Ringo: een doe-het-zelf handy

Ringo is een kit voor een mobiele telefoon – punt uit. Wat kunt u ermee doen? Zelf een mobiele telefoon in elkaar zetten! En waarom zou je dat doen? Natuurlijk om te zien hoe zo’n apparaat ‘in principe’ werkt.
 

Het is lastig inzicht in de hard- en software van mobiele telefoons te krijgen, aangezien ze tot de modernste technologieën behoren die de afgelopen jaren zijn ontwikkeld. Apple en Co. hebben het afgelopen decennium tenslotte honderden miljarden dollars verdiend met smartphones. Waarom zou u zelf zo’n apparaat bouwen? Word je dan een nieuwe Steve Jobs? Zeker niet. Of levert het u de kennis die je nodig hebt om zulke apparaten te hacken en hele bedrijven of netwerken over te nemen? Waarschijnlijk niet. Maar u kunt de basisfuncties van een telefoon leren begrijpen en hoe ze werken. Dat is al heel wat. Bovendien is Ringo een ideaal kerstcadeau, waar het kroost langer van kan profiteren omdat ze tijdens de montage (met een beetje hulp) veel kunnen leren. De kit, door CircuitMess “Makerphone” gedoopt, is afkomstig van een Kickstarter-project. De onderstaande video geeft u een indruk van Ringo.

Experimenten met radio

Wie ooit een Verizon CDMA-apparaat wilde ontwikkelen, moest een grote zak met geld en veel geduld hebben. En de vaak (waanzinnig ingewikkelde) certificeringsprocessen schrikten kleine bedrijven afdoende af. Gedurende de afgelopen jaren is de situatie eenvoudiger geworden doordat certificering voor LTE dergelijke meestal niet meer nodig is. Toch blijven de te gebruiken componenten problematisch. Iedereen die ooit met de (forse) eisen van een smartphone-SOC te maken heeft gehad, weet meteen dat dit een grote horde is.
 

Of men nu het onderwerp mobiele radio benadert uit pure interesse, vanwege zijn technische eigenaardigheid, of gewoon voor het plezier – de GSM-kit van CircuitMess belooft in ieder geval veel pret. Ik heb van Elektor een exemplaar gekregen; hieronder leest u mijn ervaringen.

Wat zit erin?

De basisarchitectuur bestaat uit een ESP32, die samenwerkt met een min of meer complete PCI-achtige module met een SIM800 netwerkprocessor. Dit resulteert in een zeer beperkte GSM-ondersteuning: meer dan GPRS is niet haalbaar. Helaas zullen in sommige landen 2G-netwerken in de niet al te verre toekomst worden gedeactiveerd. Maar maakt u zich geen zorgen. Niet alleen in Europa zal dit nog wel even duren, omdat 3G vanwege de slechtere spraakkwaliteit eerder zal worden uitgeschakeld (en worden vervangen door 5G), waardoor GSM in de meeste delen van de wereld nog enkele jaren voor ons beschikbaar zal blijven.

Hoe het ook zij, alleen al de verpakking is interessant. U wordt geconfronteerd met een schuimplastic drager in een doos (figuur 1) , waarin de afzonderlijke modules zijn ondergebracht. Zoals zo vaak in moderne tijden is er geen papieren bouwhandleiding. Deze is op het internet beschikbaar.

Technisch gezien is de Ringo goed uitgerust. De ESP32 heeft toegang tot een extern geheugen in de vorm van een micro SD-kaart. Voor het display is een 1,8"-kleurenscherm met een resolutie van 160 x 128 pixels beschikbaar.
 

Naast een normaal T9-toetsenbord is er ook een heel kleine joystick voor interactie met de gebruiker. Op het gebied van netwerkcommunicatie biedt Ringo zowel telefonie als de mogelijkheid om SMSjes te versturen en te ontvangen. Het audiogedeelte van de Ringo is goed. Helaas hebben de knoppen op de afzonderlijke toetsen geen opdruk. Niet leuk, maar het gebruikelijke blokje van 12 toetsen wijst zich eigenlijk vanzelf. Er zit ook een groepje RGB-LED’s aan de andere kant van het board.

Tijd om te bouwen!

Als u de documentatie leest en bedenkt dat de fabrikant de kit omschrijft als ‘geschikt voor 11-jarigen’, beseft u al snel dat er aan de hand is. De oplossing voor het raadsel: op de print zijn alle SMD’s al gemonteerd; u hoeft alleen de bedrade componenten te solderen – u hoeft dus niet meteen een reflow-oven te bestellen.
 

Naar mijn mening is de constructie van de kit bijna onfeilbaar. In dit verband vond ik het interessant dat met een soort ‘afstandshouder’ wordt voorkomen dat printen elkaar kunnen raken, waardoor er kortsluiting zou ontstaan. De ontwerpres hebben bij deze printen ook aan de details gedacht. Zo zitten pads of ‘soldeereilandjes’ slechts aan één kant van de ESP32-print geleverd, terwijl de andere kant volledig is bedekt met een soldeermasker (figuur 2). Deze voorzorgsmaatregel voorkomt dat de headers per ongeluk verkeerd worden gesoldeerd, of maakt dat in ieder geval erg moeilijk.
 

De gebruikte pinheaders zijn van zeer goede kwaliteit – ik vraag me alleen af waarom ze niet op de juiste lengte zijn afgesneden. Ik was minder onder de indruk van het feit dat twee afstandbussen hoewel verschillend toch ongeveer even groot waren. Dit kan tot verwarring leiden, vooral bij onervaren jonge elektronica-ingenieurs. Ook begrijp ik niet waarom de afstandshouders aan elkaar moesten worden geschroefd en waarom geen 3D-geprinte zijn meegeleverd.
 

Ik was niet zo blij dat sommige grote printen zoals die met de ESP32 op hun plaats worden gehouden door een enkele schroef (zie figuur 3). Dit kan ertoe leiden dat vooral onervaren soldeerartiesten (maar ook ikzelf) de printplaat ietwat scheef solderen zoals in de figuur te zien is. De fabrikant heeft daar kennelijk al rekening mee gehouden, want ondanks dit ongemak kon ik mijn Ringo gemakkelijk in elkaar te zetten.

Een ander kritiekpuntje is dat de handleiding aanbeveelt eerst de printen te installeren en daarna de knoppen. Dat is niet handig omdat sommige knoppen dicht bij de print zitten, waardoor het een mechanisch gefriemel is om ze te monteren.
 

Figuur 4 toont de voltooide mobiele telefoon inclusief de labels van de bedieningselementen.
 

De voor- en achterzijde van de behuizing bestaan uit een tweedelige, lasergesneden plastic plaat – een interessante benadering. Ik vond dat zo leuk dat ik bij toekomstige eigen projecten waarschijnlijk hetzelfde zal doen. Per saldo is het monteren van de Ringo een interessante oefening waarbij u veel kunt leren over mechanische en andere constructies. Echte problemen met het solderen zijn volgens mij niet te verwachten.

Inbedrijfneming

Na de succesvolle montage van de tamelijk grote doe-het-zelf-telefoon, drukt u op de aan/uit-knop om de ingebouwde ESP32 te activeren. Op dit punt wordt u waarschijnlijk gevraagd om de telefoon op te laden. Hiervoor bevat de kit een oplader met een micro-USB-connector. Als u een moderne smartphone heeft, past de oplaadkabel met USB-C-stekker niet.
 

Een simkaart in micro-formaat is vereist. De tegenwoordig veelgebruikte nano-simkaart is te klein en past alleen met zo’n klein subframe. Als u op zoek bent naar simkaarten voor IoT-toepassingen, is het niet verstandig om op jacht te gaan in de supermarkt of GSM-winkel. Sinds enkele jaren zijn er providers speciaal voor het IoT, zoals podGROUP, die – bij een gering datavolume – veel lagere prijzen kunnen bieden (in de orde van grootte van 2 tot 3 euro per maand en per simkaart).
 

Omdat de ESP32 niet krachtig genoeg is om een volwaardig besturingssysteem te draaien, moet u voorzichtig zijn bij het aanpassen van de software. Als u met de Arduino IDE een nieuwe sketch in de ESP32 SoC schrijft, elimineert u de firmware met de verschillende telefoonfuncties.
 

De elegantere manier is om de toolchain op te zetten op basis van PlatformIO, waardoor de firmware kan worden aangepast. Net als bij een klassiek RTOS worden alle modules tijdens het compileren in een .bin-bestand geplaatst, dat vervolgens wordt uitgevoerd.
 

Overigens is de firmware van CircuitMess niet alleen geschikt als besturingssoftware. Als u diet zorgvuldig bestudeert, leert u een paar aardige trucs over systeemprogrammering.

Kan Ringo uw telefoon vervangen?

Kan Ringo uw smartphone werkloos maken? Het antwoord is om vele redenen een volmondig “nee”. Een moderne smartphone kan gewoon een heleboel dingen doen die Ringo niet kan, en ook de rekenkracht is veel en veel groter.
 

Niettemin is Ringo een kit die u met veel plezier in elkaar zult zetten, en u zult daarbij zeker veel leren. De hier gebruikte architectuur is ook geschikt voor het realiseren van diverse special interest-communicatiesystemen.
 

De firmware van de ESP32 is – mits correct geprogrammeerd – veel compacter dan een volwaardig besturingssysteem als Android. Op voorwaarde dat de radiomodule uitsluitend via zijn interface van versleutelde informatie wordt voorzien, kan een smartphone worden geconstrueerd die vrijwel onkwetsbaar is voor veel aanvalsscenario's. En dat kan voor sommige toepassingen een groot voordeel zijn.
 

Als ik 15 jaar jonger was, zou ik nog veel meer dingen bedenken waarvoor zo'n zelfgemaakte mobiele telefoon zou kunnen worden gebruikt (afgezien van ‘opscheppen’). Ringo is in ieder geval een kit waaraan ik veel plezier heb beleefd.