GPRS Shield V2.0

note

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https://github.com/Seeed-Studio/wiki-documents/issues

GPRSシールドを使用して、ArduinoをGSM/GPRS携帯電話ネットワークに接続しましょう！Arduino/Seeeduinoやその他のメインボードを使用して、簡単なATコマンドを介して電話をかけたり、友人にテキストメッセージを送信したりできます。この新しいバージョンでは、クアッドバンド低消費電力GSM/GPRSモジュールSIM900とコンパクトなPCBアンテナを搭載しています。同時に、インターフェースと基本回路の改善が行われ、より簡潔で信頼性の高いものになっています。また、GPRSシールドとメインボード間の通信には、UARTまたはSoftwareSerialの2つの選択肢があります。

バージョン

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リビジョン	説明	リリース日
v0.9b	初回公開リリース（ベータ版）	2011年3月3日
v1.2	SIM90の電源オン/オフ用ソフトウェアポートを追加	2011年12月2日
v1.4	電源回路を再設計し、PCBレイアウトを再配置	2012年8月30日
v2.0	クアッドバンド対応とPCBアンテナの再設計	2013年2月3日
v3.0	Arduinoソケットを最新のArduino Uno標準に変更	2015年3月20日

V2.0と以前のバージョンの違いは何ですか？

• 外観の変更

  • V2.0は標準的なシールドの形状と保護シェルを採用しています。
  • ダックアンテナはコンパクトなPCBアンテナに置き換えられました。
  • マイクとイヤホンのインターフェースは、V2.0では2-in-1ヘッドセットジャックに置き換えられました。

• 電源回路の変更

  • 元のLDO回路をDC-DC回路に置き換えました。これにより、放熱が低下し、効率が80%以上に向上しました。同時に、V1.0のEXT_PWRジャックは削除されました。V2.0は追加の5VアダプターなしでArduinoから直接電流を引き出すことができます。

• ソフトスタート回路

  • 新しいバージョンではソフトスタート回路が追加され、シールドがオンになる瞬間の電力ショックを緩和し、予期しないリセット問題を防ぎます。

• アンテナの改良

  • SIM900の最大送信電力は30dBm（1W）ですが、V1.0の出力電力はわずか0.4Wでした。この新しいバージョンでは送信電力が29dBm以上（0.8W+）に引き上げられ、より信頼性の高い堅固な信号伝送を提供します。

仕様

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項目	値
対応	Arduino UNO/Seeeduinoに直接対応；その他のメインボードはジャンパー経由で対応
選択可能なインターフェース	UART、ソフトウェアシリアル
クアッドバンド対応	850/900/1800/1900MHz
通信対応	標準 - GSM 07.07 & 07.05、および拡張 - SIMCOM ATコマンド
動作温度	-40°C ～ +85°C
プロトコル対応	0710 MUXプロトコル、組み込みTCP/UDPプロトコル、FTP/HTTP、FOTA、MMS、組み込みAT
SIM900の認証	CE、IC、FCC、ROHS、PTCRB、GCF、ICASA、REACH、AT&T
寸法	68.58 * 53.34mm
電源供給	5Vピン経由で5V、Vinピン経由で6.5～12V

注意事項

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• SIMカードがアクティブ化されていることを確認してください。
• GPRS ShieldにはESD（静電気放電）対策がありません。乾燥した天候で取り扱う際は特に注意してください。

ハードウェア概要

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• GPRS ShieldのUARTの工場出荷時のデフォルト設定は19200 bps 8-N-1です。（ATコマンドを使用して変更可能）

• シリアルポート選択

  • SWserialまたはHWserialの位置にジャンパーを差し込むことで、GPRS Shieldとメインボード間の通信方法を選択できます。SWserialを使用する場合、D7とD8がGPRS ShieldのSIM900によって使用されます。HWserialを使用する場合、D0（RX）とD1（TX）が使用されます。

    

• D9による電源オン/オフ

  • JPパッドはデフォルトで未ハンダ付けです。ソフトウェアでGPRS Shieldの電源をオン/オフしたい場合はハンダ付けしてください。D9を高レベルに設定すると、ボタンが押されている状態を意味します。JPパッドはISPポートの横にあります。

• SIM900のブレークアウト

  • SIM900のいくつかのピンがISPポートの横にブレークアウトされています。これらにはLINEIN_R、LINEIN_L、ADC、PWM1、PWM2、GPIO1～GPIO6、GND、FW_update（DISP_CLK、DISP_DATA、DISP_D/C、DISP_CS）、RI、DCD、DSR、CTS、VDD_EXT、LDTR、LRTSが含まれます。これらのピンはSIM900から直接出力され、設定はありません。

  

• RTCバッテリーホルダー

  • CR1220バッテリーからSIM900のVRTCに3Vを供給できます。

• 電源

  • 元のLDO回路をDC-DC回路（TD1410）に置き換えました。熱放散が低下し、効率が80%以上に向上しました。同時に、出力は最大4.15V/2Aまで可能です。また、電源入力には以下の2種類があります：
    • 5Vピン：新バージョンではソフトスタート回路が追加され、シールドがオンになる瞬間の電力ショックを緩和し、予期しないリセット問題を防ぎます。詳細な変更点については、関連読書：バージョンを参照してください。
    • Vinピン：入力電圧範囲は6.5V～12Vです。

• アンテナ

  • アンテナコネクタのタイプはIPEXで、SIM900の最大送信電力は30dBm（1W）です。詳細についてはアンテナ仕様を参照してください。

• LEDステータス説明

  **LED**	**ステータス**	**機能**
  電源オンインジケーター（緑）	オフ	GPRS Shieldの電源がオフ
  	オン	GPRS Shieldの電源がオン
  ステータスインジケーター（赤）	オフ	電源オフ
  	オン	電源オン
  ネットインジケーター（緑）	オフ	SIM900が動作していない
  	64msオン/800msオフ	SIM900がネットワークを見つけていない
  	64msオン/3000msオフ	SIM900がネットワークを見つけた
  	64msオン/300msオフ	GPRS通信中

はじめに

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ATコマンドで楽しむ

GPRS Shieldを受け取ったら、最初に何をしたいですか？テキストメッセージ（SMS）を送信しますか？それとも誰かに電話をかけますか（ヘッドセットが必要です）？これらすべてを、GPRS ShieldにATコマンドを送ることで実現できます。ATコマンドは、GPRS Shieldが理解する特別な言語です。

ATコマンドは、GPRSモデムに対してそのシリアルインターフェース（UART）を介して送信される簡単なテキストコマンドです。そのため、任意のシリアルターミナルソフトウェアを使用して通信することができます。

ハードウェアのインストール

• アクティブ化されたSIMカードをSIMカードホルダーに挿入する - SIMカード用の6ピンホルダー。SIM900は1.8ボルトと3.0ボルトのSIMカードの両方をサポートしており、SIMカードの電圧タイプは自動的に検出されます。

  • SIMカードをホルダーに挿入します。
  • SIMカードホルダーをロックします。

• アンテナパッドが正しく固定されていることを確認する

  

• 通信ポートの設定 GPRS Shieldは、Arduinoのハードウェアシリアルポートまたはソフトウェアシリアルポートを介して制御できます。ここではデフォルトとしてソフトウェアシリアルポートを使用します。以下のようにジャンパーキャップを挿入して選択してください。

• Arduinoに接続する - GPRS Shieldは、他のよく設計されたシールドと同様にスタッカブルです。

• Arduinoを電源オンする - USBケーブルまたはDCジャックでArduinoを電源オンします。接続されると、電源オンインジケーターLEDが点灯します。

ソフトウェア

ATコマンドを使ってGPRS Shieldを操作して楽しみましょう。

GPRS Shieldには、GSMネットワークを介してデータを送信するために必要なすべてのアクセサリが付属しています。ただし、ArduinoボードとGSM SIMカードは別途必要です。音声通話を行いたい場合は、マイク付きヘッドセットも必要です。

ステップ1: GPRS Shieldのテストセットアップを作成する

note

ほとんどのATコマンドはキャリッジリターンを付けて送信する必要があり、シリアルポートターミナルで「+CR」オプションを選択する必要があります。

ATコマンドを実験するには、GPRS Shieldを電源オンして通信する方法が必要です。以下に説明するArduino Duemilanoveボードを使用するのが最適です。同じ手順はSeeeduinoやSeeeduino Stalkerにも適用されます。

• 前述のハードウェアインストール手順に従ってハードウェアシステムをセットアップします。
• GPRS ShieldのGPRS_TX & GPRS_RXジャンパーがSWSerial位置に取り付けられていることを確認します。これにより、GPRS_TXがD7（RX）に、GPRS_RXがD8（TX）に接続されます。
• Arduino Duemilanove（またはSeeeduino）をUSBケーブルでコンピュータに接続します。
• DuemilanoveボードのATmega328Pマイクロコントローラーには、PCとの通信に使用される1つのUARTしかありません。必要なのは、ATmega328P内でソフトウェアシリアルを使用してデジタルピンD8とD7で第2のシリアルポート（UART）をエミュレートするArduinoスケッチです。すべての通信はソフトウェアシリアルポートと実際のハードウェアシリアルポートを介して行われます。この方法により、コンピュータ（実際のハードウェアUARTに接続）からのすべてのデータがGPRS Shield（ソフトウェアUARTに接続）にルーティングされます。これにより、ATコマンドを発行してGPRS Shieldを制御できるようになります。このスキームを示すブロック図は以下の通りです。

このようなプログラムを開発するには、SoftwareSerialライブラリを使用する必要があります。以下はデモコードです。

//シリアルリレー - ArduinoはコンピュータとGPRS Shieldの間に
//19200 bps 8-N-1のシリアルリンクをパッチします。
//コンピュータはハードウェアUARTに接続されています。
//GPRS ShieldはソフトウェアUARTに接続されています。

#include <SoftwareSerial.h>

SoftwareSerial GPRS(7, 8);
unsigned char buffer[64]; // シリアルポート経由で受信するデータ用のバッファ配列
int count=0;     // バッファ配列のカウンター
void setup()
{
    GPRS.begin(19200);               // GPRSのボーレート
    Serial.begin(19200);             // Arduinoのシリアルポートのボーレート

}

void loop()
{
    if (GPRS.available())              // ソフトウェアシリアルポートからデータが来ている場合 ==> GPRS Shieldからデータが来ている
    {
        while(GPRS.available())          // データを文字配列に読み込む
        {
            buffer[count++]=GPRS.read();     // 配列にデータを書き込む
            if(count == 64)break;
        }
        Serial.write(buffer,count);            // データ送信が終了した場合、バッファをハードウェアシリアルポートに書き込む
        clearBufferArray();              // 配列に保存されたデータをクリアするためにclearBufferArray関数を呼び出す
        count = 0;                       // whileループのカウンターをゼロに設定


    }
    if (Serial.available())            // ハードウェアシリアルポートにデータがある場合 ==> PCまたはノートブックからデータが来ている
    GPRS.write(Serial.read());       // GPRS Shieldに書き込む
}
void clearBufferArray()              // バッファ配列をクリアする関数
{
    for (int i=0; i<count;i++)
    { buffer[i]=NULL;}                  // 配列のすべてのインデックスをNULLでクリア
}

• スケッチをArduinoボードにアップロードします。コードのアップロード方法がわからない場合は、こちらの手順を参照してください。
• シリアルツールがない場合は、シリアルツールをダウンロードして起動してください。Arduinoの正しいCOMポートを選択し、19200 8-N-1で動作するように設定してから「Open COM」をクリックします。また、AT Command Testerを使用してATコマンドを送信することもできます。興味がある場合はこちらをクリックしてください。
• 約2秒間電源ボタンを押してSIM900を電源オンします。赤いLEDが点灯し、その隣の緑のLEDが点滅します。シールドがネットワークに正常に接続されると、緑のLEDが3秒ごとに点滅します。
• SIM900がネットワークに接続したことを通知するメッセージがシリアルモニターに表示されるはずです。

RDY

+CFUN: 1

+CPIN: READY

Call Ready

シリアルモニターでメッセージが表示されない場合は、「send new」オプションをクリックして、ATコマンドの末尾にキャリッジリターンを追加してから、ATコマンド「AT+IPR=19200」を送信してSIM900のボーレートを設定してください。

ステップ2: テキストメッセージ（SMS）の送信

テストセットアップが準備できたので、Arduinoをプログラムする前にいくつかのATコマンドを手動で試してみましょう。まずはSMSを送信してみます。

• ステップ1で説明したセットアップを作成します。

• シリアルターミナルソフトウェアを使用して、AT+CMGF=1 を送信し、Enterキーを押します。GPRS ShieldはテキストモードとPDU（またはバイナリ）モードの2つのモードでSMSを送信できます。人間が読めるメッセージを送信したいので、テキストモードを選択します。GPRS Shieldは OK と応答します。

• 「send new」オプションをクリックして、AT+CMGS="+18888888888" を送信します。これにより、GPRS Shieldが新しいメッセージのテキストを受け入れるよう指示されます。数字は指定された電話番号を意味します（番号をターゲット電話の電話番号に置き換えてください）。GPRS Shieldは '>' を送信してメッセージを入力するよう促します。ATコマンド内の電話番号はE.123形式に従う必要があることに注意してください。

• メッセージの入力を開始し、入力が完了したら「send hex」オプションをクリックして、16進数：1A を送信します。モデムはメッセージを受け入れ、OK と応答します。数秒後、指定した番号の携帯電話にメッセージが届くはずです。「How are you ?」を送信しました。「EXT」をクリックして履歴を確認できます。コマンド履歴は「Set Multi Char」の下にリストされています。

note

上記の手順に従ってもターゲット携帯電話でメッセージを受信できない場合は、SMSメッセージセンター番号を設定する必要があるかもしれません。AT+CMGFとAT+CMGSコマンドの間に次のコマンドを送信してください：AT+CSCA="+18888888888"。指定された電話番号をGSMサービスプロバイダーのSMSセンター番号に置き換えてください。メッセージセンター番号は各サービスプロバイダー固有です。GSMサービスプロバイダーのカスタマーケアセンターに電話して番号を尋ねることで取得できます。

ステップ3: ATコマンドを使用して電話をかける

• テキスト送信から電話をかける操作に切り替える場合は、SIM900を再起動してください。
• コマンド「ATD18888888888;」（引用符なし）の電話番号をターゲット番号に置き換え、Enterキーを押して送信します。成功すると、以下の画像のように「ATH OK」というメッセージが表示されます。失敗した場合は「No CRRLIER」が表示されます。原因としては、存在しない電話番号やコマンド形式の誤りが考えられます。

ステップ4: さらに探求する

ATコマンドの使い方を理解したので、ArduinoをプログラムしてGPRS Shieldを使用してSMSを送信したり、電話をかけたり、GPRS接続を介してデータを送信したりするスケッチを作成する前に、他のコマンドを試してみてください。

これには、ATコマンドの同じシーケンスをシリアルポート経由でGPRS Shieldに送信して、SMS送信、電話発信、またはGPRS接続を介したデータ送信のタスクを実行するスケッチを作成することが含まれます。

ATコマンドリファレンスマニュアルを参照してコマンドのシーケンスを確認できます。Arduinoスケッチを開発し、GPRS Shieldが期待通りに動作しない場合は、ATコマンドとそのシーケンスを確認する必要があります。そのためには、開始セクションに添付されているシリアルリレースケッチをATmega328Pに再ロードし、ATコマンドを手動で入力して出力を確認してください。GPRS Shieldから返される応答は、ATコマンドシーケンスのデバッグに役立ちます。

note

同じタスクを実行するためのCプログラムも開発され、添付されています：Softuart relay atmega328p.zip。

プログラムはWindows PC上で開発されました。AVRStudio4がIDEとして使用され、WinAVRがコンパイラとして使用されました。ZIPファイルにはAVRStudio4プロジェクトが含まれています。Cコンパイラ（WinAVR）はIntel Hex（.hex）を生成します。この.hexファイルをArduino IDE外でArduinoボードにアップロードするには、Arduinoボードのブートローダーと通信できるプログラムが必要です。XLoaderは、Windows上で動作し、さまざまなコンパイラによって生成された.hexファイルをArduinoボードにアップロードできるプログラムです。

SoftwareSerialライブラリの注意事項

Arduinoでは、配布に含まれているSoftwareSerialライブラリを使用することができます（NewSoftSerialの代わりに）。ただし、ライブラリヘッダー「SoftwareSerial.h」にハードコードされた受信メッセージ用のバッファが64バイトに制限されていることに注意してください：

 define _SS_MAX_RX_BUFF 64 // RX buffer size

これは、GPRSモジュールがバッファより多くのデータを受信すると、バッファオーバーフローによってデータを失う可能性があることを意味します。たとえば、「AT+CMGR=xx」（xxはメッセージインデックス）を使用してモジュールからSMSを読み取る場合、電話番号や時間などのヘッダー情報が多くのスペースを占めるため、メッセージ部分が表示されない可能性があります。この問題を解決するには、_SS_MAX_RX_BUFF を手動でより高い値（ただしメモリをすべて使用しないように適切な値）に変更する必要があります。

Softwareserialライブラリには以下の制限があります（Arduinoページから引用）。複数のソフトウェアシリアルポートを使用する場合、同時にデータを受信できるのは1つだけです。 これにより、grove serial LCDなどの別のシリアルデバイスを追加しようとすると、コードを慎重に作成しない限り通信エラーが発生する可能性があります。

ATコマンドを使用してテキストメッセージを送信または電話番号をダイヤルする方法

この例では、Arduino スケッチを作成して、Arduino のシリアル通信ウィンドウで 't' または 'd' を入力することで、それぞれテキストメッセージを送信するか、音声通話のために電話番号をダイヤルできるようにします。

テキストメッセージ送信のための AT コマンド

SIM900 コマンドセットを見ると、テキストメッセージを送信するには、まず SMS フォーマットを設定する必要があることがわかります。これは AT+CMGF コマンドを使用します。

AT+CMGF コマンドには 2 つの値があります：0 または 1。それぞれ "PDU モード" と "テキストモード" を意味します。"テキストモード" では、SMS メッセージは読みやすいテキストとして表現されます。"PDU モード" では、SMS メッセージは 16 進文字でエンコードされたバイナリ文字列として表現されます。この例では "テキストモード" を使用するため、GPRS シールドに送信するコマンドは以下の通りです：

AT+CMGF=1\r

SMS フォーマットを設定したので、次にテキストメッセージを送信します。テキストメッセージを送信するには AT+CMGS コマンドを使用します。SIM900 AT コマンドセットによると、CMGS コマンドの形式は以下の通りです：

AT+CMGS=<da>[,<toda>]<CR>

ここで、<da> は宛先アドレス（電話番号）、<toda> はオプションの宛先アドレスタイプ、<CR> はキャリッジリターン '\r' 文字を意味します。このコマンドを送信すると、GPRS シールドは '>' 文字を返し、実際のメッセージを入力するよう促します。

note

電話番号には国番号を含める必要があります。例えば、米国の電話番号 (555)123-4567 の場合、<da> の値は +15551234567 となります。

音声通話のためのコマンド

SIM900 AT コマンドセットシートによると、音声通話のために番号をダイヤルするコマンドは "ATD+xxxxxxxxxx;" です。"xxxxxxxxxxx" は国番号を含む電話番号を意味します。セミコロンを送信することで音声通話が設定されます。セミコロンを省略すると、データまたはファックス通話が設定されます。

以下に、簡単なテキストメッセージを送信したり、音声通話をダイヤルするための Arduino コードを示します。電話番号 "xxxxxxxxxx" とメッセージ "How are you today?" を自分の値に変更するのを忘れないでください。

Arduino コード

  #include <SoftwareSerial.h>


  SoftwareSerial gprsSerial(7,8);

  void setup()
  {
    gprsSerial.begin(19200); // GPRS シールドのボーレート
    Serial.begin(19200);   
    delay(500);
  }

  void loop()
  {

    if (Serial.available()) // シリアルデータが入力された場合
     switch(Serial.read()) // 文字を読み取る
     {
       case 't': // 文字が 't' の場合
         SendTextMessage(); // テキストメッセージを送信
         break;
       case 'd': // 文字が 'd' の場合
         DialVoiceCall(); // 電話番号をダイヤル
         break;

     }

    if (gprsSerial.available()){ // シールドから出力がある場合
      Serial.write(gprsSerial.read()); // シールドの出力を表示
    }
  }

  /*
  * 名前: SendTextMessage
  * 説明: テキストメッセージを番号に送信
  */
  void SendTextMessage()
  {
    Serial.println("Sending Text...");
    gprsSerial.print("AT+CMGF=1\r"); // シールドを SMS モードに設定
    delay(100);
    // SMS メッセージを送信、電話番号には国番号を含める必要があります。例: 米国の電話番号 (540) 898-5543 の場合:
    // +15408985543
    gprsSerial.println("AT+CMGS = \"+xxxxxxxxxx\"");
    delay(100);
    gprsSerial.println("How are you today?"); // メッセージの内容
    delay(100);
    gprsSerial.print((char)26);// ctrl+z の ASCII コードは 26（データシートに従って必要）
    delay(100);
    gprsSerial.println();
    Serial.println("Text Sent.");
  }

  /*
  * 名前: DialVoiceCall()
  * 説明: 電話番号を呼び出す/ダイヤルする
  */
  void DialVoiceCall()
  {
    gprsSerial.println("ATD+xxxxxxxxxx;");// 番号をダイヤル、国番号を含める必要あり
    delay(100);
    gprsSerial.println();
  }

FAQ

以下は GPRS Shield に関するよくある質問（FAQ）です。使用前にお読みください：

• なぜ GPRS Shield は Stalker v2.1/2.0 でソフトウェアシリアルポート（D7/D8）を使用して動作しないのですか？

  Stalker v2.1/2.0 ではデジタルピン（D7/D8）が使用されています。そのため、GPRS_TX/GPRS_RX を他のデジタルピンに接続してソフトウェアシリアルポートとして使用する必要があります。この問題は Stalker 2.2 バージョンで解決されています。

• GPRS Shield を Stalker や他の Arduino ボードに組み込むと、なぜ I2C が使用できなくなるのですか？

  GPRS Shield は I2C を介して他のモジュールと競合するためです。GPRS Shield 自体は I2C ポートを使用していませんので、SIM900 の I2C ポートから A4/A5 への接続を切断することで解決できます。

関連プロジェクト

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これは GPRS Shield V2.0 を使用して作成されたデモです。

このデモでは、Arduino、GPRS Shield シールド、および他のモジュールを使用して「Arduino Phone」という携帯電話を作成しました。

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このデモでは、家庭でガス漏れが発生した際に SMS を受信することができます。

回路図オンラインビューア

リソース

• [Eagle] GPRS Shield v2.0 の回路図と PCB（Eagle フォーマット）
• [PDF] GPRS Shield v2.0 の回路図（PDF フォーマット）
• [PDF] GPRS Shield v2.0 の PCB（PDF フォーマット）
• [Library] GPRS_Shield ライブラリ（Suli ベース） - GitHub
• [Library] GPRS_SIM900 ライブラリ（非 Suli） - GitHub
• [Document] AT コマンド v1.11
• [Document] SIM900 ハードウェア設計
• [Datasheet] Si5902BDC
• [Datasheet] SIM900 データシート
• [Tools] SIM900 ファームウェアとツール（ファームウェア: 1137B08SIM900M64_ST）

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