Ένα δίκτυο WiFi Arduino (αισθητήρες και ενεργοποιητές) - ο αισθητήρας χρώματος: 4 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Πόσες φορές στις εφαρμογές σας έχετε κάποιον αισθητήρα ή κάποιον ενεργοποιητή μακριά σας; Πόσο άνετα θα μπορούσατε να χρησιμοποιήσετε μόνο μία κύρια συσκευή κοντά στον υπολογιστή σας για τη διαχείριση διαφορετικών συσκευών υποτελείας που συνδέονται μέσω ενός δικτύου wi-fi;

Σε αυτό το έργο θα δούμε πώς να διαμορφώσετε ένα δίκτυο wi-fi, που αποτελείται από μια κύρια μονάδα και μία ή περισσότερες συσκευές υποτελείας. Κάθε συσκευή θα οδηγείται από ένα Arduino Nano και μια ασύρματη μονάδα NRF24L01. Τέλος, για να δείξουμε τη σκοπιμότητα του έργου, φτιάχνουμε ένα απλό δίκτυο όπου μια υπομονάδα μπορεί να ανιχνεύσει ένα χρώμα και να μεταδώσει το μοντέλο της RGB στην κύρια μονάδα.

Βήμα 1: Το πρωτόκολλο επικοινωνίας

Η βασική ιδέα πίσω από αυτό το έργο είναι η δημιουργία ενός δικτύου που αποτελείται από μονάδες αισθητήρων και μονάδες ενεργοποιητή, που οδηγείται από μια κύρια μονάδα η οποία επικοινωνεί με τον υποτελή μέσω μιας σύνδεσης wi-fi.

Η κύρια μονάδα συνδέεται με τον υπολογιστή μέσω σειριακής επικοινωνίας και προσφέρει μια μικρή διεπαφή που επιτρέπει στον χρήστη να αναζητήσει τις συνδεδεμένες συσκευές, να λάβει τη λίστα με τις πιθανές λειτουργίες για κάθε συσκευή και να τις ενεργήσει. Έτσι, η κύρια ενότητα δεν χρειάζεται, εκ των προτέρων, να γνωρίζει πόσες και τι είδους συσκευές είναι συνδεδεμένες στο δίκτυο, αλλά είναι πάντα σε θέση να σαρώσει και να βρει τις συσκευές και να λάβει πληροφορίες από αυτές ως διαμορφώσεις ή τα χαρακτηριστικά τους. Ο χρήστης, κάθε φορά, μπορεί να προσθέσει ή να αφαιρέσει τις μονάδες από το δίκτυο και χρειάζεται μόνο μια νέα σάρωση του δικτύου για να ξεκινήσει να επικοινωνεί με τις νέες συσκευές.

Σε αυτό το έργο παρουσιάζουμε ένα απλό παράδειγμα δικτύου που αποτελείται από μια κύρια μονάδα και από δύο υποτελείς, το πρώτο είναι ένα "Led Module", ή μάλλον ένα απλό module, το οποίο μπορεί να ενεργοποιήσει ένα led (κόκκινο ή πράσινο), να απενεργοποιήσει αυτά τα led ή στέλνουν πληροφορίες σχετικά με την κατάστασή τους στον κύριο. Το δεύτερο είναι ένα "Sensor Color Module", το οποίο, χρησιμοποιώντας τον αισθητήρα χρώματος (TCS3200), είναι σε θέση να ανιχνεύσει ένα χρώμα και να επιστρέψει το μοντέλο του RGB εάν λάβει εντολή από τον χρήστη (μέσω κουμπιού) ή αίτημα από τον κύριο ενότητα. Συνοψίζοντας, κάθε συσκευή που χρησιμοποιείται σε αυτό το έργο αποτελείται από μια ασύρματη μονάδα (NRF24L01) και ένα Arduino Nano που διαχειρίζεται την ασύρματη μονάδα και τις άλλες απλές λειτουργίες. Ενώ το "Led Module" περιέχει δύο επιπλέον led και το "Sensor Color Module" περιέχει τον αισθητήρα χρώματος και ένα κουμπί.

Βήμα 2: Η κύρια ενότητα

Η πιο σημαντική ενότητα είναι η "κύρια μονάδα", όπως είπε, χρησιμοποιώντας μια μικρή διαισθητική διεπαφή, διαχειρίζεται την επικοινωνία μεταξύ μονάδων χρήστη και υποτελών που είναι συνδεδεμένα στο δίκτυο.

Το υλικό της κύριας μονάδας είναι απλό και αποτελείται από λίγα στοιχεία, συγκεκριμένα υπάρχει ένα Arduino Nano που διαχειρίζεται τη σειριακή επικοινωνία με τον υπολογιστή και έτσι με τον χρήστη και την επικοινωνία με τις άλλες συσκευές. Αυτό το τελευταίο δημιουργείται από την ασύρματη μονάδα NRF24L01, η οποία συνδέεται στην πλακέτα Arduino χρησιμοποιώντας μια επικοινωνία SPI. Τέλος, υπάρχουν δύο οδηγήσεις για να δώσετε στον χρήστη μια οπτική ανατροφοδότηση σχετικά με τα δεδομένα που εισέρχονται ή εξέρχονται από τη μονάδα.

Η ηλεκτρονική πλακέτα της κύριας μονάδας έχει σχετικά μικρό μέγεθος, περίπου 65x30x25 mm, οπότε μπορεί εύκολα να εισαχθεί σε ένα μικρό κουτί. Εδώ τα αρχεία stl του κουτιού (επάνω και κάτω μέρος).

Βήμα 3: Η μονάδα Led

Το "led module" τοποθετεί το Arduino Nano τη μονάδα NRF24L01 και τέσσερα led. Η μονάδα Arduino και η μονάδα NRF24L01 χρησιμοποιούνται για τη διαχείριση της επικοινωνίας με την κύρια μονάδα, ενώ δύο από τα led χρησιμοποιούνται για να δώσουν στον χρήστη οπτική ανατροφοδότηση σχετικά με τα εισερχόμενα και τα εξερχόμενα δεδομένα και τα άλλα δύο led χρησιμοποιούνται για τις κανονικές λειτουργίες.

Το κύριο καθήκον αυτής της ενότητας είναι να δείξει εάν το δίκτυο λειτουργεί, επιτρέποντας στον χρήστη να ενεργοποιήσει ένα από τα δύο led, να τα απενεργοποιήσει ή να αποκτήσει την τρέχουσα κατάστασή του. Συγκεκριμένα, αυτή η ενότητα είναι ένα είδος απόδειξης της έννοιας, ή μάλλον αποφασίσαμε να τη χρησιμοποιήσουμε για να δείξουμε πώς είναι δυνατή η αλληλεπίδραση με τους ενεργοποιητές και χρησιμοποιώντας led με διαφορετικό χρώμα είναι δυνατόν να δοκιμάσουμε τη λειτουργία της ενότητας χρώματος.

Βήμα 4: Η μονάδα αισθητήρα χρώματος

Αυτή η τελευταία ενότητα είναι λίγο πιο πολύπλοκη σε σχέση με την άλλη, στην πραγματικότητα, περιέχει το ίδιο υλικό με τα άλλα (Arduino Nano, μονάδα NRF24L01 και τα δύο οπτικά LED ανάδρασης) και άλλο υλικό για τον εντοπισμό του χρώματος και τη διαχείριση της μπαταρίας.

Για να ανιχνεύσουμε ένα χρώμα και να επιστρέψουμε το μοντέλο RGB, αποφασίζουμε να χρησιμοποιήσουμε τον αισθητήρα TCS3200, αυτός είναι ένας μικρός και χαμηλού κόστους αισθητήρας που χρησιμοποιείται συνήθως σε τέτοιου είδους εφαρμογές. Συντίθεται από μια συστοιχία φωτοδιόδων και έναν μετατροπέα συχνότητας ρεύματος. Ο πίνακας περιέχει 64 φωτοδιόδους, 16 έχουν κόκκινο φίλτρο, 16 πράσινο φίλτρο, 16 έχουν το μπλε φίλτρο και τα τελευταία 16 είναι καθαρά χωρίς φίλτρα. Όλες οι φωτοδιόδους του ίδιου χρώματος συνδέονται παράλληλα και κάθε ομάδα μπορεί να ενεργοποιηθεί με δύο ειδικές ακίδες (S2 και S3). Ο μετατροπέας συχνότητας ρεύματος επιστρέφει ένα τετραγωνικό κύμα με κύκλο λειτουργίας 50% και συχνότητα ευθέως ανάλογη της έντασης του φωτός. Η συχνότητα εξόδου πλήρους κλίμακας μπορεί να κλιμακωθεί με μία από τις τρεις προκαθορισμένες τιμές μέσω δύο ακίδων εισόδου ελέγχου (S0 και S1).

Η μονάδα τροφοδοτείται από μια μικρή μπαταρία Li-Po δύο κυψελών (7,4V) και διαχειρίζεται από το Arduino. Συγκεκριμένα, ένα από τα δύο κελιά συνδέεται με μια αναλογική είσοδο αυτού, και αυτό επιτρέπει στο Arduino να διαβάσει την τιμή της ισχύος του κελιού. Όταν το επίπεδο ισχύος της κυψέλης πέσει κάτω από μια ορισμένη τιμή, για να διατηρηθεί η μπαταρία, το Arduino ενεργοποιεί ένα led, το οποίο προειδοποιεί τον χρήστη να απενεργοποιήσει τη συσκευή. Για να ενεργοποιήσετε ή να απενεργοποιήσετε τη συσκευή, υπάρχει ένας διακόπτης που συνδέει το θετικό πείρο της μπαταρίας με τον πείρο Vin της πλακέτας Arduino ή με μια υποδοχή που μπορεί στη συνέχεια να χρησιμοποιηθεί από τον χρήστη για τη φόρτιση της μπαταρίας.

Όσον αφορά την κύρια μονάδα, η μονάδα χρώματος του αισθητήρα έχει μικρό μέγεθος (40x85x30) και τοποθετήθηκε μέσα σε ένα τρισδιάστατο κουτί.