Automatizované domáce záclony - mini projekt s modulom MakerChips BluChip (nRF51 BLE): 7 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:00

Predstavte si, že sa zobudíte a budete chcieť dostať slnečný lúč cez vaše okná alebo zatiahnete závesy, aby ste mohli spať ďalej, bez námahy dostať sa bližšie k závesom, ale skôr stlačením tlačidla na vašom smartfóne. So systémom automatizovanej domácej opony to dosiahnete pomocou komponentov, ktoré nestoja viac ako 90 dolárov!

Pozrite si tento návod na Github

Krok 1: Dizajn

Srdcom automatizovaného systému domácej opony je modul BluChip spoločnosti MakerChips.

BluChip je malý modul Bluetooth s rozmermi 16,6 x 11,15 mm, ktorý môže slúžiť ako periféria pre smartfóny prostredníctvom systému BTLE.

Kliknutím sem získate úvod do technológie Bluetooth s nízkou spotrebou energie (BTLE).

Modul pozostáva z nRF51 SoC od spoločnosti Nordic Semiconductors, skvelej platformy pre aplikácie BLE, pretože podporuje mnoho integrovaných funkcií v aplikáciách pre Android aj Apple.

Krok 2: Súprava BluChip Explorer

Na vybudovanie tohto projektu som dostal sadu BluChip Explorer Kit od spoločnosti MakerChips, ktorá bola dodaná v 2 oddelených boxoch, jeden pre programátor CMSIS-DAP a ďalší box obsahujúci BluChip na doske s 2 LED diódami RGB, fotoodporom a batériou CR2032.

Ako ste si všimli, modul BluChip je extrémne malý, takže je ideálny pre malé vstavané nízkoenergetické projekty Bluetooth. Zmestí sa na stopu iba 6 x 4 0,1 "záhlavia na doske a má ďalších 0,05" záhlavia na vrchu dosky, čo je pôsobivé pre komerčne certifikovaný balík FCC!

Tu sú niektoré kľúčové vlastnosti BluChipu z webovej stránky MakerChips:

• 14 Prístupných GPIO pinov
• 32bitový procesor ARM Cortex M0 a 256 kB flash a 32 kB RAM
• 16,6 mm x 11,15 mm Najmenší dostupný modul Bluetooth ® na chlieb
• Napájací zdroj podporuje 1,8 V - 3,6 V.

• Funkcie Bluetooth

  • BTLE - Bluetooth s nízkou spotrebou energie - (BLE, BT 4.1)
  • Bluetooth® a Japonsko, FCC, IC kvalifikované
  • Integrované systémové hodiny 32 MHz
  • Výstupný výkon: +4 dBm typicky

  • Frekvencia: 2402 až 2480 MHz

    Integrovaná vysokovýkonná anténa

  • Jednorežimový Bluetooth® Smart Slave/Master
• Podporované rozhrania: SPI, UART, I2C a 8/9/10 bit ADC

• Dve sady programovacích pinov

  • .05 "záhlavia pre ľahké pripojenie k zariadeniam CMSIS-DAP a J-Link
  • .1 "záhlavia na prepojenie s doskami
• Softvérovo ovládateľná červená LED dióda

Krok 3: Aplikácia NRF Connect

Hneď ako otvoríte Prieskumník BluChip, uvidíte, ako ožíva s blikajúcimi diódami LED, čo je celkom fascinujúci pohľad, nie?

Ak chcete zistiť, čo je v obchode s týmto modulom BLE, poďme si nainštalovať aplikáciu nRF Connect zo služby Google Play alebo App Store.

Pripojíme sa k BluChip pomocou nášho telefónu, takže otvorte aplikáciu nRF Connect, prehliadajte uvítaciu obrazovku a klepnutím na Povoliť zapnite Bluetooth. Potom klepnite na Skenovať a čoskoro zistíte, že vaše zariadenie BluChip je uvedené na karte Skener.

Predtým, ako sa skutočne pripojíme k BluChipu, získajme LED a umiestnime ho na dosku vedľa pinov 026 (+ve) a 021 (-ve). LED dióda by sa mala okamžite rozsvietiť, pretože pin 026 vydáva 3,3 V (logická úroveň VYSOKÁ), zatiaľ čo pin 021 je logicky NÍZKY (uzemnenie).

Pokračujte a klepnutím na Pripojiť nadviažete spojenie medzi vašim smartfónom a BluChipom, ktoré vás potom presmeruje na kartu klienta zariadenia v aplikácii.

Karta klienta BluChip zobrazuje všetky služby dostupné vo vašom zariadení. Nás tu zaujíma služba BlueChip GPIO (uvedená ako neznáma služba). Klepnite na ňu a potom klepnite na šípku smerujúcu nahor vedľa položky GPIO Modulation Characteristics (uvedená ako neznáma charakteristika).

Zobrazí sa vyskakovacie okno s hodnotou zápisu, ktoré vám poskytne možnosť odoslať údaje do zariadenia BluChip. V našom prípade chceme LED vypnúť, takže klepnite na šípku vedľa BYTE ARRAY a zmeňte formát údajov na UINT 8. Ako prvú hodnotu budeme odosielať číslo pinu, takže pre pin021 zadajte 21. Klepnutím na pridanú hodnotu odošlete ďalší údaj, ktorého stav sa má nastaviť (hexadecimálny formát BYTE). Ak chcete LED vypnúť, nastavíme pin 021 na 3,3 V (logická úroveň vysoká), zadajte 01 a potom klepnite na Odoslať.

LED dióda sa okamžite vypne! Ak chcete LED znova zapnúť, odošlite hodnotu 0x00 (logická úroveň LOW) na pin021. Ako je uvedené nižšie pod uvedenou charakteristikou, zobrazí sa odoslaná hodnota (0x) 15-01. {[(decimal UINT8) 21 = (hex BYTE) 0x15] + (hex BYTE) 0x01 => (hex BYTEs) 0x1501}

Ak sa rozhodnete uložiť tieto hodnoty do vyskakovacieho okna Napísať hodnotu, pomenovať ho a potom klepnúť na položku Uložiť, môžete ich v budúcnosti načítať ako predvoľby pre jednoduchú moduláciu GPIO!

Krok 4: Programovanie BluChip

Z vyššie uvedeného videa ste si mohli všimnúť, že názov zariadenia BluChip v mojom telefóne sa líši od vášho, ako ho teda zmeníme podľa vlastného vkusu?

Firmvér aplikácie spustený na zariadení BluChip slúži ako periférne zariadenie (podriadené) cez BLE k centrálnym zariadeniam (hlavné), ako sú k nemu pripojené smartfóny. Ak chcete zmeniť názov nášho zariadenia, ponorme sa do flashovania firmvéru aplikácie do nášho BluChipu.

Súčasťou súpravy BluChip Explorer je programátor ARM (CMSIS-DAP). Spoločnosť MakerChips poskytla úhľadného sprievodcu podrobnosťami o prenose firmvéru na disk BluChip pomocou systému CMSIS-DAP.

Na kompiláciu firmvéru do hexadecimálneho súboru a jeho flashovanie budeme potrebovať Keil, nRF51 Software Development Kit (SDK) a firmvér BluChip. Neváhajte a stiahnite si ich z odkazov v sekcii „Softvér“na stránke MakerChips Programovanie programu BluChip pomocou CMSIS-DAP a stránky Keil.

Nainštalujte Keil a potom postupujte podľa krokov 1-3 v časti „Vytvorenie hexadecimálneho súboru“.

V tomto mieste môžete pokračovať krokom 4, Prestavbou všetkých cieľových súborov.

Ak sa zobrazí chyba týkajúca sa súboru „core_cm0.h“, na jeho zostavenie budete musieť do projektu pridať jeho cestu.

Jednoducho by sme potrebovali súbor vyhľadať a nájsť jeho adresár, ktorý je „\ components / toolchain / gcc“.

Zahrňme túto cestu k nášmu projektu. Kliknite na položku Možnosti pre cieľ, prejdite na kartu C/C ++ a zadajte cestu podľa obrázku 16.

Po zahrnutí potrebných závislostí sa náš projekt skompiluje a teraz môžeme zobraziť kompilovaný výstup, vlastný hexadecimálny súbor na adrese „nRF51_SDK_10.0.0_dc26b5e / examples / ble_peripheral / ble_app_ahc-master / bluchip / s110_with_dfu / arm4 / _buildnrf51422_xxac_s110.hex.

Ak chcete nahrať hexadecimálny súbor na BluChip, postupujte podľa krokov 1-8 v časti „Prenos hexadecimálneho súboru“.

Teraz, keď ste do BluChip nahrali firmvér s vlastným názvom zariadenia, spustite aplikáciu nRF Connect a vyhľadajte svoje zariadenie. Všimnite si, že je teraz pomenovaný podľa toho, čo ste definovali v zariadení DEVICE_NAME vo firmvéri!

V ďalšom kroku začneme nastavovať hardvér, elektroniku a softvér nášho automatizovaného systému domácej opony.

Krok 5: Zostavenie automatických závesov

Po preskúmaní procesu kompilácie a flashovania nášho firmvéru prejdeme k stavbe vlastných závesov bluetooth!

Na pohon rozvodového remeňa bude slúžiť krokový motor, ktorý pohybuje závesmi otvorenými a zatvorenými. Krokový motor je poháňaný integrovaným obvodom vodiča Half-H, ktorý bude ovládať BluChip.

Na napájanie použijeme 12V napäťový regulátor AC-DC, ktorý je napájaný do motora, spolu s regulátorom napätia DC-DC LM317 na zníženie napätia 12 V na 3,3 V, ktoré bude napájať integrovaný obvod ovládača BluChip a Stepper Driver.

Svoj vlastný modul BluChip môžete získať v úplne novom obchode MakerChips v Tindie alebo na webovej stránke MakerChips.

Začnime s montážou automatických závesov, aby sme okrem súpravy BluChip Explorer Kit získali nižšie uvedené diely:

• 12V 1A napájací adaptér 3,40 dolárov
• Barrel Jack 0,68 dolára
• Regulátor napätia LM317T 0,80 dolára
• Rezistory (200 a 330 ohmov) 1,69 dolárov
• Krokový ovládač L293D za 1,63 dolára
• Unipolárny krokový motor 8,00 dolárov (alebo 1,66 dolára <= upravte tento menší unipolárny na bipolárny stepper)
• 6 mm rozvodový remeň 7,31 dolárov
• 6 mm výstroj 0,54 USD (alebo 3D tlač z Thingiverse)
• 6 mm kladka za 1,17 dolára (alebo 3D tlač z Thingiverse)
• Koncový spínač x2 (voliteľné) 1,34 dolárov
• Krabica na uzavretie projektu (voliteľné) 1,06 USD
• Drôty prepojovacieho poľa na 2,0 palca
• Dupont Jumper Wires 2,80 dolárov
• Gumové pásky 1,13 dolára
• Twist Ties 3,22 dolárov
• 22 AWG Wire (voliteľné) 1,22 dolárov
• Kravaty na zips (voliteľné) 0,63 dolárov
• Zmršťovacia trubica (voliteľné) 1,97 dolárov

Nástroje (voliteľné):

• Horúca lepiaca pištoľ 3,75 dolárov
• Spájkovačka 6,79 dolárov

Stiahnite si kusovník z GitHub (Amazon)

Obrázok 20 zobrazuje, ako sa chystáte zapojiť systém, podľa toho, aké funkcie sa rozhodnete pridať. Ak chcete presnejší pohyb, pridali by ste do projektu koncové spínače.

Koncové spínače sú koncovými bodmi závesov, ktoré informujú BluChip o otvorení alebo zatvorení. Bez koncových spínačov by ste museli nakonfigurovať firmvér tak, aby v nadchádzajúcej časti „Konfigurácia firmvéru“naznačoval, ako ďaleko sa vaše záclony pohybujú.

Obrázok 20 tiež obsahuje voliteľný fotografický odpor, ktorý umožňuje detekciu vo dne iv noci, je tiež konfigurovateľný v časti „Konfigurácia firmvéru“.

Začnite montáž hardvéru namontovaním krokového motora, remenice a rozvodového remeňa na vrch závesov. (Obrázok 21)

Dočasne napnite rozvodový remeň gumičkou. Neskôr, pred dokončením projektu, ho spojíte zipsom, aby ho držal natrvalo.

Ak chcete závesy pripevniť na rozvodový remeň, uviažte okolo pása a závesového háčika očká.

Ak chcete získať lepšiu predstavu o tom, ako zapnúť závesy na remeň, postupujte podľa obrázku 22. Ľavý záves uviažete na zadnú časť rozvodového remeňa pomocou drôtenej pásky a pravý záves na prednú časť rozvodového remeňa. s drôtenou viazačkou.

Akonáhle dostanete pás zaistený a záves uviazaný, odstráňte krokový motor, aby sme mohli začať montovať a testovať elektronický obvod, ktorý ho bude poháňať. Začnite so stavbou elektroniky umiestnením regulátora napätia Bluchip, L293d IC a LM317t na dosku podľa k obrázku 20.

Vložte odpory 200 a 330 ohmov podľa obrázku 20. Rezistory upravujú výstup LM317 tak, aby poskytoval ~ 3,3V. (Obrázok 24)

Pripojte prepojovací kábel a potom káblový zdvíhač, ako je znázornené na obrázku 26.

Zapojte napájací adaptér do zásuvky v stene a zapojte adaptér do hlavne, aby ste otestovali napätie, ako je znázornené na obrázku 27.

Hneď ako sa zistí správne napätie, odpojte napájací konektor a začnite umiestňovať zvyšné prepojovacie vodiče podľa obrázku 20.

Ďalej budeme pripájať náš bipolárny krokový motor k IC L293d.

Najprv umiestnite prepojovacie vodiče Dupont do konektora krokového motora, ako je znázornené na obrázku 29.

Ak chcete vedieť, kadiaľ vedie kábel, postupujte podľa schémy na obrázku 30.

Ako je vidieť na schéme, zvody z jednej cievky idú na Pin2 a Pin6 na L293D. Vývody z druhej cievky idú na Pin11 a Pin14.

Upravený bipolárny krokový motor 28BYJ-48 má štyri použiteľné farebné vodiče, ako je znázornené na obrázku 31.

Na L293d zapojíme modrý na Pin3, žltý na Pin6, oranžový na Pin11 a ružový na Pin14.

Základné obvody sú teraz kompletné!

Ak chcete implementovať koncové spínače, zapojte vodiče NO & C k nejakému vodiču 22AWG. Na druhom konci pripevnite prepojky DuPont a vytvorte zvody, ktoré sa zmestia na dosku. (Obrázok 32)

Môžete ich pripevniť na záclonovú lištu, ako je znázornené na obrázku 33, pomocou gumičiek, alebo ak máte po ruke horúcu lepiacu pištoľ, môžete ju zipsom priviazať k koľajnici a potom natrieť dobrým množstvom horúceho lepidla, aby ste sa presvedčili, že sa nepohybuje. okolo.

Ak chcete získať predstavu o tom, kam ich umiestniť, pozrite sa na obrázok 34.

Jeden koncový spínač je pripevnený k úplne ľavému koncu záclonovej lišty, medzi prvým hákom koľajnice a druhým, takže keď sa závesy otvoria, hák zatlačí na spínač a aktivuje ho. Druhý koncový spínač je umiestnený priamo v strede koľajnice, vľavo. Týmto spôsobom sa aktivuje, keď sa zatiahnu závesy.

Zasuňte koncový spínač na koncovú dosku podľa obrázku 20.

Nakoniec, ak chcete, aby sa vaše záclony otvárali, keď slnko vychádza, a zatvárali sa, keď zapadá, budete musieť zapojiť fotorezistor, ako je znázornené na obrázku 35, a nastaviť ho blízko miesta, kde má počas svitania prístup k slnečnému žiareniu.

Potom, čo ste skončili s nastavením obvodu breadboard, pripravte sa a pripojte programátor k disku BluChip a spustite firmvér. Stiahnite si firmvér z GitHub a extrahujte ho do svojho adresára SDK, ako ste to urobili predtým.

Stiahnite si ble_app_ahc.zip z Github.

Otvorte projekt, skompilovajte a nahrajte firmvér do BluChip.

Pred testovaním zabalíme dosku na škatuľu a urobíme otvory pre drôty a našu LED diódu Curtain Status.

Položte nepájivú dosku na základňu skrinky a vytvorte otvor pre drôty. Otvor slúži tiež ako bod, v ktorom môže BluChip komunikovať s inými zariadeniami prostredníctvom svojej antény. (Obrázok 37)

Na boku krytu vyvŕtajte otvor veľkosti LED a namontujte naň LED diódu. LED zapojte podľa obrázku 20.

Nájdite vhodné miesto na montáž skrinky vľavo od závesovej lišty, v blízkosti elektrickej zásuvky. Znovu namontujte motor a vykonajte záverečný test napnutia rozvodového remeňa, pričom sa presvedčte, či nie je voľný. (Obrázok 39)

Teraz je čas otestovať náš zostavený systém. Pripojte napájací adaptér a spustite aplikáciu nRF Connect. Objavíte zariadenie s názvom Curtains. BluChip.

Pripojte sa k nemu, odošlite hodnotu UINT8 1 (Otvorené závesy) do neznámej charakteristiky v rámci služby Neznáme a sledujte, ako sa závesy otvárajú!

Teraz, keď ste úspešne otestovali svoj systém, pozrime sa na konfiguráciu niektorých kódov, ktoré sú spustené v show na BluChip.

Krok 6: Konfigurácia firmvéru BluChip

Projekt firmvéru Automated Home Curtain pozostáva hlavne zo 4 súborov: main.c, ahc.c, ble_ahc_service.c & ble_ahc_service.h.

Pri stavbe elektroniky a hardvéru sme mali možnosť rozhodnúť sa, či chceme koncové spínače zvýšiť presnosť nášho automatizovaného systému.

V kóde z ahc.h vidíme #define pre LIMIT_SWITCHES.

Kompilácia a blikanie kódu pomocou príkazu #define LIMIT_SWITCHES umožňuje použitie obidvoch koncových spínačov na detekciu otvorenia a zatvorenia závesov.

Ak ste sa rozhodli pre svoj projekt nezahrnúť limitné prepínače, je potrebné ho premenovať na #undef LIMIT_SWITCHES. V takom prípade budete musieť v premenných CURTAIN_OPEN_STEPS a CURTAIN_CLOSE_STEPS doladiť vzdialenosť, na ktorú cestuje vaša opona. Upravte tieto hodnoty, aby ste predĺžili alebo skrátili vzdialenosť dráhy závesu.

Druhú možnosť, pridanie fotoodporu, je možné povoliť úpravou #undef LDR na #define LDR. LDR znamená svetlo závislý odpor, známy tiež ako fotorezistor. Keď povolíme LDR, fotorezistor vie, či je vonku svetlo alebo tma, a pomôže vám zavrieť alebo otvoriť závesy na začiatku alebo na konci dňa.

Okrem konfigurácie koncových spínačov a fotorezistora sa pozrime aj na niektoré ďalšie hlavné bloky kódu, ktoré vám umožňujú automaticky otvárať a zatvárať závesy.

Súbory ble_ahc_service.c & ble_ahc_service.h obsahujú kód, ktorý prenáša údaje z vášho telefónu do zariadenia BluChip.

Keď BluChip prijme údaje, analyzuje ich podľa toho, či sa odošle 0 alebo 1. Potom aktivuje stavovú LED, vykoná pohyb motora a potom deaktivuje signalizáciu ukončenia LED.

Funkcia ahc_init () z ahc.h je spustená na začiatku hlavnej slučky a inicializuje všetky piny na BluChip.

Krok 7: Zhrnutie

Na záver by som chcel povedať, že to bol mimoriadne zábavný a pomerne ľahký projekt na získanie základov BLE. Skutočnosť, že oddeľovací modul BluChipu tesne sedí na doske, umožňuje skutočne jednoduché prototypovanie na ľubovoľnom prkénku, okolo ktorého sa nachádzate.

Povedal by som, že po vybudovaní automatizovaných závesov som už premýšľal o rôznych ďalších veciach, s ktorými by som mohol BluChip spojiť, vrátane inteligentných neopixelov, OLED na vytvorenie digitálnych hodiniek, robota ovládaného smartfónom a mnohých ďalších nízkoenergetických elektronických projektov. nápady, ktoré by vyžadovali kompaktnú bezdrôtovú komunikáciu!

Každý, kto má veľký záujem o elektroniku a programovanie, by bol príjemne prekvapený tým, čo BluChip ponúka, ako aj pohodlnosťou nastavenia a implementácie BLE, aby sa projekty stali ešte chladnejšími.

Odteraz sa vrátim k tomu, aby som si užíval svoje praktické automatizované domáce záclony..