Sieć Wi-Fi Arduino (czujniki i elementy wykonawcze) - czujnik koloru: 4 kroki

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Ile razy w swoich aplikacjach masz jakiś czujnik lub jakiś siłownik daleko od ciebie? Ile może być wygodne używanie tylko jednego urządzenia głównego w pobliżu komputera do zarządzania różnymi urządzeniami podrzędnymi podłączonymi przez sieć Wi-Fi?

W tym projekcie zobaczymy jak skonfigurować sieć WiFi złożoną z modułu master i jednego lub więcej urządzeń slave. Każde urządzenie będzie sterowane przez Arduino Nano i moduł bezprzewodowy NRF24L01. Na koniec, aby pokazać wykonalność projektu, tworzymy prostą sieć, w której moduł podrzędny może wykrywać kolor i przesyłać jego model RGB do modułu nadrzędnego.

Krok 1: Protokół komunikacji

Podstawową ideą tego projektu jest stworzenie sieci złożonej z modułów czujników i modułów wykonawczych, sterowanej przez moduł nadrzędny, który komunikuje się z urządzeniem podrzędnym za pośrednictwem połączenia wi-fi.

Moduł nadrzędny jest połączony z komputerem za pomocą komunikacji szeregowej i oferuje mały interfejs, który pozwala użytkownikowi przeszukiwać podłączone urządzenia, uzyskać listę możliwych operacji dla każdego urządzenia i wykonywać na nich operacje. Tak więc moduł nadrzędny nie musi a priori wiedzieć, ile i jakiego rodzaju urządzeń jest podłączonych do sieci, ale zawsze jest w stanie skanować i znajdować urządzenia oraz otrzymywać od nich informacje w postaci ich konfiguracji lub ich charakterystyk. Użytkownik za każdym razem może dodawać lub usuwać moduły z sieci i potrzebuje tylko nowego skanowania sieci, aby rozpocząć komunikację z nowymi urządzeniami.

W tym projekcie pokazujemy prosty przykład sieci złożonej z modułu master i dwóch slave, pierwszy to „moduł Led”, a raczej prosty moduł, który może zapalić diodę (czerwoną lub zieloną), wyłączyć diody te lub wysyłają informacje o ich stanie do mastera. Drugi to „Sensor Color Module”, który za pomocą czujnika koloru (TCS3200) jest w stanie wykryć kolor i zwrócić jego model RGB, jeśli otrzyma polecenie od użytkownika (za pomocą przycisku) lub żądanie od mistrza Reasumując, każde urządzenie użyte w tym projekcie składa się z modułu bezprzewodowego (NRF24L01) oraz Arduino Nano, które zarządza modułem bezprzewodowym i innymi prostymi operacjami. Podczas gdy „Moduł Led” zawiera dwie dodatkowe diody LED, a „Moduł koloru czujnika” zawiera czujnik koloru i przycisk.

Krok 2: Moduł główny

Najważniejszym modułem jest „Master Module”, jak już wspomniano, za pomocą małego intuicyjnego interfejsu zarządza komunikacją między użytkownikiem a modułami podrzędnymi podłączonymi do sieci.

Sprzęt modułu master jest prosty i składa się z kilku elementów, w szczególności Arduino Nano, które zarządza komunikacją szeregową z komputerem, a więc z użytkownikiem oraz komunikacją z innymi urządzeniami. Ten ostatni jest tworzony przez moduł bezprzewodowy NRF24L01, który łączy się z płytką Arduino za pomocą komunikacji SPI. Wreszcie są dwie diody led, które dają użytkownikowi wizualną informację zwrotną o danych przychodzących lub wychodzących przez moduł.

Płytka elektroniki modułu master ma stosunkowo niewielkie wymiary, około 65x30x25 mm, dzięki czemu można ją łatwo włożyć do małego pudełka. Tutaj pliki stl pudełka (górna i dolna część).

Krok 3: Moduł Led

„Moduł led” montuje Arduino Nano moduł NRF24L01 oraz cztery diody led. Arduino i moduł NRF24L01 służą do zarządzania komunikacją z modułem głównym, podczas gdy dwie diody LED służą do przekazywania użytkownikowi wizualnej informacji zwrotnej o przychodzących i wychodzących danych, a pozostałe dwie diody służą do normalnych operacji.

Głównym zadaniem tego modułu jest pokazanie, czy sieć działa, umożliwiając użytkownikowi włączenie jednej z dwóch diod, wyłączenie ich lub uzyskanie ich aktualnego stanu. W szczególności ten moduł jest swego rodzaju proof of concept, a raczej postanowiliśmy wykorzystać go do pokazania jak można współdziałać z siłownikami i za pomocą diod o innym kolorze można przetestować działanie modułu koloru.

Krok 4: Moduł czujnika koloru

Ten ostatni moduł jest nieco bardziej złożony w stosunku do drugiego, w rzeczywistości zawiera ten sam sprzęt co pozostałe (Arduino Nano, moduł NRF24L01 i dwie wizualne diody sprzężenia zwrotnego) oraz inny sprzęt do wykrywania koloru i zarządzania baterią.

Aby wykryć kolor i zwrócić jego model RGB, decydujemy się na użycie czujnika TCS3200, jest to mały i tani czujnik powszechnie używany w tego rodzaju aplikacjach. Składa się z matrycy fotodiodowej i przetwornika prądowo-częstotliwościowego. Macierz zawiera 64 fotodiody, 16 ma filtr czerwony, 16 filtr zielony, 16 ma filtr niebieski, a ostatnie 16 jest czystych bez filtrów. Wszystkie fotodiody tego samego koloru są połączone równolegle, a każdą grupę można aktywować dwoma specjalnymi pinami (S2 i S3). Przetwornik prądu i częstotliwości zwraca falę prostokątną o współczynniku wypełnienia 50% i częstotliwości wprost proporcjonalnej do natężenia światła. Pełną skalę częstotliwość wyjściową można skalować o jedną z trzech wstępnie ustawionych wartości za pomocą dwóch sterujących pinów wejściowych (S0 i S1).

Moduł zasilany jest małym, dwuogniwowym akumulatorem Li-Po (7,4V), a zarządza nim Arduino. W szczególności jedno z dwóch ogniw jest podłączone do wejścia analogowego tego, co umożliwia Arduino odczytanie wartości mocy ogniwa. Gdy poziom naładowania ogniwa spadnie poniżej określonej wartości, w celu oszczędzania baterii Arduino włącza diodę LED, która ostrzega użytkownika o wyłączeniu urządzenia. Do włączania lub wyłączania urządzenia służy przełącznik, który łączy dodatni pin baterii z pinem Vin na płytce Arduino lub ze złączem, które może być następnie użyte przez użytkownika do ładowania baterii.

Jeśli chodzi o moduł nadrzędny, moduł koloru czujnika ma niewielkie rozmiary (40x85x30) i został włożony do pudełka wydrukowanego w 3D.