WiFi sieť Arduino (senzory a akčné členy) - senzor farby: 4 kroky

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Koľkokrát máte vo svojich aplikáciách ďaleko od seba nejaký senzor alebo akčný člen? Ako veľmi by mohlo byť pohodlné používať iba jedno hlavné zariadenie v blízkosti počítača na správu rôznych podradených zariadení pripojených prostredníctvom siete Wi-Fi?

V tomto projekte uvidíme, ako nakonfigurovať wi-fi sieť zloženú z hlavného modulu a jedného alebo viacerých podradených zariadení. Každé zariadenie bude poháňať Arduino Nano a bezdrôtový modul NRF24L01. Nakoniec, aby sme ukázali realizovateľnosť projektu, vytvoríme jednoduchú sieť, v ktorej podradený modul dokáže detekovať farbu a odoslať svoj model RGB do hlavného modulu.

Krok 1: Komunikačný protokol

Základnou myšlienkou tohto projektu je vytvorenie siete pozostávajúcej zo senzorových modulov a modulov aktuátora, poháňanej hlavným modulom, ktorý komunikuje s podradeným zariadením prostredníctvom wi-fi pripojenia.

Hlavný modul je pripojený k počítaču prostredníctvom sériovej komunikácie a ponúka malé rozhranie, ktoré umožňuje používateľovi vyhľadávať pripojené zariadenia, získať zoznam možných operácií pre každé zariadenie a konať na nich. Hlavný modul teda a priori nepotrebuje vedieť, koľko a aký druh zariadení je pripojených k sieti, ale je vždy schopný skenovať a nájsť zariadenia a prijímať od nich informácie ako o svojich konfiguráciách alebo charakteristikách. Užívateľ môže kedykoľvek pridať alebo odstrániť moduly zo siete a na spustenie komunikácie s novými zariadeniami potrebuje iba nové skenovanie siete.

V tomto projekte uvádzame jednoduchý príklad siete tvorenej hlavným modulom a dvoma podradenými modulmi, pričom prvým je „LED modul“, alebo skôr jednoduchý modul, ktorý je možné zapnúť LED (červenou alebo zelenou), vypnúť tieto diódy LED alebo pošlite kapitánovi informáciu o ich stave. Druhým je „senzorový farebný modul“, ktorý pomocou farebného senzora (TCS3200) dokáže detekovať farbu a vrátiť jej model RGB, ak dostane príkaz od používateľa (pomocou tlačidla) alebo požiadavku od pána Stručne povedané, každé zariadenie použité v tomto projekte pozostáva z bezdrôtového modulu (NRF24L01) a Arduino Nano, ktoré spravujú bezdrôtový modul a ďalšie jednoduché operácie. Zatiaľ čo „LED modul“obsahuje dve ďalšie LED diódy a „Modul senzora farby“obsahuje snímač farieb a tlačidlo.

Krok 2: Hlavný modul

Ako už bolo povedané, najdôležitejším modulom je „hlavný modul“, ktorý pomocou malého intuitívneho rozhrania riadi komunikáciu medzi užívateľskými a podriadenými modulmi pripojenými k sieti.

Hardvér hlavného modulu je jednoduchý a skladá sa z niekoľkých komponentov, konkrétne existuje Arduino Nano, ktoré spravuje sériovú komunikáciu s počítačom a podobne s používateľom a komunikáciu s ostatnými zariadeniami. Toto posledné je vytvorené pomocou bezdrôtového modulu NRF24L01, ktorý je k doske Arduino pripojený pomocou komunikácie SPI. Nakoniec existujú dve LED diódy, ktoré poskytujú užívateľovi vizuálnu spätnú väzbu o údajoch prichádzajúcich alebo odchádzajúcich z modulu.

Doska elektroniky hlavného modulu má relatívne malé rozmery, približne 65 x 30 x 25 mm, takže ju možno ľahko vložiť do malej škatule. Tu sú súbory stl poľa (horná a dolná časť).

Krok 3: LED modul

„LED modul“montuje Arduino Nano modul NRF24L01 a štyri LED diódy. Modul Arduino a NRF24L01 sa používajú na správu komunikácie s hlavným modulom, pričom dve z LED diód slúžia na poskytnutie vizuálnej spätnej väzby používateľovi o prichádzajúcich a odchádzajúcich údajoch a ďalšie dve LED diódy slúžia na normálnu prevádzku.

Hlavnou úlohou tohto modulu je ukázať, či sieť funguje, a umožniť tak používateľovi zapnúť jednu z dvoch diód LED, vypnúť ich alebo získať aktuálny stav. Tento modul je predovšetkým akýmsi dôkazom konceptu, alebo sme sa ho rozhodli použiť na to, aby sme ukázali, ako je možné interagovať s pohonmi a pomocou diód s rôznymi farbami je možné otestovať činnosť farebného modulu.

Krok 4: Modul senzora farieb

Tento posledný modul je v porovnaní s druhým o niečo zložitejší, v skutočnosti obsahuje rovnaký hardvér ako ostatné (modul Arduino Nano, modul NRF24L01 a dve diódy vizuálnej spätnej väzby) a ďalší hardvér na zisťovanie farby a správu batérie.

Na detekciu farby a vrátenie jej modelu RGB sme sa rozhodli použiť snímač TCS3200, ktorý je malým a lacným snímačom bežne používaným v tomto druhu aplikácií. Skladá sa z poľa fotodiód a meniča prúdu a frekvencie. Pole obsahuje 64 fotodiód, 16 má červený filter, 16 zelených filtrov, 16 má modrý filter a posledných 16 je čistých bez filtrov. Všetky fotodiódy rovnakej farby sú zapojené paralelne a každú skupinu je možné aktivovať dvoma špeciálnymi kolíkmi (S2 a S3). Menič prúdovej frekvencie vracia štvorcovú vlnu s pracovným cyklom 50% a frekvenciou priamo úmernou intenzite svetla. Výstupnú frekvenciu v plnom rozsahu je možné škálovať o jednu z troch prednastavených hodnôt prostredníctvom dvoch vstupných pinov ovládania (S0 a S1).

Modul je napájaný malou dvojčlánkovou batériou Li-Po (7,4 V) a spravuje ho Arduino. Konkrétne jeden z dvoch článkov je pripojený k analógovému vstupu tohto, a to umožňuje Arduinu čítať hodnotu výkonu článku. Keď úroveň výkonu článku klesne pod určitú hodnotu, kvôli zachovaniu batérie Arduino zapne LED diódu, ktorá používateľa upozorní na vypnutie zariadenia. Na zapnutie alebo vypnutie zariadenia slúži vypínač, ktorý spája kladný pól batérie s kolíkom Vin na doske Arduino alebo s konektorom, ktorý potom môže používateľ použiť na nabíjanie batérie.

Pokiaľ ide o hlavný modul, modul farebného senzora má malé rozmery (40 x 85 x 30) a bol vložený do 3D tlačeného boxu.