode ‘sta’

option network ‘wan’

option ifname ‘apcli0’

option led ‘mediatek:orange:wifi’

option ssid ‘xxxxx’

option key ‘xxxxx’

option encryption ‘psk2’

Fișierul wireless – varianta 3G  – va defini funcționarea doar în mod AP. În cazul în care definim aceleași credențiale ca și AP-ul principal, sistemul va suplini conexiunea WiFi și pentru clienții direcți ai AP-ului principal în cazul întreruperii conexiunii principale.

config wifi-device ‘radio0’

option type ‘ralink’

option variant ‘mt7628’

option country ‘TW’

option hwmode ’11g’

option htmode ‘HT40’

option channel ‘auto’

option disabled ‘0’

option linkit_mode ‘ap’

config wifi-iface ‘ap’

option device ‘radio0’

option mode ‘ap’

option network ‘lan’

option ifname ‘ra0’

option encryption ‘psk2’

option seq ‘1’

option ssid ‘xxxxxx’

option key ‘xxxxxx’

Fișierul firewall – variantele WiFi și 3G diferă de fișierul original din /etc/config doar prin linia option network a secțiunii wan.

———————————- WiFi ——————————-

config zone

option name ‘wan’

option network ‘wan wan6’

option output ‘ACCEPT’

option forward ‘REJECT’

option masq ‘1’

option mtu_fix ‘1’

option input ‘ACCEPT’

———————————- 3G ——————————-

config zone

option name ‘wan’

option network ‘gsm’

option output ‘ACCEPT’

option forward ‘REJECT’

option masq ‘1’

option mtu_fix ‘1’

option input ‘ACCEPT’

Scripturile care vor face comutarea între cele două configurații de rețea (între cele două funcționalități ale sistemului) se vor crea în directorul /root sub denumirile: switch și normal (nu uitați să dați drepturi de execuție pe cele două fișiere # chmod +x …). Fișierul switch va face comutarea pe conexiunea GSM în cazul în sistemul nu are conexiune la Internet:

#!/bin/ash

ping -q -c 1 -W 10 8.8.8.8 > /dev/null

if [ $? -ne 0 ]

then

cp -f /root/config_3g/network /etc/config/network

cp -f /root/config_3g/firewall

/etc/config/firewall

cp -f /root/config_3g/wireless

/etc/config/wireless

/etc/init.d/network restart

fi

Scriptul normal va verifica dacă este în modul GSM (prin verificarea conexiunii cu AP-ul principal – scriptul trebuie personalizat cu adresa IP a AP-ului principal) și va reîncerca reintrarea în mod repetor WiFi:

#!/bin/ash

ping -q -c 1 -W 10 XXX.XXX.XXX.XXX > /dev/null

if [ $? -ne 0 ]

then

cp -f /root/config_wifi/network

/etc/config/network

cp -f /root/config_wifi/firewall

/etc/config/firewall

cp -f /root/config_wifi/wireless

/etc/config/wireless

/etc/init.d/network restart

fi

Ambele scripturi vor fi rulate în mod automat de serviciul cron al sistemului de operare. Frecevența de execuție stă la latitudinea utilizatorului, testele au fost realizate cu o frecvență de o dată pe oră (la fix scriptul switch, la și jumătate scriptul normal), conținutul fișierului /etc/crontabs/root fiind:

00 * * * * /root/switch

30 * * * * /root/normal

Sistemul prezentat poate fi folosit în diverse scenarii, de exemplu:

  • Într-o locuință de dimensiuni mari pentru a extinde semnalul WiFi în toate camerele și pentru a oferi o conexiune de siguranță la Internet pentru cazurile de întrerupere a conexiunii principale. În acest caz credențialele de acces pot fi comune între AP-ul principal și repetor.
  • Pentru o rețea de senzori WiFi se poate oferi o rețea WiFi dedicată, eventual o zonă de acoperire specială utilizând o antenă direcțională, și care are legătură la Internet redundantă (ISP / GSM) având în vedere un posibil caracter critic a funcționalității.