Arduino WiFi omrežje (senzorji in aktuatorji) - barvni senzor: 4 koraki

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

Kolikokrat imate v aplikacijah kakšen senzor ali kakšen aktuator daleč od sebe? Koliko bi bilo udobno uporabljati samo eno glavno napravo v bližini računalnika za upravljanje različnih pomožnih naprav, povezanih prek omrežja wi-fi?

V tem projektu bomo videli, kako konfigurirati omrežje wi-fi, sestavljeno iz glavnega modula in ene ali več pomožnih naprav. Vsako napravo bo poganjal Arduino Nano in brezžični modul NRF24L01. Nazadnje, da pokažemo izvedljivost projekta, naredimo preprosto omrežje, kjer podrejeni modul zazna barvo in svoj model RGB posreduje glavnemu modulu.

1. korak: komunikacijski protokol

Osnovna zamisel tega projekta je ustvarjanje omrežja, sestavljenega iz senzorskih modulov in aktuatorskih modulov, ki ga poganja glavni modul, ki komunicira s podrejenim preko povezave wi-fi.

Glavni modul je povezan z računalnikom prek serijske komunikacije in ponuja majhen vmesnik, ki uporabniku omogoča iskanje povezanih naprav, pridobivanje seznama možnih operacij za vsako napravo in delovanje nanje. Tako glavnemu modulu ni treba a priori vedeti, koliko in kakšnih naprav je povezanih v omrežje, vendar lahko vedno skenira in najde naprave ter od njih prejema informacije kot njihove konfiguracije ali njihove značilnosti. Uporabnik lahko vsakič doda ali odstrani module iz omrežja in potrebuje le nov pregled omrežja, da začne komunicirati z novimi napravami.

V tem projektu prikazujemo preprost primer omrežja, sestavljenega iz glavnega modula in dveh podrejenih, prvi je "Led modul" ali bolje rečeno preprost modul, ki lahko vklopi LED (rdečo ali zeleno), izklopi te LED diode ali pošljejo informacije o svojem statusu poveljniku. Drugi je "Sensor Color Module", ki lahko z barvnim senzorjem (TCS3200) zazna barvo in vrne svoj model RGB, če prejme ukaz uporabnika (prek gumba) ali zahtevo glavnega Če povzamemo, vsako napravo, uporabljeno v tem projektu, sestavljata brezžični modul (NRF24L01) in Arduino Nano, ki upravlja brezžični modul in druge preproste operacije. Medtem ko "Led Module" vsebuje dve dodatni LED diodi, "Sensor Color Module" pa barvni senzor in gumb.

2. korak: Glavni modul

Najpomembnejši modul je, kot rečeno, "glavni modul", ki z majhnim intuitivnim vmesnikom upravlja komunikacijo med uporabniškimi in pomožnimi moduli, povezanimi v omrežje.

Strojna oprema glavnega modula je preprosta in je sestavljena iz nekaj komponent, zlasti obstaja Arduino Nano, ki upravlja serijsko komunikacijo z računalnikom in tako z uporabnikom ter komunikacijo z drugimi napravami. Ta zadnja je ustvarjena z brezžičnim modulom NRF24L01, ki je povezan s ploščo Arduino prek komunikacije SPI. Nazadnje obstajata dve svetleči diodi, ki uporabniku omogočata vizualno povratno informacijo o vhodnih ali odhodnih podatkih po modulu.

Elektronska plošča glavnega modula ima relativno majhno velikost, približno 65x30x25 mm, zato jo je mogoče enostavno vstaviti v majhno škatlo. Tu so datoteke stl polja (zgornji in spodnji del).

3. korak: Led modul

"LED modul" montira Arduino Nano na modul NRF24L01 in štiri LED diode. Arduino in modul NRF24L01 se uporabljata za upravljanje komunikacije z glavnim modulom, medtem ko se dve od LED uporabljata za vizualno povratno informacijo uporabnika o vhodnih in odhodnih podatkih, druga dva LED pa za normalno delovanje.

Glavna naloga tega modula je pokazati, ali omrežje deluje, kar uporabniku omogoča, da vklopi eno od dveh LED, jih izklopi ali pridobi njihov trenutni status. Zlasti ta modul je nekakšen dokaz koncepta, oziroma smo se odločili, da ga uporabimo, da pokažemo, kako je možno komunicirati z aktuatorji, z uporabo LED z različnimi barvami pa je mogoče preizkusiti delovanje barvnega modula.

4. korak: Modul senzorja barve

Ta zadnji modul je nekoliko bolj zapleten glede drugega, pravzaprav vsebuje isto strojno opremo drugih (Arduino Nano, modul NRF24L01 in dve LED -diodi za vizualne povratne informacije) ter drugo strojno opremo za zaznavanje barve in upravljanje baterije.

Če želimo zaznati barvo in vrniti njen model RGB, se odločimo za uporabo senzorja TCS3200, to je majhen in poceni senzor, ki se običajno uporablja v tovrstnih aplikacijah. Sestavljen je iz fotodiodne matrike in pretvornika tokovne frekvence. Niz vsebuje 64 fotodiod, 16 ima rdeč filter, 16 zelen filter, 16 ima modri filter in zadnjih 16 je čistih brez filtrov. Vse fotodiode iste barve so povezane vzporedno in vsako skupino lahko aktiviramo z dvema posebnima zatičema (S2 in S3). Pretvornik tokovne frekvence vrne kvadratni val z obratovalnim ciklom 50% in frekvenco neposredno sorazmerno jakosti svetlobe. Izhodno frekvenco v celotnem obsegu lahko prilagodite za eno od treh prednastavljenih vrednosti prek dveh krmilnih vhodnih zatičev (S0 in S1).

Modul napaja majhna, dvocelična Li-Po baterija (7,4 V), upravlja pa ga Arduino. Zlasti ena od dveh celic je povezana z analognim vhodom te, kar omogoča, da Arduino prebere vrednost moči celice. Ko raven moči celice pade pod določeno vrednost, Arduino za ohranitev baterije vklopi LED, ki uporabnika opozori, naj napravo izklopi. Za vklop ali izklop naprave je stikalo, ki poveže pozitivni zatič baterije z vinom Vin na plošči Arduino ali s priključkom, ki ga nato uporabnik lahko uporabi za polnjenje baterije.

Kar se tiče glavnega modula, je barvni modul senzorja majhne velikosti (40x85x30) in je bil vstavljen v 3D tiskano škatlo.